摘要：國(guó)家工信部等五部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快內(nèi)河船舶綠色智能發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》明確提出積極穩(wěn)妥發(fā)展LNG動(dòng)力船舶、加快發(fā)展電池動(dòng)力船舶、推動(dòng)甲醇、氫等動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用。近年來(lái)，伴隨LNG、鋰電池、醇燃料等新能源動(dòng)力技術(shù)的逐步成熟，船舶清潔化改造已漸成為交通水運(yùn)發(fā)展歷程中的推廣方向。采用清潔能源動(dòng)力比如鋰電池的船舶因其環(huán)保污染少、運(yùn)營(yíng)能耗小、舒適低噪音等優(yōu)勢(shì)，目前在我市西湖、京杭運(yùn)河等相對(duì)水流平緩景區(qū)的小型載客游覽船上得到了探索性的初步應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)不同新能源優(yōu)劣勢(shì)的對(duì)比分析，得出新能源船舶推廣應(yīng)用的可行性方向。

關(guān)鍵詞：新能源；船舶；推廣；應(yīng)用

1新能源發(fā)展的政策背景

近年來(lái)，中央、省市出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)發(fā)展綠色新能源船舶發(fā)展的政策文件，2022年中國(guó)國(guó)家工信部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快內(nèi)河船舶綠色智能發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，明確提出積極穩(wěn)妥發(fā)展LNG動(dòng)力船舶、加快發(fā)展電池動(dòng)力船舶、推動(dòng)甲醇、氫等動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用；《浙江省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃的通知》（浙政辦發(fā)〔2022〕29號(hào)）要求交通運(yùn)輸領(lǐng)域加快推動(dòng)新能源船舶的普及應(yīng)用；杭州市政府已在《杭州市大氣環(huán)境質(zhì)量限期達(dá)標(biāo)規(guī)劃的通知》（杭政辦函〔2019〕2號(hào)）中要求積極推廣使用純電動(dòng)等清潔能源或新能源船舶，在內(nèi)河公務(wù)艇、游艇、水上公交等客運(yùn)船舶中開(kāi)展純電動(dòng)船舶應(yīng)用試點(diǎn)。

2杭州航區(qū)船舶現(xiàn)狀

杭州航區(qū)現(xiàn)有登記船舶約3 600艘，從動(dòng)力來(lái)源看，傳統(tǒng)動(dòng)力船舶2 438艘，電池動(dòng)力船舶404艘，占比11.2%（其中，鉛酸電池動(dòng)力船舶370艘，占現(xiàn)有檢驗(yàn)登記內(nèi)河船舶10.3%；鋰電池新能源動(dòng)力船舶34艘，占現(xiàn)有檢驗(yàn)登記內(nèi)河船舶0.9%）；混合動(dòng)力船舶8艘（其中LNG混動(dòng)4艘、鋰電混動(dòng)4艘），占現(xiàn)有登記船舶0.2%；從航行區(qū)域來(lái)看，新能源船舶主要集中在封閉水域區(qū)域運(yùn)營(yíng)；從船型來(lái)說(shuō)，小型電動(dòng)客船（20 m以下）占比約95%；從新能源的種類來(lái)看，鋰電池動(dòng)力船舶占杭州新能源船舶數(shù)量的90.4%，LNG動(dòng)力船舶占比8.6%，而氫燃料、醇燃料及氨燃料等尚未有實(shí)船案例。綜上所述，目前我市新能源船舶仍處于起步階段。

3新能源的主要優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

當(dāng)前新能源替代燃料包括LNG、甲醇、氨、氫以及電池動(dòng)力方案?？傮w來(lái)看，成熟程度：LNG >甲醇/鋰電/氫>液氨；減碳程度：氨/氫/鋰電>甲醇>LNG；體積密度：LNG>甲醇>氨>液氫>鋰電。。

3.1LNG：最佳過(guò)渡能源。LNG（液化天然氣）指預(yù)處理并加壓冷卻至-162℃以下的天然氣。LNG可在短期作為過(guò)渡燃料，中長(zhǎng)期也可以作為備用燃料。

優(yōu)勢(shì)：一是燃料成本較低，且容易獲得。LNG作為成熟的能源種類，加注基礎(chǔ)設(shè)施較為健全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年1月，全球有185個(gè)港口提供LNG加注服務(wù)，預(yù)計(jì)到2025年在此基礎(chǔ)上會(huì)再增加50個(gè)港口。在2023年天然氣價(jià)格正常化之后，LNG加注市場(chǎng)現(xiàn)已恢復(fù)健康發(fā)展。二是具有一定的減排能力。根據(jù)DNV統(tǒng)計(jì)，相較傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，LNG燃料可減少24%左右的碳排放。使用LNG作為燃料的船舶可以避免硫化物、可吸入顆粒物的產(chǎn)生，氮排放可最多降至同航程燃油的30%。

