中外纯电动船航运观察

  荷兰船舶私人融资PROW Capital自2021年启动了一项4.2亿欧元(4.71亿美元)的绿色航运基金(Green Shipping Fund)，旨在为欧盟船东提供信贷，用于投资新船和现有船舶，或进行可测量减排的改装。

  该项目作为欧盟委员会官方合作项目，符合申请条件的船舶的性能需要比标准“参考船”高出至少20%、技术成熟度TRL 8-9，包括：

  不难看出，合规类别中一半涉及电动或电力辅助动力，在全球航运业一致推动“绿色转型”的背景下，电动化及其未来结合智能化对船队进行升级，将成为各国推进船舶节能减排的重要途径。

  因此，【ORIC航运观察】将分为上、下两期对纯电船发展历史和电池种类、发展现状和有关政策、面临的挑战及未来趋势等方面做一些分析和观察。

  近年来，全球温室气体排放的增加使得各国政府和企业愈加重视可持续发展和环保技术，电动船是作为一种重要的绿色航运解决方案，因近年电池技术的突破性成果和其在未来应用场景中的优势，逐步进入船东和运营商的视线。与传统的柴油船不同，电动船主要是依靠电力驱动，可以在一定程度上完成船舶应用端的零排放或低排放。

  纯电动船的发展历史可追溯到19世纪末，然而，由于当时的技术限制，早期的电动船普及性较低，直到近几十年，随着电池技术的突破和环保需求的增长，纯电动船才慢慢的变成为绿色航运的重要组成部分，根据应用场景范围纯电船发展大致可分为以下几个关键阶段：

  19世纪末期，电力驱动开始应用于陆地交通工具和部分小型船舶。虽然在这一时期的电力系统相对简单，仍然有一些重要的探索和尝试。

  1880年，美国发明家托马斯·爱迪生制造了第一艘小型电动船，该船使用铅酸电池提供动力。这被认为是电动船舶的开端，尽管当时的电池技术单位体积内的包含的能量低、体积大，只能应用于小型船只。

  这一时期，由于电池容量有限和充电技术落后，电动船的实际应用受到极大限制，主要使用在于短途观光船或小型游艇。

  20世纪初期至中叶，石油燃料的发展迅速推动了内燃机在船舶领域的应用。由于内燃机提供更大的功率和续航能力，电动船的研发逐渐被搁置。这一段时期，电动船的应用仅限于小众的实验性项目，且基本上没有商业化。

  1970年代的石油危机引发了对替代能源的重视，70年代后期，铅酸电池技术有所进步，使电池的单位体积内的包含的能量和耐用性有所提升，但电动船的应用仍局限于特定的场景。一些国家开始试验短程电动渡轮，如日本和北欧的短程电动船项目，探索电动船的可行性。

  90年代，锂离子电池开始慢慢地商业化应用，其高能量密度和长寿命特性使电动船的续航能力得到非常明显提高。欧美等地开始出台支持电动船和清洁能源船舶的政策，例如港口城市的低排放要求和政府补贴，促进了电动船的研发与应用。

  进入2010年代，电池技术和环保政策的推动使得纯电船进入快速发展阶段。2015年，挪威推出全球第一艘全电动渡轮“阿姆佩尔号”(Ampere)，由锂离子电池驱动。该船的成功运营证明了电动船的商业可行性，标志着现代纯电船时代的开启。

  各国加大了对电动船技术研发的投入，促使电动船的性能不断的提高，适用场景不断拓宽。以中国、挪威、芬兰等为代表的国家开始推广纯电船，尤其是在短途渡轮、城市水上巴士、游艇等领域，电动船逐渐取代传统燃油船舶。

  2020年以来，得益于电动汽车跃进式发展，磷酸铁锂电池、固态电池等新型电池技术和电池单位体积内的包含的能量逐步提升，成本的下降以及人工智能技术的应用，电动船进入了智能化和大规模商业化的阶段，大型电动货船的试点和运营项目陆续展开。

  电池就是电动船的核心组成部分，电池种类是纯电船的关键组成部分，影响着船舶的续航能力、功率输出、安全性和经济性。不同的电池技术各具特点，适用于不同的船舶需求。目前在纯电船领域中主要使用在的电池种类主要有以下几类：

