发展电池动力船舶技术助推长江经济带绿色航运发展
瞿小豪 袁裕鹏 严新平
摘 要：长江经济带是我国人口、资源和经济分布最为集中的区域，是世界上位居首位的内河经济产业带，对我国国民经济具有重要影响。船舶作为贸易运输的重要载体，在长江经济带建设发展中起到至关重要的作用。当前，在长江水网上航行的柴油机动力船舶造成的大气污染、水域污染和噪声污染普遍存在，对长江经济带生态环境造成了恶劣影响。新时代背景下，水运行业升级转型势在必行，急需创新内河船舶技术，研究和应用以清洁、环保为核心的电池动力绿色船舶技术，将对长江经济带的绿色可持续发展有着重要意义。
关键词：电池动力船舶；长江经济带；绿色船舶
中图分类号：U664.14 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0014-03
航运业是国际贸易和经济全球化的支柱，全世界80 %的贸易运输都是通过航运业完成的[1]。我国拥有丰富的内河航运资源，内河航道通航里程达12.71万公里，居全世界首位[2]。内河航运是我国国民经济的基础，也是综合运输体系的重要组成环节[3]。长江经济带作为中国新一轮改革开放转型区，其经济总量一直保持在全国总量 40 %以上，是全国经济的“顶梁柱”[4]。2016年9月份颁布的《长江经济带发展规划纲要》从规划背景、总体要求、保护长江生态环境等方面描绘了长江经济带发展的宏伟蓝图。针对生态环境保护和经济发展的关系，习近平总书记指出，在开发和建设长江经济带时，不搞破坏性开发，要走生态优先、绿色发展之路。
船舶是长江经济带上主要的污染源之一。以柴油为燃料的柴油机动力船舶，在航行时，排放了大量的大气污染物，如二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）和颗粒物（PM）等，对生态环境造成恶劣影响[5]。同时，在航行过程中出现的溢油事故，产生的大量舱底水、垃圾和生活废水等对长江沿岸的水质造成严重的污染。因此，大力开展和实施节能减排已刻不容缓。电池动力船舶技术代表了内河中小型船舶未来的发展方向，研究和推广以电池动力船舶为代表的“绿色船舶”，可摆脱传统内河船舶技术水平低下、污染严重的困境，达到节能减排和绿色环保的目的，实现长江经济带绿色、协调和创新发展[6]。
1 长江“黄金水道”的地位与发展
长江素有“黄金水道”的美誉，宛如一条珠链，串起“长江经济带”上的9省两个直辖市。长江经济带区域面积广阔，约为205万平方公里，是资源富集带，其中水资源、耕地资源和森林资源占全国比重高[7]，分别为39.47 %、34.42 %、40.77 %。作为横跨我国地理意义上的东部、中部和西部三大经济区的阶梯，长江经济带地理位置优越，经济基础雄厚，在区域发展格局中具有重要地位。习近平总书记在深入推动长江经济带发展座谈会上，明确提出了推动长江经济带发展需要正确把握的5个关系。同时也特别强调，要坚持在发展中保护、在保护中发展，不能把生态环境保护和经济发展割裂开来，更不能对立起来，要走生态优先、绿色发展之路。在开发和建设长江经济带时，必须从中华民族长远利益考虑，把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护、不搞大开发。
2 电池动力船舶技术助推长江经济带绿色航运
据统计，常年在长江航道上航行的船舶有21万多艘，这些船舶每年向长江排放的含油废水和生活污水达3.6亿吨，排放生活垃圾7.5万吨[8-9]。此外，因事故造成的油品、化学品污染事件也时有发生，对长江水域生态环境造成了极大威胁。以三峡库区水域为例，船舶平均流量为10万艘/年，据环保部门测试，仅重庆籍的各类运输船舶每年产生垃圾4.2万吨，生活污水1500多万吨，含油废水100多万吨[10]。20世纪末以来，长江流域经济进入高速发展期，航行于长江水域的船舶对生态环境造成了严重的污染。生态环境是实施长江经济带发展战略的重要基础和前提条件，只有优化配置，有效保护好长江经济带生态环境，维护良好的水资源和水环境，才能促进长江经济带战略的顺利实施。
2.1电池动力船舶的技术内涵