劣勢(shì)：一是仍屬于化石能源。LNG燃燒過(guò)程中，仍會(huì)有溫室氣體排放。LNG可能在運(yùn)輸和加注過(guò)程中發(fā)生散逸，主要成分甲烷本身就是一種溫室氣體。因此，LNG在中長(zhǎng)期未來(lái)的深度脫碳過(guò)程中，恐難作為最主要的船用燃料。二是制冷成本高企。由于低溫液態(tài)的LNG需要存放在低溫儲(chǔ)存罐里，絕緣燃料罐會(huì)增加船舶的建造成本，且從LNG蒸發(fā)容易產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。

3.2綠色甲醇：中長(zhǎng)期可選方案之一。甲醇熱值低于LNG，但清潔排放前景高于LNG。

優(yōu)勢(shì)：一是改造成本較低。在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上，甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)有部分雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上只需要進(jìn)行較小幅度的改動(dòng)，就可以使用甲醇作為燃料，有效節(jié)約投資成本并縮短了研發(fā)和應(yīng)用周期。二是常溫呈現(xiàn)液態(tài)。相比LNG需要低溫液化，甲醇常溫呈現(xiàn)液態(tài)，儲(chǔ)運(yùn)和使用較為方便。

劣勢(shì)：一是并非所有甲醇都具有減碳屬性。煤炭生產(chǎn)的甲醇為黑色甲醇，由天然氣生產(chǎn)是灰色甲醇，使用藍(lán)氫與碳捕獲技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)的是藍(lán)色甲醇，只有生物質(zhì)循環(huán)利用制甲醇和綠電制綠氫再制甲醇兩種方式制取的甲醇才能稱之為綠色甲醇。黑色和灰色甲醇燃燒會(huì)增加碳排放；藍(lán)醇雖然能夠減少碳排放，但達(dá)到歐盟碳排放閾值要求并獲得認(rèn)證尚有難度；只有綠醇是碳中性的。二是綠醇生產(chǎn)受限。綠色甲醇只能由生物質(zhì)裂解、綠電制氫+二氧化碳捕集兩種方式進(jìn)行生產(chǎn)。我國(guó)是全球最大的甲醇生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，其約占全球產(chǎn)能的一半。但從制造工藝看，目前我國(guó)甲醇以黑色、灰色甲醇為主。中國(guó)生物質(zhì)資源并不豐富，受原料端緊缺、運(yùn)輸限制，商業(yè)化項(xiàng)目運(yùn)作存在諸多問(wèn)題；而當(dāng)前儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫、二氧化碳捕捉都面臨成本高企的問(wèn)題。未來(lái)綠色甲醇產(chǎn)量不足以支撐船運(yùn)行業(yè)的巨大需求。三是能量密度較低。甲醇的體積能量密度比較低，與燃油比較，甲醇提供相同能量所需艙容是燃油的2.27倍（ LNG所需艙容為燃油的1.6倍），?這也意味著使用甲醇作為燃料的船舶續(xù)航力只有目前船型的一半都不到，?這無(wú)疑限制了甲醇貨船上的應(yīng)用。四是安全性、毒性以及腐蝕性。?甲醇屬于低閃點(diǎn)易燃液體，?存在燃爆性。?甲醇的急性毒性可通過(guò)攝入、?吸入高濃度甲醇蒸氣和皮膚吸收三種途徑對(duì)人體造成危害。?同時(shí)，甲醇對(duì)鉛、鎳、鑄鐵等有色金屬產(chǎn)生腐蝕，會(huì)影響到內(nèi)燃機(jī)、管路和儲(chǔ)存艙柜中這些材料的使用。五是國(guó)內(nèi)配套設(shè)施不足。?國(guó)內(nèi)船用甲醇加注碼頭布局不足，?甲醇燃料設(shè)備的配套能力也有待提升。

3.3氨：未來(lái)真正的零碳燃料。液氨是將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻進(jìn)入液態(tài)得到的清潔燃料。

優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)零碳排放。氨的分子式為NH3，既不含碳也不含硫，作為船用燃料，能夠真正實(shí)現(xiàn)船舶零碳排放。

劣勢(shì)：一是化學(xué)性質(zhì)欠佳。液氨具有較高的腐蝕性、毒性和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期較長(zhǎng)。液氨的強(qiáng)揮發(fā)性、強(qiáng)刺激性，引發(fā)安全事故風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響海洋生態(tài)安全。二是能量密度較低。液氨燃料的能量密度低于船用柴油、LNG及甲醇，根據(jù)DNV測(cè)算，相同航程液氨需要船用柴油3.1倍的燃料儲(chǔ)存空間，并且加注頻率也可能相應(yīng)增加。三是氨燃料動(dòng)力裝置尚不成熟，迄今未投入商用。

3.4電動(dòng)：內(nèi)河中短距離具有優(yōu)勢(shì)。針對(duì)短距離場(chǎng)景，例如游艇、渡輪、游覽船等小型船只，電池供電已經(jīng)成為可行的選擇，正在向更遠(yuǎn)航程、更大功率的應(yīng)用場(chǎng)景拓展。

