2024电动船充换电基础设施发展关键问题研究.docx
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1、电动船充换电基础设施发展关键问题第一章项目背景与意义11.1 研究背景11.2 研究意义51.3 研究范围界定6第二章内河电动船舶经济效益分析82.1 电动客船经济效益分析82.2 电动集装箱船经济效益分析一以“港航船途01”为例112.3 电动公务船船经济效益分析122.4 分析结论13第三章长三角内河船舶电动化前景与成本投入分析153.1 分析思路和依据153.2 长三角内河船舶电动化发展前景预测基于不同政策环境303.3 分析结论48第四章长三角内河电动船舶与充换电基础设施现状梳理504.1 长三角内河电动船统计情况504.2 长三角内河电动船舶充换电技术情况534.3 长三角内河电动船
2、舶充换电设施统计594.4 分析结论61第五章长三角内河电动船舶充电、换电设施需求分析635.1 整体思路635.2 不同船型对充换电设施的需求特征635.3 电动客船充电设施需求测算645.4 电动公务船充电设施需求测算705.5 电动集装箱船换电设施测算745.6 分析结论81第六章长三角内河充换电配套基础设施发展关键问题分析826.1 标准规范方面826.2 运营管理方面886.3 支持政策方面916.4 资源保障方面956.5 关键问题推进解决主体98第七章电动汽车配套基础设施发展过程的经验借鉴1017.1 电动汽车充换电配套基础设施发展现状1017.2 电动车配套基础设施发展的经验借
3、鉴104第八章发展目标与思路1098.1 发展目标1098.2 基本思路110第九章对策建议1129.1 建立并完善内河电动船舶充电、换电标准规范1129.2 强化充电、换电设施建设运营激励手段应用1169.3 优化我国内河电动船发展政策环境120125附表:长三角三省一市内河电动船及配套设施数量(20252035)第一章项目背景与意义1.1 研究背景1.1.1 契合我国“双碳”战略要求由温室气体排放引起的气候变化问题已成为全球共同面对的重大挑战之一。世界经济论坛(WorkiEConomiCForUm)报告提出,从长期风险角度来看,未来十年的全球五大风险全部与环境相关,其中“气候变化缓和与调整
4、措施失败位列首位】。凝聚全球力量,共同应对气候变化带来的长期影响已刻不容缓。联合国报告显示,化石燃料是迄今为止造成全球气候变化的最主要原因,占全球温室气体排放的75%以上,占所有二氧化碳排放的近90%o减少化石燃料使用,增加可再生能源的利用,降低碳排放,是全球各国应对气候变化的共识之一。我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,以降碳为重点战略方向,推动减污降碳协同增效。世界银行数据显示,交通运输业产生的二氧化碳约占全球燃料燃烧所排放二氧化碳的23%o我国交通运输领域石油消耗量达2.56亿吨,约占一次能源消费总量的57%,增幅和增速远超其他行业。交通运输业已成为三大碳排放来源之一,占比1
5、1%,是温室气体和大气污染物排放的重点领域2。与公路、铁路和航空相比,水路运输温室气体排放强度最低(船舶2gC02tkm航空1700gCO2/tkm、道路运输2030OgCO2tkm)3,但增长快,同时承担了“公转水”运输量,排放量较为可观。据2019年数据,我国水运碳排放量占交通领域碳排放的6.47%4o此外,内河航运中小型船舶占比高,航运企业多且规模小,减碳减排难度大。据交通运输部内河航运发展纲要,我国2035年和2050年现代化内河千吨级航道将达2.5x104km,内河货物周转量占全社会比重达9%。可以预期,我国内河航运将会稳步发展,内河船舶电动化对我国交通运输行业减排降碳具有积极的促进
6、作用。1.1.2 内河航运本身高质量发展的要求近年来,我国密集出台政策,支持内河航运发展。2021年11月,印发关于深入打好污染防治攻坚战的意见提出要加快大宗货物和中长途货物运输”公转铁”、“公转水”,大力发展公铁、铁水多式联运。同年12月,印发了“十四五”现代综合交通运输体系发展规划o交通运输部绿色交通“十四五”发展规划和水运十四五发展规划明确十四五时期新增及改善内河航道里程5000km,内河高等级航道里程到2025年将达到1.85x104km,即到2025年将新增国家高等级航道2500km,营运船舶单位运输周转量CO2排放较2020年下降3.5%等。此外,上海、江苏、浙江、安徽等地也不断加
