船用動力技術大變革——船舶“零排放”之路還有多遠？
隨著一聲嘹亮的汽笛聲，近日，國內首艘油氣電混合動力內河船“新長江26007”輪從重慶東風船廠碼頭緩緩駛出，開啟前往上海的新航程。
船舶駛過，煙囪再不見“黑尾巴”，也聞不到柴油味。據瞭解，零排放船舶是一個循序漸進的發展概念，就如同自主船舶，將經歷從部分到完全的演進。針對零排放技術，業界正關注和討論一系列動力技術和方案。
“零排放”在技術上是可行的
從船舶低碳排放實現手段來看，目前造船界還沒有成熟的解決方案；從主要減排措施來看，主要包括改善物流（貢獻率約14.6%）、提高能源使用效率（貢獻率約26.9%）、降低航速（貢獻率約21.9%）和能源變革（貢獻率約36.6%）4個方面；從技術角度來看，航運脫碳重點聚焦在提高能源使用效率和能源變革兩個方面，潛在的技術措施包括液化天然氣（LNG）燃料、碳中性燃料、電池動力等。
近日，勞氏船級社和英國UMAS海事諮詢服務公司釋出了他們對當前和將來可用於航運業的燃料的最新評估。建立在LR和UMAS已經對零排放船舶（ZEV）進行了開創性研究以及脫碳的潛在過渡途徑的基礎上，該研究表明，從經濟角度來看，無論哪種零碳燃料成為首選燃料，從船用技術角度而言，零排放船舶在未來幾年內技術上是可行的。
風能為全球船隊提供動力已有數百年曆史，電力推進已經在海上存在了很多年，全球也正研究氨充當燃料的潛力。
去年底，中國船舶工業集團下屬事業單位上海船舶研究設計院18萬噸氨燃料散貨船，取得了英國勞式船級社的原則性認可（AIP），該船型全程採用氨燃料推進，滿足主機零碳排放要求。
今年初，馬來西亞國際船運有限公司、韓國三星重工、英國勞埃德船級社和德國船機制造商曼恩能源解決方案達成合作意向，將在未來3—4年進行內氨燃料油輪聯合開發專案，助力航運業邁向低碳化未來。
曼恩能源解決方案發言人Peter Kirkeby指出，儘管充滿挑戰，但氨的確可以成為零碳船舶的很好選擇，“氨的價格與液化石油氣、LNG或甲醇等其它替代燃料的價格相當。”國際清潔運輸委員會（ICCT）高階研究員Bryan Comer也表示：“我們正在尋找未來的燃料，零碳燃料氨是個不錯的選擇。氨可以很容易地液化，比液態氫具有更高的體積能量密度，並且可以在內燃機中燃燒。”
渡輪可扛起“先手旗”
總體而言，船舶依據船型大小和用途將逐步形成差異化的零排放技術方法。
有研究認為，渡輪、遊船、中小型探險郵輪、近海及內河運輸貨船、海工支援船、漁場作業船等有望先行透過電池技術快速實現尾氣大幅減排或零排放，遠洋運輸船舶或其他大型船舶則需依賴其他替代燃料技術實現零排放。
“渡輪率先採用零排放技術是有充分理由的。”專家表示，短途航線和定期的掛靠港為船載儲能技術提供了機會，而輪渡市場正是將潮流轉向零排放的商業案例。在岸電基礎設施的支援下，一個充滿電的電池組可以用來推動船舶沿著一條可預測的航線行駛。船舶只需靜靜地在碼頭重新充電，使運營成本和損耗相對降低。
即將在美國建造的首批“全電力”船舶是兩艘新的“霧中少女”型旅遊渡輪。該渡輪採用了ABB集團的推進系統。這些尼亞加拉大瀑布遊輪將由一對總容量為316千瓦時的電池組供電，並建立了兩個完全冗餘的獨立電力系統。乘客上下船時，船舶充電。岸電充電只需要7分鐘，電池組就可以重新為電推馬達提供動力，而這些馬達本身也能輸出400千瓦（563馬力）的電能。這一切將由ABB集團的綜合電力和能源管理系統（PEMS）控制，該系統將最佳化船上的能源使用。
儘管“不太可能大小通吃”，ABB集團相信，未來的船舶肯定是電氣化、數字化和互聯的。無論能源是燃料電池、電池、氨燃料發電機，還是波能收集系統，電力系統都能將它們整合在一起。
這意味著，隨著新能源的開發，基於電力的船用動力是經得起未來考驗的。
相關研究表明，2030年以前，蓄電池動力技術將更為成熟，市場空間相對廣闊。隨著燃料動力電池技術逐步成熟及配套設施逐漸完善，未來海執行業將呈現燃料動力電池和蓄電池動力船舶並存的局面。
電動船舶駛向藍海
近日，日本航運公司Asahi Tanker、商船三井、三菱商事、日本船舶經紀公司Exeno-Yamamizu Corporation、東京電力公司、日本第二大石油公司出光興產以及東京海上日動火災保險公司共同組建了“e5聯盟（e5 Consortium）”，攜手開發零排放電動船並實現商業化，建立新的海運基礎設施服務。
去年，商船三井、Asahi Tanker、三菱商事、Exeno-Yamamizu Corporation已經合作成立了新公司e5 Lab Inc，旨在共同開發和推廣零排放純電動船。e5 Lab包含了五個核心要素——電氣化（electrification）、環保（environment）、演變（evolution）、效率（efficiency）和經濟（economics）。
今年早些時候，Asahi Tanker宣佈將在日本國內船企建造全球首制兩艘零排放電力推進油船，採用e5 Lab Inc公司所開發設計的“e5油船”設計，將在2022年3月至2023年3月陸續完工交付。這些油船將由大容量鋰離子電池供電，是純電池動力油船，將作為供油船在東京灣內運營。
“e5聯盟”稱，將使用e5 Lab Inc作為“e5聯盟”的行政辦公室。其合作伙伴表示，聯盟將促進日本沿海航運的可持續發展，並透過發展和引進先進船舶為沿海航運業提供附加價值，助力日本的社會和經濟發展。
反觀國內，目前，我國已經有電動船舶專案的初步嘗試。如廣船國際有限公司建造的2000噸級電動自卸船，整船電池容量約為2.4MWh，滿載情況下可續航80公里；上海瑞華集團改造的500噸級純電動貨船，充滿1次可航行50個小時，航程可達500公里；長江船舶設計院接獲的純電池動力客船設計專案，該船總長100m，主要用於旅遊航線；上海復興船務和711所共同打造了國內首制柴電混合動力拖輪。
專家建議，發展船用電池動力技術要發揮標準化作用，針對船舶電池系統和充電設施，一方面形成船舶動力蓄電池安全、效能方面的標準，規範動力蓄電池在船舶上的應用；另一方面形成岸基充電設施、船舶充電設施、靠泊設施等配套標準，解決動力蓄電池在水運領域的應用問題。同時，建議逐步推動政策銜接，將電池動力船舶作為新能源專案融入京津冀、長江經濟帶、粵港澳大灣區、海南、白洋淀等區域政策、規劃以及有關行動計劃等檔案，謀劃試點專案，推動相關補貼政策制定和落地，形成規模效應。