苏北运河推广应用电动船的基础条件和实现路径

杨 侃

一、引言

我国政府于2020年9月在联合国大会上提出2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的目标。水路运输业作为高能源消耗行业之一，推进船舶节能减排是实现“双碳”目标的应有之义和必由之路。江苏全省拥有2.8万艘内河船舶，在省内内河航道从事货物运输船舶数量约为1.8万艘。随着江苏内河航道通过能力和航行条件进一步提升，港口、航运、物流等资源要素禀赋进一步释放， 开展纯电动船舶在京杭运河江苏徐扬段（俗称苏北运河）的推广应用研究，对促进江苏内河高质量发展和交通运输现代化示范区建设具有现实意义。

二、纯电动货运船舶的应用背景

（一）电池动力技术发展逐渐成熟

与传统的燃油动力相比，电池动力具有零排放、零噪音、高能效、高舒适性等特点。近年来，锂电池技术快速更新迭代，电池的安全性能、能量密度和循环寿命显著提升，国内多家电池制造企业的船用电池模组和电池管理系统（BMS）获中国船级社（CCS）型式认可。加之目前钠、钾离子电池，全固态电池和多价离子电池等新电池技术正飞速发展，加上电池无线充电和太阳能辅助充电等技术的应用[1]，满足了为大载重量的货运船舶持续提供推进动力的需要，也促进了船用电池价格的下降，为当下推动内河纯电池动力船舶发展创造了条件。

CCS自2014年开始，陆续颁布《太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南》《混合动力船舶检验指南》以及《纯电池动力船舶检验指南（2019）》等指导性文件，为电动船舶行业发展提供了相应规范。目前，我国新能源电池在客运船舶方面已有较多应用，全球最大容量电动客船——长江三峡1号纯电动观光游轮，其电池容量高达7500 kWh。在客运船舶推进设备电气化实践的基础上，货运船舶电气化改造开始起步。2017年11月，全球首艘2000 t级纯电动干散货船在广州下水运行，同时发布的《内河双电（锂离子蓄电池、超级电容）纯电动船电力系统》团体标准，为电动货运船舶设计提供了技术参考。2022年2月，长江流域最大载重吨位的电动货船“船联1号”在南京成功首航，更是将电动货船载重量推高到3000 t级。除此之外，内河纯电动集装箱货运船舶也先后在浙江湖州和江苏苏州等地开始尝试。

（二）内河航运碳减排压力日益增长

国际能源署（IEA）《全球能源部门2050年净零排放路线图》显示，航运业2020年在全球范围内的二氧化碳排放量约为8亿t，占所有能源部门排放总量的2.5%。根据其预测（见表1），航运业的二氧化碳排放量将每年下降6%，到2050年将降至1.22亿t[2]。

表1 IEA对交通运输部门二氧化碳减排情景预测表

研究发现，船舶在港排放是重要的碳源之一[3-5]。江苏作为水运大省，河流湖泊众多，水系网络发达，内河船舶保有数量2.8万艘、2240万净载重吨，分别位居全国第一、第二位。但内河船舶普遍船龄老、船型旧、吨位小，使用柴油机作为推进器主动力，且多处于低负荷工况下运行，对大气环境污染严重。为加快推进交通运输现代化示范区建设，江苏省先后发布了《推进京杭运河绿色现代航运发展实施方案》《江苏内河航运高质量发展实施方案》《江苏省“十四五”绿色交通发展规划》等系列文件，明确提出要强化货运领域碳减排，要求综合施策促进内河船舶节能减排，并提出船港联动减排、船舶碳排放差异化通行等应对策略，以实现航运等重点领域碳排放强度稳步下降。对于江苏省内营运船舶，规划要求至“十四五”期末单位运输周转量二氧化碳排放强度下降3%。

三、苏北运河推广应用纯电动货运船舶的基础和条件

江苏已推动LNG动力船舶建造应用，但由于LNG加注不便等原因，总体应用规模有限，尚未能在内河船舶使用。而以苏北运河为试点，推广应用纯电动货运船舶，探索江苏水运绿色生态发展模式，具有较大优势。

（一）航道条件优良，有利于电动船舶安全航行

苏北运河航道北起徐州蔺家坝，南至扬州六圩口，途经徐宿淮扬4市14县（区），连通省内江、淮、沂、泗4条水系。自2010年底开始，苏北运河全线达二级航道标准，是京杭运河全线货运量最大的航段，也是全国除长江以外等级最高、经济社会综合效益最好的干线航道[6]。2021年，苏北运河共计完成货运量3.25亿t，货物周转量653.8 亿t·km，运输集装箱37.45万TEU，为历史之最[7]。航道全线水深2.6～3 m，转弯半径550～810 m，全年可通航2000 t级货运船舶。航道湾阔水深，常年无风浪影响，船舶航行安全系数较高。此外，航线沿线建有10个航运梯级28座大型船闸，除解台船闸和刘山船闸以外，其余26座全部为三线船闸，如图1所示。船闸阀门全部使用液压启闭机，可通过变频、比例泵、比例阀等方式进行变速，能够满足不同船舶高效通过需要，方便电动船舶优先过闸放行，也为后期电动船舶的大型化、标准化发展提供了基础条件。