  锂离子电池利用锂离子在正极和负极之间的移动来实现电能的储存和释放。锂离子电池的单位体积内的包含的能量较高，在一样体积和重量下可提供更长的续航能力，适合要求较高续航的中小型船只。且通常可以在较短时间内充满，适合频繁使用和短时间停靠充电的船舶。

  但锂离子电池的材料成本高，尤其是含有钴的锂电池。 高温或低温度的环境会影响电池性能，极端情况下可能会引起热失控，引发安全问题。

  锂离子电池中又包含了目前应用最广泛的磷酸铁锂电池(LFP Battery)和三元锂电池(NMC/NCA Battery)。

  磷酸铁锂电池正极材料为磷酸铁锂，结构其比传统锂电池更稳定，在高温环境下的耐热性较好，适合对安全要求高的纯电船应用；且不含重金属，对环境友好，适合绿色环保船舶。但是，单位体积内的包含的能量低于其他锂电池，在相同重量下续航里程会稍短；并且在低温条件下，磷酸铁锂电池的放电效率会降低，不适合严寒地区的船舶。

  三元锂电池的正极材料使用镍、钴、锰(NCM)或镍、钴、铝(NCA)等三种元素组合，在现有电池类型中，三元锂电池的单位体积内的包含的能量名列前茅，更适合支持较长的续航能力。相比LFP电池热稳定性较差，有可能会出现热失控情况，增加了对安全管理系统的依赖。此外三元锂电池的钴、镍等材料价格昂贵，电池成本相比来说较高，需要对船舶的经济性进行平衡。

  固态电池是指使用固态电解质取代传统液态电解质的一种新型电池技术。其工作原理与锂电池相似，但由于固态电解质的应用，使其在单位体积内的包含的能量和安全性方面有所提升。

  固态电池拥有极高单位体积内的包含的能量，且有望超过传统锂离子电池，支持更长的续航能力，因此是全球重点研究和探索的对象；由于电解质是固态，在高温条件下的耐热性更好，减少了热失控的风险，具有较高安全性。 且固态电池的循环寿命比传统锂电池更长，理论上更适合船舶长期使用。

  但总体而言，固态电池技术成熟度不高，仍处于研发阶段；固态电解质的制造成本和工艺复杂性较高，目前还难以规模化应用，因此成本比较高、实际应用有限。

  氢燃料电池通过氢气与氧气的化学反应来生成电能。氢气在燃料电池中与氧气反应生成水，同时释放电能，用于驱动电动船的电动机 氢燃料电池只排放水，完全实现零污染，非常符合环保船舶的要求。但氢气的生产、运输和加注设施还不普及，储运成本很高，限制了氢燃料电池船的普及。

  钠离子电池的工作原理类似于锂电池，但使用钠离子在正负极之间进行电荷转移。钠资源丰富且成本低，比锂更为经济，是较具潜力的储能电池，且在低温度的环境下表现优异，适合在寒冷气候的应用。但是钠离子电池的单位体积内的包含的能量不及锂离子电池，循环寿命尚需逐步提升，因此在电动船的应用尚不广泛。

  目前，纯电动船在全球航运和水上交通中的地位逐渐重要。随着电池技术的进步、环保政策的推动以及航运业对可持续发展的需求，纯电船的应用场景范围已逐渐从小型渡轮、游艇逐步扩展到更大型的货运船舶，成为实现低碳航运的重要途径。

  锂离子电池，尤其是磷酸铁锂（LFP）电池和三元锂电池，成为现阶段纯电动船的主要动力来源。相比传统铅酸电池，锂电池具有更高的单位体积内的包含的能量、更长的常规使用的寿命和更好的充电性能，能够很好的满足长时间的续航需求。这些特点使得锂电池成为中小型电动船（如水上巴士、渡轮、短途货船等）的主流选择。

  对于大型船舶和远程航行需求，一些电动船慢慢的开始结合氢燃料电池作为辅助动力。例如，挪威、日本等国家的研究机构和企业正积极开展氢燃料电池船的试点项目，氢燃料的使用不仅仅可以增加续航能力，还能够更好的降低二氧化碳的排放，实现更高效的零排放运输。

  当前，全球多个国家积极地推进电动船项目，旨在降低航运行业的碳排放、减少污染，同时提高能源效率。这些项目涵盖电动渡轮、内河电动货船、电动游艇等多种类型的船舶应用，且相关的支持政策推动了电动船技术的加快速度进行发展与推广。