电池动力船舶技术是将传统的以柴油机作为动力源的机械推进改为由动力电池为动力源的电力推进技术，如图1所示。电池动力船舶技术改变了船舶传统的动力模式，不需要配备排放和污染大的柴油机，改由动力电池为船舶提供能量源，在航行过程中无污染物的排放，可实现船舶“零排放”的目标。
2.2电池动力船舶的国内外研究现状
电池动力船舶舍弃了传统船舶上污染大和噪声大的柴油机和发电机组，选用动力电池作为船舶动力源，在满足船舶功率需求的同时，具备能耗低、排放少、安静低噪的特点，是未来船舶发展的趋势。
东京海洋大学于2010年5月开发了纯电池推进船“雷鸟I”号，如图2所示。该船采用了先进的锂电池充电技术，克服了传统纯电动船舶充电时间过长的缺点，在航行过程中的噪音较小，无污染气体排放。图3所示为挪威船级社所属的纯电池驱动的滚装渡轮“Ampere”，该渡轮每天往返于于Lavik港和Oppedal港，可装载120辆汽车和360名乘客，最大航行速度为10 kn。该渡轮在减少污染气体排放，减小航行噪音和增加乘坐舒适度上具有创新性突破。
国内采用动力电池作为船舶动力源的电动船处于起步阶段，主要应用在内河游船和小吨位的运输船上。近日，由武漢理工大学、中国船舶重工集团公司第七一一研究所、湖州市航运实业总公司等单位共同组成的《智能新能源内河运输船舶技术创新产业联盟》研发的“48TEU智能新能源集装箱船”项目在浙江湖州正式启动。该船是全国首艘48标箱标准化智能新能源集装箱船，建成后，将会在湖州安吉上港码头至上海共青码头的航线上航行。
该船针对内河水域船舶航行环境及集装箱运输，研发与集成纯电池动力系统、无轴轮缘推进系统、智能航行系统、船岸协同智能内河船舶辅助驾驶等关键系统技术，实现内河运输船舶智能化、绿色化和高效化的发展目标。在运营模式上，采取在航道沿岸和港口建设可充电和更换电池动力系统的“服务站”，如图4所示，开拓了创新性的内河集装箱运输营运模式。
2.3电池动力船舶系统构成
电池动力船舶主要由岸基电能补给系统、动力电池系统、电池管理系统、船舶电力系统、船舶推进系统等组成，其中岸基电能补给系统的目的是为动力电池系统提供电能补给。岸基电能补给系统可采取在航道沿岸或港口建立“服务站”的模式，通过充电桩或动力电池换装设备为动力电池系统进行电能的补充。基于动力电池的船舶推进系统拓扑结构图如图5所示，它主要包括以下几部分：动力电池、电池管理系统、船舶电力系统、船舶推进系统等。动力电池是全船动力的能量源，在船舶航行和作业时，为船舶相关机械设备和系统提供能量。电池管理系统与动力电池紧密相连，作为电池组的配套系统，主要作用是准确估测动力电池组的荷电状态、动态监测动力电池组的工作状态、对整个系统实现热管理和均衡管理，保障动力电池安全高效地工作。船舶电力系统是对电能进行高效的分配和管理，实现全船能源的綜合利用。电力推进系统则主要包括推进电机和推进器两个部分。
2.4开展电池动力船舶技术的意义
长江航运业绿色可持续发展是建设长江经济带的重要基础。船舶是长江经济带上重要的载运工具，也是生态水网上的重要污染源，构建生态水网是改善和修复长江经济带沿岸生态功能的重要途径。电池动力船舶是一种实现“绿色航运”的创新性技术，能够实现航运业“零排放”的目标，与传统柴油动力船舶相比，在减少污染和排放、减小航行噪音和增加经济效益等方面上具有明显优势。电池动力船舶技术符合节能、环保和“绿色航运”的发展需求，具有广阔的应用前景。因而，开发、应用和推广以电池动力船舶为代表的绿色船舶技术将会从源头上解决江、湖泊、库区等水域的污染问题，深化长江经济带生态水网的构建。
3 结语
建设长江经济带是我国新时代区域发展战略的重要组成，区别于传统的粗放掠夺式开发模式，新时代的长江经济带建设将区域生态环境保护放在第一位，在建设长江经济带时，以实现绿色发展、协调发展和创新发展为目标。研发和推广电池动力船舶技术，将从源头上解决船舶航行带来的污染问题，从而深化长江经济带生态网的建设，助推长江经济带绿色可持续发展。
参考文献：
[1] Sharmina M， Mcglade C， Gilbert P， et al. Global energy scenarios and their implications for future shipped trade[J]. Marine Policy， 2017， 84（1）：12-21.