图1 苏北运河航道梯级水位图

（二）配套资源齐全，可为航线持续运营提供支撑

苏北运河沿线分布有淮安、宿迁、徐州、扬州等多家港口，经过近几年经营发展，各家码头港口机械设备较过去而言，现代化、智能化程度大幅提升，能够满足船舶高效作业需要，减少船舶待港时间。同时，徐、宿、淮、扬4港目前已全部完成码头岸电设施改造，便于电动船舶充电使用。而苏北地区的煤炭、化工原料等货源基础为稳定航线经营提供了强力支撑，保证了航线经营的可持续性。此外，相比布点较少的LNG加注站，苏北地区广泛分布有各类能源发电企业，为后续电动船舶及时进行能源补充创造了前提条件。

（三）航线距离适宜，业务应用场景丰富

根据CCS《纯电池动力船舶检验指南（2019）》要求，目前单个集装箱式电池柜最多设计储能2000 kWh。基于经济性考量，内河电动货运船舶续航里程普遍在200 km以内，超过200 km则需要进行能量补充。根据苏北运河航运企业现有航线运行情况，扬州、淮安、宿迁、徐州等地之间的区间航线航行里程均未达到200 km的临界值。其中最短的淮安—宿迁航线里程约100 km，依据现在集装箱电池能量密度情况，2个储能1700 kWh左右的集装箱电池柜即可满足区间航线单程运输需要，无须再进行中途充/换电操作。随着苏北运河沿线关键节点充/换电站基础建设的逐步完善，以及电池技术的进一步发展和行业规范的逐步突破，苏北运河其他中长距离的区间航线也可为项目运营提供良好的测试和应用场景。

（四）管理模式统一，便于协调各方资源

为加强对苏北运河的统一管理，江苏省交通运输厅于1988年12月专门成立苏北航务管理处，负责苏北地区451 km航道（苏北运河404 km、微山湖东线13.5 km、其他汊河33.5 km）和28座大型船闸的建设、养护、规费征收、航道管理等工作。作为省交通运输厅直属的管理型事业单位，苏北航务管理处下辖扬州、淮安、宿迁、徐州4个航务中心以及1个船闸应急保障中心，日常管理采取垂直管理模式，实行统一的人员和业务管理。此外，为加强江苏全省沿江沿海港口资源整合和一体化改革，江苏省委省政府于2017年5月成立省港口集团，负责推进全省港口和岸线资源整合。江苏省港口集团通过采取控股、参股或管理、技术输出等手段，已逐步参与至徐州、扬州、淮安、宿迁4港管理。而作为全省航运资源整合平台，江苏省港口集团旗下的江苏远洋运输有限公司，于2021年5月联合多家航运企业组建成立“运河航运业务协同平台”，对运河集装箱航运业务实行联盟化运作。统一的管理模式和运营方式，为电动船舶推广应用和标准化管理创造了良好空间，在协同主管部门和港口、航运、电力企业等各方资源，以及进行标准船型设计、动力电池研发和充/换电站建设等方面具有优势。

（五）信息技术应用广泛，有利于项目落地实施

苏北航务管理局近年通过不断运用新技术、新工艺，已开发应用航道自动化测量系统、苏北运河地理信息系统、船闸规费联网征收系统、八百里运河船闸电视监控系统、“一站式”过闸登记系统等多套信息化系统[8]，为航线运营船舶提供服务。江苏省港口集团在所属港口码头推广使用自主开发的统一TOS系统，目前已在沿江的南京港、镇江港、太仓港等码头全部完成切换，在运河沿线的金坛港、徐州港也已实现推广使用，随着“运河战略”的深入实施，将进一步在苏北运河沿线各港推广。江苏远洋运输有限公司在运河航运企业推广使用的“智能航运综合信息平台”，可与省港口集团TOS系统进行端口对接，实现港航生产业务数据实时互联互通。信息技术在苏北运河不同业务中的广泛应用，一方面能够提高生产运营效率，另一方面能够为打破不同主体之间的“信息孤岛”壁垒、保障电动船舶高效运转创造条件。