  中国的纯电动船是全球发展最为迅猛的，据交通运输部水运科学研究院梳理统计，截至2024年6月，我国已建、在建纯电池动力船舶达440余艘，以客运船舶为主，在上海、广州、深圳以及香港等多地，陆续已投入运营多条电动水上巴士线路(客船或观光船)，为绿色港口和城市交通一体化做出了示范。但纯电动货运船舶还处于起步阶段，仅20余艘，主要分布在内湖、内河、岛屿以及近海港口等，用于运输煤炭、矿砂等散货，逐渐替代柴油船以降低内河运输的碳排放，以减少内河运输的污染。

  国家层面，国务院2021年发布了《2030年前碳达峰行动方案》，明确将“因地制宜开展沿海、内河绿色智能船舶示范应用”作为重点任务；2022年，交通运输部在《水运“十四五”发展规划》中明白准确地提出了发展电动船的目标；工信部、发改委等多部门联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施建议》，并要求内河流域和近海航运加快船舶电动化的进程，要求在京津冀、长三角、珠三角等地区优先推广电动船，给予电动船项目财政支持和税收优惠；2023年，交通运输部等五部门联合印发《船舶制造业绿色发展行动纲要（2024—2030年）》，为电动船舶制造业指明了方向。而近期，国家发展改革委、财政部印发的《关于加力支持大规模设备更新和消费品以旧换新的若干措施》提出，在报废基础上更新为燃油动力船舶或新能源清洁能源船舶的，根据不同船舶类型按 1500~3200 元/总吨予以补贴；新建新能源清洁能源船舶，根据不同船舶类型按 1000~2200元/总吨予以补贴。

  地方层面，广东、福建、江苏、湖北、香港等省市也积极做出响应国家号召，陆续出台了如《全方面推进“电动福建”建设的实施建议(2023—2025年)》、《广东省“十四五”现代流通体系建设实施方案》等方案及措施，聚焦船舶运营安全、系统设备兼容、充电接口通用、配套设施完善等发展需求，推动国内电动船舶产业快速健康有序发展。

  日本e5实验项目致力于开发短途渡轮、观光船和货运电动船，并计划在沿海航线中逐步替代柴油船。

  e5项目涵盖全电动渡轮和货船，以及氢燃料电池动力系统，采用清洁能源确保零排放。重点推广氢燃料电池船，希望在大阪、神户等港口城市进行试点项目，开发基于氢燃料的纯电动客船，应用于海港短途运输。

  日本政府提供专项补贴以促进e5项目的发展，并对港口设施和氢燃料加注站的建设提供支持。日本经济产业省提出“绿色增长战略”，将氢燃料电池和电动船列为重点支持领域，目标是到2030年大规模应用氢燃料电池船舶，实现日本海运零排放。

  加拿大温哥华的电动水上出租车作为绿色交通的一部分，已逐渐取代传统柴油水上出租车，为乘客提供环保和静音的水上出行体验。此项目带动了电动游艇和短途电动渡轮的发展。

  在美国，电动游艇由于其卓著的性能优势，一直得到私人市场的追捧和关注，一些制造商推出了全电动游艇，满足私人游艇市场的环保需求。这类电动游艇适用于湖泊和海岸旅游，在减少排放的同时提供安静的水上体验。

  美国环保署（EPA）在加州和华盛顿等地区出台了水域排放控制法规，要求在特定水域内逐步淘汰柴油船舶，这直接推动了电动游艇的推广。美国联邦政府和部分州政府提供税收减免和购买补贴，鼓励电动游艇和电动水上出租车的使用，尤其是支持旅游业中的绿色出行项目。

  欧盟的电动船项目大多分布在在北欧多国。丹麦推出多艘电动渡轮，服务于岛屿间的短程航线。例如，艾尔索尔号（Ellen）电动渡轮投入运营，成为北欧电动渡轮的典范，单次充电续航可达22海里，是目前全球续航最长的电动渡轮之一。芬兰的电动货船项目大多分布在在波罗的海沿岸的短途运输。电动货船设计与芬兰的绿色港口相结合，减少了船舶运营中二氧化碳和硫氧化物的排放。