優(yōu)勢(shì)：一是零碳排放。將電動(dòng)化引入船舶領(lǐng)域，使用綠電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)船能夠?qū)崿F(xiàn)零碳排放。二是運(yùn)營(yíng)成本較低。根據(jù)浙商證券的理論計(jì)算，在當(dāng)前技術(shù)水平下，當(dāng)航程小于1000km時(shí)，電動(dòng)船具備成本優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)考慮油船成本上升、電池能量密度提升、成本下降的情況，電動(dòng)船在內(nèi)河航道、中短距離的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。

劣勢(shì)：一是續(xù)航里程有限。與電動(dòng)汽車類似，電動(dòng)船舶也面臨著“里程焦慮”，且其配套的充換電等基礎(chǔ)設(shè)施亟待進(jìn)一步完善。二是建造及配套成本較高。據(jù)估算，電動(dòng)船的建造成本遠(yuǎn)高于柴油動(dòng)力船。鋰電池的壽命一般為10年，而一艘船的壽命通常長(zhǎng)達(dá)30年，在船舶的生命周期中，電池需要多次更換，進(jìn)一步增加綜合成本。同時(shí)鋰電池配套設(shè)施成本高。現(xiàn)有鋰電池動(dòng)力客船由客運(yùn)企業(yè)自備配套充電樁，每個(gè)充電樁成本約10萬(wàn)元（原有碼頭固定泊位，暫無(wú)需另計(jì)場(chǎng)地成本）。載貨船舶每個(gè)專用充電場(chǎng)站及碼頭泊位等綜合投入成本高達(dá)100萬(wàn)，普通民營(yíng)企業(yè)根本無(wú)力承擔(dān)。

3.5氫：真正的零碳燃料。

優(yōu)勢(shì)：氫燃料電池將氧氣與氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，生成物為水，具有高效、無(wú)污染、設(shè)備運(yùn)行噪音低等特點(diǎn)。使用氫燃料作為船舶動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)零排放，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物等污染物，對(duì)環(huán)境更加友好。同時(shí)，氫燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、振動(dòng)噪音低等優(yōu)勢(shì)。

劣勢(shì)：氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要高壓、低溫或特殊的儲(chǔ)存技術(shù)，增加了船舶的復(fù)雜性和成本。此外，氫燃料電池的成本目前較高，需要進(jìn)一步降低成本以提高其經(jīng)濟(jì)可行性。同時(shí)，加氫基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也需要大量的投資和時(shí)間。

不同新能源技術(shù)路線比較見(jiàn)表1。

4低碳趨勢(shì)下的發(fā)展前景

目前各種路徑仍面臨諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，航運(yùn)業(yè)尚未就路徑選擇達(dá)成最終共識(shí)。通過(guò)比較各自的優(yōu)劣勢(shì)，綜合行業(yè)發(fā)展情況，得出以下分析結(jié)論。

短期內(nèi)，LNG適合作為減少碳排放的過(guò)渡能源。作為產(chǎn)業(yè)鏈成熟的低碳能源類型，LNG成本相對(duì)可控，加注基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)健全，且具有一定的減排能力，較為適合承擔(dān)短期內(nèi)降碳的任務(wù)。然而，LNG依舊是化石能源，航運(yùn)業(yè)在中長(zhǎng)期的未來(lái)仍需更加綠色的燃料。

中長(zhǎng)期，綠色甲醇和氨優(yōu)勢(shì)最大，相比之下氨的遠(yuǎn)期前景更加廣闊。甲醇是當(dāng)前關(guān)注度較高的燃料。作為常溫液態(tài)的燃料，其與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的兼容性較好，商業(yè)化步伐較快。然而，綠色甲醇的兩種主要來(lái)源中，生物質(zhì)甲醇的原材料難以滿足，電制甲醇的成本太高。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，綠色甲醇的生產(chǎn)量可能面臨瓶頸，難以單獨(dú)支撐航運(yùn)行業(yè)的巨大需求。相較甲醇而言，氨是一種真正的零碳燃料，燃燒不排放二氧化碳。當(dāng)前液氨的大規(guī)模應(yīng)用，需要解決腐蝕性、毒性、燃燒范圍較窄等問(wèn)題。隨著氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)、氨燃料船型開(kāi)發(fā)等項(xiàng)目的推進(jìn)，氨燃料動(dòng)力船有望在以后實(shí)現(xiàn)一定的商業(yè)化應(yīng)用。在這些關(guān)鍵技術(shù)取得突破之后，未來(lái)氨將具有更大的潛力。

中長(zhǎng)期內(nèi)河及中小型沿海船的場(chǎng)景下，電動(dòng)船是可選方案。當(dāng)前，電池動(dòng)力的船型主要應(yīng)用在車客渡船、客船等功率要求不高、運(yùn)輸距離不長(zhǎng)的場(chǎng)景之中。在電池能量密度、循環(huán)壽命、安全性等性能進(jìn)一步提升的情況下，電動(dòng)船有望拓展至近海中小型運(yùn)輸船和各式作業(yè)船。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 《浙江省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》.浙江省人民政府.2022.