[2] 交通运输部党组. 奋力从交通大国向交通强国迈进[J].中国水运， 2017（10）：6-7.
[3] 王晓刚.浅谈内河航运的发展[J].现代经济信息， 2011（23）：348-348.
[4] 国务院.国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见[J].中国水运， 2014， 14（10）：15-19.
[5] 严新平，徐立，袁成清.船舶清洁能源技术[M].国防工业出版社， 2015.
[6] 李兴宇，杜庆森.新型铁电池电力推进系统在船舶中的应用前景分析[J].广东造船， 2014（5）：77-79.
[7] 王大力，吴映梅， 郭建缨.长江经济带发展的资源环境基础分析[J]. 安徽农业科学， 2015（22）：306-308.
[8] 姜燕.长江水体污染堪忧[N].中国水运报，2016.05-08.
[9] 张文芬，严新平.大力发展长江绿色航运助推长江经济带建设[J].长江技术经济，2017，1（01）：56-60.
[10] 徐旭忠，黄豁，陈敏.船舶污染--三峡库区水污染防治的"软肋"[J].记者观察， 2004（5）.
摘 要：长江经济带是我国人口、资源和经济分布最为集中的区域，是世界上位居首位的内河经济产业带，对我国国民经济具有重要影响。船舶作为贸易运输的重要载体，在长江经济带建设发展中起到至关重要的作用。当前，在长江水网上航行的柴油机动力船舶造成的大气污染、水域污染和噪声污染普遍存在，对长江经济带生态环境造成了恶劣影响。新时代背景下，水运行业升级转型势在必行，急需创新内河船舶技术，研究和应用以清洁、环保为核心的电池动力绿色船舶技术，将对长江经济带的绿色可持续发展有着重要意义。
关键词：电池动力船舶；长江经济带；绿色船舶
中图分类号：U664.14 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0014-03
航运业是国际贸易和经济全球化的支柱，全世界80 %的贸易运输都是通过航运业完成的[1]。我国拥有丰富的内河航运资源，内河航道通航里程达12.71万公里，居全世界首位[2]。内河航运是我国国民经济的基础，也是综合运输体系的重要组成环节[3]。长江经济带作为中国新一轮改革开放转型区，其经济总量一直保持在全国总量 40 %以上，是全国经济的“顶梁柱”[4]。2016年9月份颁布的《长江经济带发展规划纲要》从规划背景、总体要求、保护长江生态环境等方面描绘了长江经济带发展的宏伟蓝图。针对生态环境保护和经济发展的关系，习近平总书记指出，在开发和建设长江经济带时，不搞破坏性开发，要走生态优先、绿色发展之路。
船舶是长江经济带上主要的污染源之一。以柴油为燃料的柴油机动力船舶，在航行时，排放了大量的大气污染物，如二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）和颗粒物（PM）等，对生态环境造成恶劣影响[5]。同时，在航行过程中出现的溢油事故，产生的大量舱底水、垃圾和生活废水等对长江沿岸的水质造成严重的污染。因此，大力开展和实施节能减排已刻不容缓。电池动力船舶技术代表了内河中小型船舶未来的发展方向，研究和推广以电池动力船舶为代表的“绿色船舶”，可摆脱传统内河船舶技术水平低下、污染严重的困境，达到节能减排和绿色环保的目的，实现长江经济带绿色、协调和创新发展[6]。
1 长江“黄金水道”的地位与发展