  挪威则计划在其沿海航线和峡湾地区部署更多的电动渡轮，并立法要求是将在具有世界自然遗产地位的峡湾区域逐步禁止燃油船只，到2026年全面采用电动渡轮等零排放船舶。挪威环境署对所有国内电动船项目提供补贴，并对电动船的研发进行财政支持，由挪威雅苒国际和康士伯联合建造的全球首艘零排放全电动集装箱船“Yara Birkeland”号也已于2022年投入商业运营。

  欧盟通过导读中提到的绿色航运基金(Green Shipping Fund)等项目，为成员国提供资金支持，资助电动船的研发、充电设施建设和基础设施改造。此外，还有为大家熟知的“EU Fit for 55”一揽子计划以及“EU ETS”、“FuelEU Marintime”等鼓励绿色航运技术的减税政策、零排放港口政策等。

  新加坡港务(MPA)正在测试多艘电动港口船舶，包括电动拖船和电动驳船，用于港口物流和靠泊操作。此外，新加坡也在推进电动观光船，支持新加坡港口实现碳中和目标。

  新加坡政府设立绿色基金，用于资助电动船项目和港口基础设施改造，港口当局还计划为采用零排放船舶的运营商提供靠泊费减免，促进电动船和氢燃料船在港口的广泛使用，计划到2030年实现港口零碳运营。

  电动船作为环保水上交通工具，经过数十年发展，已经展现出其在绿色航运和可持续发展中的重要潜力。自20世纪初的实验性电动船到如今大规模示范应用，电动船的发展历史中充满了技术创新和挑战。

  近年来，随着全球对碳中和目标的重视，电动船的发展迎来新一轮机遇。全球主要电动船项目已在多个国家和地区取得显著进展，各国政府和国际组织通过政策支持、资金资助、激发鼓励措施等方式，均在积极推动纯电船在水上交通和短途航运中的广泛应用。

  因此，政府的政策性指引、法规完善程度、标准化和监管措施在应用和发展的过程中扮演着极为关键的角色。

  未来，随着固态电池、锂硫电池等新型高能量密度电池技术的突破，以及全球港口充电基础设施的逐渐完备，电动船有望在中长途运输中发挥更大作用，慢慢的变成为实现航运业减排、低碳和绿色转型的重要途径。

  2024年9月，美国交通部联邦运输管理局（FTA）宣布从基础设施法案中拨款近3亿美元，用于扩大和现代化美国的渡轮系统，旨在为14个州的18个项目提供资金支撑，改善美国国内现代化渡轮服能力。

  该拨款基于《电动或低排放渡轮试点计划- IIJA§71102》，将支持建造一批电动渡船取代旧船、扩大现代化低排放船队、建造新码头和码头充电设施。在18个项目中，有8个是有关电动渡轮和充电设施建设。

  不难看出，虽然美国的电船项目总体推进较慢，但在全球航运业一致推动“绿色转型”的背景下，美国也在逐步推进船舶电动化升级。

  因此，本期【ORIC航运观察】纯电动船航运观察（下）将对影响电动船进一步商业推广的重要的条件、面临挑战及未来展望等作一些分析与讨论。

  电动船的商业化是多因素共同作用的结果，需要在技术、政策、经济和社会等需求之间找到平衡点，才能实现持续发展并推动航运行业的绿色转型。

  应用PEST模型分析电动船商业化的重要的条件可以全面探讨宏观环境对电动船发展的影响，以下从政治Political、经济Economic、社会Social、技术Technological四个方面展开分析：

  政府支持与补贴：多国政府为促进航运行业的绿色转型，积极出台补贴政策。例如欧盟的绿色协议、日本的“零排放船舶计划”、以及中国对电动船研发和制造的专项支持。此外，政府直接资助港口充电基础设施的建设，有助于降低行业进入门槛。

  国际合作与政策对接：国际海事组织（IMO）提出了到2050年将航运行业碳排放减少50%的目标，推动各国制定更加严格的排放标准。政策一致性对国际航运公司特别的重要，如港口电力标准化和碳排放测算方法的统一。