四、纯电动货运船舶在苏北运河推广应用面临的困难

电推动力是内河航运绿色低碳转型的重要方向，内河船舶的电能替代势在必行。但是作为新生事物，目前电动货运船舶在推广应用过程中存在几方面困难。

（一）标准规范体系尚待完善

目前相关的国际海事公约、船级社规范和国际电动委员会标准都涉及电动船舶的技术标准和规划，尚缺乏统一的技术规范体系和行业标准。船检部门在审图时的主要依据是《纯电池动力船舶检验指南（2019）》，实际上目前电池技术发展已可支持集装箱式电池储能单元突破2000 kWh。另外，由于电动船舶主机使用电力推进，常规燃油船舶轮机人员持证要求与电动船舶匹配度不高，且目前尚未有关于纯电动船舶最低安全配员标准的政策出台[9]。因此伴随电动船舶产业发展，尚需进一步完善相关技术规范和行业标准，并配套制定电动船产业相关制度法规。

（二）技术瓶颈仍需突破

目前湖州“国创号”、南京“船联一号”等多地电动货运船舶已进入实船下水试验阶段，但均暂未正式投入商用，苏南120 TEU纯电动集装箱船尚在建造当中，商用价值有待下水运营检验。与电动汽车类似，电动船舶载重时的续航能力、电池衰减、充电速度等技术问题，是困扰船舶电气化发展的关键痛点，相关技术仍需不断改进，否则难以形成持续运营能力，从而导致无法正式投入商业运营。比如采用船电分离模式的“国创号”，该电动船舶计划投入安吉上港码头至上海外高桥码头航线运营，航线全长达270多公里，由于电池续航里程制约，船舶需要在中途进行能源补给才能确保其正常航行。

（三）推广应用成本较高

相比传统燃油船，建造初期一次性投入大、动力电池价格高是影响纯电动船经济性的主要因素，同时由于缺乏标准船型，需要进行定制化、个性化的研发、设计、建造，也是造成其成本过高的原 因之一。在建的苏南120 TEU纯电动集装箱船舶（不含电池），预计年均综合成本将较光租同型燃油船舶高出约40万元。另外，电力价格与燃油成本相比缺乏明显优势，也削弱了航运企业主动进行电动船舶推广应用的动力。目前苏北运河常见的2000 DWT左右集装箱船，每百公里油耗为0.54 t，参照近三年平均低硫油采购价格，燃油成本约为34.02元/km。同型电动船舶百公里耗电约1500 kWh（考虑富余电量），由于不同港口岸电价格（含服务费）存在差距，若以相关研究中政府、港口、航运以及电网企业四方效益最大时的内河港口最优岸电定价计算[10]，此时岸电价格（含服务费）为1.566元/kWh，充电式电动船单位里程用电成本为23.49元，与燃油成本相比差距不大。如果采用“船电分离”的换电方式，还需支付相应吊装作业费用，综合来看相比燃油船节约成本有限。

（四）产业配套设施有待加强

目前我国没有专门针对大容量电动船舶的充/换电设施，已经建成的港口岸电设施主要是用于船舶靠泊期间的电力供应，充电速度等与电动船舶的发展需求不能完全匹配。采用换电模式的电动船舶在换电场站建设、动力电池吊装作业和道路运输等问题上，也暂未形成完整的技术解决方案。目前已有的电动船实船案例多依靠码头设备设施进行充/换电操作，相应技术方案尚在探索当中。后期电动船正式投入商用后，如果缺少专门的充/换电场站，将使船舶过多占用港口的生产性泊位和岸线资源，导致推广应用的综合价值缩水。

（五）商业模式有待进一步创新

作为新生事物和新兴业态，电动货运船舶的发展需要有一套足够支撑其自身运转的商业模式，以实现自我反哺和自我造血功能，从而保障其正常运营，否则将失去商业价值。目前电动货运船舶的商业模式探索尚在起步阶段，更多的是以政府主导或企业自主投资的方式进行，暂无正式商用或通过运营实现成本回收的案例。未来有待结合融资租赁、整船光租和合资建设等思路进行模式创新，探索出一种符合电动船舶行业发展、实现参与各方彼此共赢的商业模式，从而确保项目的可延续性和可复制性，实现可持续发展。

五、苏北运河推广应用电动船的实现路径

（一）系统摸排梳理，规划推广应用思路

为实现电动船舶在苏北运河推广应用，先期可通过组织多方技术力量对苏北运河相关港航基础设施等进行全面系统摸排梳理，建议在充分了解苏北运河电动船舶发展的有利条件和面临的关键问题后，联合专业机构开展技术可行性和经济可行性研究，制定电动船舶布局规划建议，为行业主管部门在苏北运河推广应用电动船舶技术提供决策参考。在做好顶层设计和总体规划的基础上，可按照“先易后难、以点带面”的思路，由行业主管部门主导，对具备条件的应用场景和运输船型先行先试，待试点航线稳定运营后，通过采集并分析相关数据，为进一步设计标准化船型提供依据。最后根据试点航线实际运行情况，及时分析总结技术路线存在的不足，在行业主管部门的指导和支持下进一步完善相关方案，并逐步完善电动船舶商业运行模式，以期在苏北运河其他航段场景进行推广使用。伴随硬件条件和产业配套逐步完善，可同步在苏南运河航线复制推广，促进江苏全省内河航运向绿色低碳转型。