长江素有“黄金水道”的美誉，宛如一条珠链，串起“长江经济带”上的9省两个直辖市。长江经济带区域面积广阔，约为205万平方公里，是资源富集带，其中水资源、耕地资源和森林资源占全国比重高[7]，分别为39.47 %、34.42 %、40.77 %。作为横跨我国地理意义上的东部、中部和西部三大经济区的阶梯，长江经济带地理位置优越，经济基础雄厚，在区域发展格局中具有重要地位。习近平总书记在深入推动长江经济带发展座谈会上，明确提出了推动长江经济带发展需要正确把握的5个关系。同时也特别强调，要坚持在发展中保护、在保护中发展，不能把生态环境保护和经济发展割裂开来，更不能对立起来，要走生态优先、绿色发展之路。在开发和建设长江经济带时，必须从中华民族长远利益考虑，把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护、不搞大开发。
2 电池动力船舶技术助推长江经济带绿色航运
据统计，常年在长江航道上航行的船舶有21万多艘，这些船舶每年向长江排放的含油废水和生活污水达3.6亿吨，排放生活垃圾7.5万吨[8-9]。此外，因事故造成的油品、化学品污染事件也时有发生，对长江水域生态环境造成了极大威胁。以三峡库区水域为例，船舶平均流量为10万艘/年，据环保部门测试，仅重庆籍的各类运输船舶每年产生垃圾4.2万吨，生活污水1500多万吨，含油废水100多万吨[10]。20世纪末以来，长江流域经济进入高速发展期，航行于长江水域的船舶对生态环境造成了严重的污染。生态环境是实施长江经济带发展战略的重要基础和前提条件，只有优化配置，有效保护好长江经济带生态环境，维护良好的水资源和水环境，才能促进长江经济带战略的顺利实施。
2.1电池动力船舶的技术内涵
电池动力船舶技术是将传统的以柴油机作为动力源的机械推进改为由动力电池为动力源的电力推进技术，如图1所示。电池动力船舶技术改变了船舶传统的动力模式，不需要配备排放和污染大的柴油机，改由动力电池为船舶提供能量源，在航行过程中无污染物的排放，可实现船舶“零排放”的目标。
2.2电池动力船舶的国内外研究现状
电池动力船舶舍弃了传统船舶上污染大和噪声大的柴油机和发电机组，选用动力电池作为船舶动力源，在满足船舶功率需求的同时，具备能耗低、排放少、安静低噪的特点，是未来船舶发展的趋势。
东京海洋大学于2010年5月开发了纯电池推进船“雷鸟I”号，如图2所示。该船采用了先进的锂电池充电技术，克服了传统纯电动船舶充电时间过长的缺点，在航行过程中的噪音较小，无污染气体排放。图3所示为挪威船级社所属的纯电池驱动的滚装渡轮“Ampere”，该渡轮每天往返于于Lavik港和Oppedal港，可装载120辆汽车和360名乘客，最大航行速度为10 kn。该渡轮在减少污染气体排放，减小航行噪音和增加乘坐舒适度上具有创新性突破。
国内采用动力电池作为船舶动力源的电动船处于起步阶段，主要应用在内河游船和小吨位的运输船上。近日，由武漢理工大学、中国船舶重工集团公司第七一一研究所、湖州市航运实业总公司等单位共同组成的《智能新能源内河运输船舶技术创新产业联盟》研发的“48TEU智能新能源集装箱船”项目在浙江湖州正式启动。该船是全国首艘48标箱标准化智能新能源集装箱船，建成后，将会在湖州安吉上港码头至上海共青码头的航线上航行。
该船针对内河水域船舶航行环境及集装箱运输，研发与集成纯电池动力系统、无轴轮缘推进系统、智能航行系统、船岸协同智能内河船舶辅助驾驶等关键系统技术，实现内河运输船舶智能化、绿色化和高效化的发展目标。在运营模式上，采取在航道沿岸和港口建设可充电和更换电池动力系统的“服务站”，如图4所示，开拓了创新性的内河集装箱运输营运模式。
2.3电池动力船舶系统构成