  地理政治学与能源安全：石油价格波动和地缘政治冲突可能刺激电动船的需求，因为其依赖本地可再生能源。

  排放标准与法规：国际和区域性的碳排放限制和硫排放规定，为电动船提供了政策红利。新法规要求船舶能效设计指数（EEDI）更高，这对传统燃油船形成压力。

  行业规范与安全标准：电池安全标准、电动推进系统的操作规范，以及充电设施的技术标准要进一步明确。对电池废弃物的处理和回收提出更高要求，企业需满足环保合规要求。

  初始成本与投资回报：电动船的建造成本目前仍明显高于传统船舶，尤其是电池及电池管理系统成本。目前已有部分国家提供融资支持以减轻船东的资金压力。

  经营成本：电动船因采用电能，具有较低的运营成本（燃料成本下降50%-80%）。但电池更换费用可能抵消部分节省。随着可再次生产的能源价格持续下降，电动船的长期经济性将不断提高。

  市场需求：短途航运市场（如渡轮和近海物流）对电动船的需求量开始上涨较快，因其对航程要求较低且受环保法规限制更为严格。

  全球经济发展形势：全球经济衰退可能会影响航运业的投资能力，而绿色经济复苏计划则有几率会成为电动船发展的催化剂。

  公众环保意识：消费者和物流客户对低碳运输的偏好逐步增强，这为电动船提供了额外的市场驱动力。

  就业与技能转型：电动船商业化需要大量电池技术、电力推进系统和船舶自动化领域的专业人才。目前电车市场技术人员饱和度逐渐提高，航运行业需要培训或吸纳电动车行业劳动力以适应新技术。

  城市化与内河航运：全球城市化进程为电动船在短途客运和货物运输市场中创造了机会，尤其是在人员密集城市内或城际间内河航运领域。

  电池技术突破：电池单位体积内的包含的能量的提升、充电速度的加快以及寿命延长是电动船技术发展的核心。新型储能技术（如固态电池）和能源管理系统将显著改善船舶的经济性和安全性。

  船舶设计与自动化：轻量化船体设计和智能化导航技术对提升电动船性能至关重要。船舶自动化程度提高，能更加进一步降低人工成本，提高运营效率。

  基础设施与互联性：智能港口与电动船之间的互联性，如自动化充电与调度系统，可以优化能源使用并提高周转效率。

  充电网络建设：智能充电港口和高功率充电站的普及对电动船推广至关重要，目前，全球多个港口（香港、新加坡等）正在试点智能港口系统。

  作为绿色航运和环保水上交通的一部分， 电船毋庸置疑具有显著的减排优势，但其发展和推广过程中也面临诸多技术、经济和政策上的挑战：

  电动船的续航里程主要依赖于电池容量，当前市场上商业化锂离子电池产品的能量密度无法满足长距离航行的需求。

  大容量电池体积大、重量重，不仅会占用船舶的有效载荷空间，还会增加船舶自重，影响航速和续航能力。为了延长续航里程，电池需要更大的存储容量，但这会增加船舶自重和占用货舱空间，限制货物装载能力，需要进行严格的设计权衡。

  电动船的充电需求与电动汽车类似，但受制于水上交通的特点，港口充电设施的建设进度较慢。

  大多数港口和码头缺乏高功率的充电设备，充电设施网络尚未普及。全球范围内，港口的充电网络还未形成规模，尤其在小型港口和偏远水域。

  电动船所需的大型锂离子电池在运行中存在过热和起火风险，电池在高负荷运行下容易出现热失控现象，存在一定的安全隐患。

  同时，电池的使用寿命有限，经过频繁的充放电循环后，电池性能会衰减，导致更换成本较高。如何延长电池寿命并确保安全性，是电动船面临的技术难题。

  相比传统柴油船，电动船的建造成本更高，主要体现在电池、动力系统、充电设施等关键技术的投入上。

  电动船的初始购置成本较高，且需要进行定期维护、更换电池，这导致运营成本增加。虽然电动船具备较低的长期燃料成本，但初始成本成为了许多中小型船东的负担。

  长途运输和大宗货物航运市场对电动船接受度较低，目前需求集中在短途渡轮和内河运输领域，市场需求尚未完全释放。且当前低油价环境使传统燃油船仍具有较强的成本竞争力，电动船在整体运营经济性上尚无明显优势。