（二）强化政策扶持，完善制度保障体系

电动船舶推广应用是一项系统工程，牵涉面广，需要从目标导向、问题导向和结果导向等维度系统思考。建议在深入调研、通盘考虑的基础上，逐步出台促进江苏内河电动船舶发展的政策指南。在起步阶段，为鼓励内河航运企业积极采用纯电动推进系统，可以参考借鉴电动汽车的发展模式，对相关航运企业实行船舶建造补贴、行驶里程补贴、碳排放交易补贴，并对船舶用电进行补贴，以降低使用成本。项目实施阶段，建议对相关道路运输、船舶过闸、航线准入等制定相应政策，可实行集装箱电池道路运输免收过路过桥费；实行电动船舶优先过闸和免征过闸费；实行碳排放准入制度，选取试点示范航线禁止大气污染排放过高的老旧柴油船舶进入，从而培育壮大内河电动船舶产业。

（三）加快突破技术瓶颈，积极投入商业应用

在省内外电动货运船舶实践基础上，建议由省内国有航运企业和电池制造商等相关专业技术单位联合，共同组建电动船舶推广应用项目小组，联合开展技术攻关，加快突破大容量、高安全性的船用动力电池研发；推动以电池作为主动力推进的江苏内河标准船型设计；持续提升电动船舶充电效率和更新换电技术；同时开展电动船舶配员、船员培养、技术标准等课题研究，参与研究制定相关行业参考标准，逐步形成行业标准体系，以便工业界统一标准，高质量设计建造电动船舶。项目推进过程中，为强化技术攻关能力，可进一步深化项目合作机制，按照市场化机制进行资本合作，共同出资组建联合公司，在江苏运河范围内不同应用场景广泛推广使用电动船舶技术，实现电动船舶的正式商用。

（四）进一步完善基础配套，开展项目试点

项目初期，电池研发、船舶建造等投资较大，加之需要进行充/换电场站配套基础设施投入，为早日实现项目落地并正常商用，建议通过选取试点单位、试点航线进行实船试验。可采取自上而下的方式整合相关资源，推动省内国有航运企业优先发展纯电动船舶，通过示范效应吸引更多投资主体参与到电动船舶的各个环节中来，从而引领船舶制造业向电动化转型。可优先选择对淮安—宿迁航线上的集装箱船进行电气化试点改造，这一方面是由于100 km左右的航线里程较为适宜，另一方面集装箱船相对运河内其他拖轮、驳船等船型具有先进性，改造相对容易。根据现有电池续航能力，在试点航线两端的码头进行充/换电设施改造，以满足电动船舶在港补充能源的需求。同时，建议在试点航线外加快完善相关基础设施配套，推动在重要节点区域规划建设充/换电场站，并在水上服务区优先规划建设充/换电设施；协调推动电力供应商更新输电网络和设备设施，解决电动船舶快速充/换电操作需求。

（五）创新商业运营模式，维持项目良性发展

目前电动货运船舶的商业模式选择尚在探索起步阶段，不同地区的电动船舶分别采取融资租赁、整船光租和合资建设等商业模式，取得了一定的效果，积累了一定的经验，但投资巨大，短期内难以收到回报。为促进电动船舶产业良性运转，建议对苏北运河电动船舶推广应用商业模式进行研究，逐步探索适合苏北运河电动船舶和岸电设施推广应用的商业运营模式，有效实现多方共赢，确保项目有足够的生命力。一种可能的方案是，采取“船电分离”的模式，由航运企业投资建造船舶本体（不含电池）并负责航线运营；能源企业投资动力电池及相关配套设施，并负责日常维护和充换电工作。该模式下，航运企业只需负担船体（不含电池）部分的成本，并通过船舶商用和油电价差回收成本；能源企业则通过收取换电服务费和电池电价回收投资成本，并且对于衰减的电池可以梯次应用于电厂储能。该模式的优势是减少了航运企业初期投资成本，降低了投资风险，同时可发挥能源企业在电力供应方面的技术优势，为电动船舶后续规模化推广应用打好基础。

六、结语

本文从技术、政策层面介绍了电动货运船舶推广应用的背景，分析在苏北运河推广应用的现实条件和面临的困难，借鉴相关纯电动船实船应用经验，提出在苏北运河推广应用电动船的实现路径。当前内河纯电动船舶推广应用还面临着电池技术有待提升、产业配套政策尚待完善、基础设施建设亟须加强、商业运作模式有待进一步厘清等诸多问题。但在未来，随着电池技术和产业配套的不断突破发展，纯电动货运船舶作为新型绿色能源船舶，其在江苏内河的应用前景将十分广阔。