电池动力船舶主要由岸基电能补给系统、动力电池系统、电池管理系统、船舶电力系统、船舶推进系统等组成，其中岸基电能补给系统的目的是为动力电池系统提供电能补给。岸基电能补给系统可采取在航道沿岸或港口建立“服务站”的模式，通过充电桩或动力电池换装设备为动力电池系统进行电能的补充。基于动力电池的船舶推进系统拓扑结构图如图5所示，它主要包括以下几部分：动力电池、电池管理系统、船舶电力系统、船舶推进系统等。动力电池是全船动力的能量源，在船舶航行和作业时，为船舶相关机械设备和系统提供能量。电池管理系统与动力电池紧密相连，作为电池组的配套系统，主要作用是准确估测动力电池组的荷电状态、动态监测动力电池组的工作状态、对整个系统实现热管理和均衡管理，保障动力电池安全高效地工作。船舶电力系统是对电能进行高效的分配和管理，实现全船能源的綜合利用。电力推进系统则主要包括推进电机和推进器两个部分。
2.4开展电池动力船舶技术的意义
长江航运业绿色可持续发展是建设长江经济带的重要基础。船舶是长江经济带上重要的载运工具，也是生态水网上的重要污染源，构建生态水网是改善和修复长江经济带沿岸生态功能的重要途径。电池动力船舶是一种实现“绿色航运”的创新性技术，能够实现航运业“零排放”的目标，与传统柴油动力船舶相比，在减少污染和排放、减小航行噪音和增加经济效益等方面上具有明显优势。电池动力船舶技术符合节能、环保和“绿色航运”的发展需求，具有广阔的应用前景。因而，开发、应用和推广以电池动力船舶为代表的绿色船舶技术将会从源头上解决江、湖泊、库区等水域的污染问题，深化长江经济带生态水网的构建。
3 结语
建设长江经济带是我国新时代区域发展战略的重要组成，区别于传统的粗放掠夺式开发模式，新时代的长江经济带建设将区域生态环境保护放在第一位，在建设长江经济带时，以实现绿色发展、协调发展和创新发展为目标。研发和推广电池动力船舶技术，将从源头上解决船舶航行带来的污染问题，从而深化长江经济带生态网的建设，助推长江经济带绿色可持续发展。
参考文献：
[1] Sharmina M， Mcglade C， Gilbert P， et al. Global energy scenarios and their implications for future shipped trade[J]. Marine Policy， 2017， 84（1）：12-21.
[2] 交通运输部党组. 奋力从交通大国向交通强国迈进[J].中国水运， 2017（10）：6-7.
[3] 王晓刚.浅谈内河航运的发展[J].现代经济信息， 2011（23）：348-348.
[4] 国务院.国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见[J].中国水运， 2014， 14（10）：15-19.
[5] 严新平，徐立，袁成清.船舶清洁能源技术[M].国防工业出版社， 2015.
[6] 李兴宇，杜庆森.新型铁电池电力推进系统在船舶中的应用前景分析[J].广东造船， 2014（5）：77-79.
[7] 王大力，吴映梅， 郭建缨.长江经济带发展的资源环境基础分析[J]. 安徽农业科学， 2015（22）：306-308.
[8] 姜燕.长江水体污染堪忧[N].中国水运报，2016.05-08.
[9] 张文芬，严新平.大力发展长江绿色航运助推长江经济带建设[J].长江技术经济，2017，1（01）：56-60.
[10] 徐旭忠，黄豁，陈敏.船舶污染--三峡库区水污染防治的"软肋"[J].记者观察， 2004（5）.