  电动船对高功率快速充电有较高需求，但目前的充电速度较慢，远不能满足高频次航运的要求。

  电动船舶的电池相比电动车容量较大，完全充满需要的时间较长，若充电速度过慢将会影响船舶的正常运营。此外，现有电池的能量密度难以满足大型船舶的续航要求，电池重量也给船舶设计带来了限制。

  尽管一些国家和地区推出了促进电动船发展的政策，但全球范围内尚未形成统一的技术标准和监管体系。例如，电动船的充电标准、充电接口、功率需求、电池回收等方面还缺乏具体的国际规定。

  电动船作为航运业绿色转型的重要技术之一，拥有巨大的发展潜力，未来的进步将主要体现在技术突破、基础设施建设、能源多样化、政策支持和智能化升级等方面：

  随着电池技术的进步，未来高能量密度、长寿命和高安全性的电池将逐渐普及，如固态电池和锂硫电池等新型电池技术的发展，将极大地提高电动船的续航能力，降低电池重量。电池的能量密度提升不仅能够增加电动船的续航里程，还将减少电池更换的频率，逐步降低运营成本。

  未来，港口和内河航道将逐步完善充电基础设施布局，为电动船提供高功率、快速充电服务。充电网络的普及将提升电动船的运营效率，充电桩和充电站也将逐步分布在全球主要港口和内河码头，满足长航程电动船的需求。此外，移动充电船和无线充电技术的应用也将有效解决电动船的充电问题。

  电动船的广泛应用将促进绿色港口和智能港口的建设。未来，港口将搭建一体化能源管理系统，采用清洁能源为电动船提供高效的充电服务。智能化港口管理系统可以优化电动船的航行和停靠，提高船舶充电的效率和港口的运作效率。此外，绿色港口还将配备太阳能、风能等可再生能源设施，进一步推动港口的碳中和目标。

  纯电动船虽然在短途航行中具备显著优势，但在长途航行中可能会被混合动力和多能源船舶所替代。未来，电动船或将与燃料电池、氢能、绿色LNG等多种清洁能源相结合，形成混合动力船舶，提高远航能力。燃料电池的无排放特性和高单位体积内的包含的能量适合中长途运输，而电池则适合港口作业和短途航线。

  电动船的发展将与自动驾驶技术、智能化系统深度融合。未来，电动船或将配备自主导航和智能管理系统，实现全自动化操作，优化电能消耗。智能化电动船不仅能够根据航行条件调节能耗，还可以提高航行安全性和高效性。此外，通过数据分析和物联网技术，电动船的维护和管理将更加便捷和精准。

  随着各国对航运减排的重视，全球各地的政府和国际组织将出台更多激励政策支持电动船的发展。这些政策可能包括购置补贴、税收优惠、靠泊费减免等，从而降低电动船的初始投资成本，吸引更多企业和船东加入到电动船的推广应用中。同时，国际海事组织（IMO）等机构可能会加速出台全球性的电动船技术标准和法规，推进全球电动船的应用。

  随着电动船的普及，未来的水上运输将更加清洁，逐步实现零排放的绿色航运目标。电动船作为绿色供应链的一环，将成为低碳和环保的运输方式之一，与陆路电动货车、铁路等绿色运输方式协同合作，形成全链条的绿色供应链系统。到2050年，全球航运行业有望实现碳中和目标，为全球气候治理做出重大贡献。

  电动船作为一种具有环保特性的现代交通工具，已经展现出了广阔的发展的潜在能力。随着技术的进步和市场需求的增长，电动船有望在未来的航运行业中占据一席之地。

  目前，尽管电动船面临电池技术、充电设施、成本和政策法规等方面的挑战，但通过不断的技术创新和政策支持，这样一些问题都将有可能是在未来逐步得到解决批；届时，电动船将真正为全球的可持续发展目标贡献力量，推动航运行业的绿色转型。

  电动船的发展将不仅限于目前内河和短途运输，还可能在中长途航运和远洋领域发挥更大作用。电动船与智能化、自动化和清洁能源技术的结合将推动航运行业向零排放、智能化和可持续发展方向转型。

  在全球绿色转型和碳减排的时代背景下，电动船将成为未来航运行业的重要组成部分，为实现低碳环保的目标奠定坚实的基础。

  以上就是本期《ORIC丨航运观察》“纯电动船航运观察”的全部内容，欢迎各位同行老师留言讨论。返回搜狐，查看更加多