7、大内河航道建设力度,拓展内河航道通航里程,加大航道网密度。伴随着我国内河航道条件的不断改善,我国内河船舶在大型化、标准化发展方面成效显著,但在绿色化、智能化等方面与绿色低碳发展要求仍有差距。纯电动船舶可实现使用过程零排放,同时兼具推进结构简单、推进效率高、使用成本低、易于实现智能化控制等优势,是内河船舶智能化、绿色化发展的必然产物。受到良好的市场前景吸引,我国电动船舶发展迅速,产业创新要素集聚。政府分别出台举措,支持电动船舶发展。从国家层面来看,交通运输部联合多部委印发关于推进长江航运高质量发展的意见,提出长江航运发展应坚持生态优先、绿色发展,走低碳、循环、可持续发展之路,到2025年,基本建
8、立发展绿色化、设施网络化、船舶标准化、服务品质化、治理现代化的长江航运高质量发展体系,到2035年,建成长江航运高质量发展体系。2022年9月,工业和信息化部等五部委关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见提出,加快发展电池动力船舶,重点推动纯电池动力技术在中短途内河货船、滨江游船及库湖区船舶等应用。意见提出以货船为试点,开展标准化箱式电源换电技术研究与应用。2022年11月10日,生态环境部等15部门联合印发深入打好重污染天气消除、臭氧污染防治和柴油货车污染治理攻坚战行动方案,包括重污染天气消除攻坚行动方案臭氧污染防治攻坚行动方案柴油货车污染治理攻坚行动方案3个行动方案,其中,柴油货车污染治理
9、攻坚行动方案“非道路移动源综合治理行动”提出,提高轮渡船、短途旅游船、港作船等使用新能源和清洁能源比例,研究推动长江干线船舶电动化示范。2023年4月7日,交通运输部长江航务管理局针对合力推进“电化长江”总体工作方案征求意见,提出以公务船艇、中短途客船及货运船舶等为重点,在充分试点示范的基础上逐步推广锂电池、燃料电池、甲醇等新能源技术的应用,积极支持配套基础设施建设、新技术应用和产业布局调整。从地方层面来看,2023年,江苏出台江苏省新能源船舶产业高质量发展三年行动方案(2023-2025年),支持电动集装箱等船型发展。江苏省无锡市提出“电化运河”倡议,推进大运河绿色智能航运产业发展。浙江省从
10、2019年开始,开展包括船舶电池动力系统在内的节能环保产业等重点领域提升发展工作,对入围的市县给予500-2000万元的财政专项激励,并将船用高荷电蓄电池组纳入浙江省高端装备制造业发展重点领域目录,对企业符合条件的船舶电池动力系统关键核心技术攻关项目,经竞争性立项,通过省科技重大专项给予支持。2022年4月,福建省工业和信息化厅和福建省财政厅印发实施2022年福建省电动船舶产业发展试点示范实施方案,其中明确推进内湖、江河、沿海船舶电动化,对福建省电动船舶制造企业,在电动船舶交付且运行一定里程后,按交付船舶(含新建和改造)电池动力推进系统价格的40%给予补助,其中省级首批次示范项目按60%给予补
11、助,单船补助不超过1500万元。2022年7月,上海印发了上海市交通节能减排专项扶持资金管理办法,其中明确对于电动船舶项目,按照船舶动力系统成本(包括电池及电力推进系统)的30%予以补贴,其中营运客船给予40%的补贴,单船最高补贴额度不超过500万元。2023年,上海市2023年碳达峰碳中和及节能减排重点工作安排中提到,新增和更新的苏州河游船、黄浦江游览船、轮渡客轮、公务用船全部采用纯电动船舶。2023年,湖北省印发湖北省支持绿色智能船舶产业发展试点示范若干措施,落实湖北省推动绿色智能船舶产业发展试点示范有关方案,支持液化天然气(LNG).电池、甲醇、氢燃料、混合动力等绿色动力船舶和智能船舶的
12、研发、设计、制造、应用及配套,加快湖北省内江、河、湖、库绿色智能船舶试点示范项目建设,支持充(换)电配套基础设施、绿色航运综合服务区等配套基础设施建设或升级改造。实践表明,电动船舶符合我国内河船舶装备绿色化、智能化发展方向,是实现我国内河航运和船舶智能装备产业链高质量发展的有效路径。1.1.3 电动船舶适合内河航运场景我国内河船舶数量多,船型和船队规模多样。近年来,学术界与产业界围绕液化天然气(LNG)、甲醇、氢、锂电池等清洁能源开展了系列内河航运的应用研究和工程实践。比较来看,从LNG作为内河船用燃料角度而言,根据LNG气体燃料发动机类型的不同,温室气体减排潜力仅为10%.23%,而其主要构
13、成甲烷本身也是温室气体,且其温室效应是二氧化碳的28倍5,使用过程中出现的甲烷逃逸将进一步降低LNG的减碳效果,无法实现零碳排放。甲醇燃料可实现温室气体减排约6%-10%,然而,受甲醇价格、燃料舱舱容、加注基础设施等因素的影响,船用甲醇燃料供应系统、船用甲醇发动机目前海船应用较多,少见内河船舶应用。氢的生产成本主要取决于制取方法,根据美国能源信息署(EIA)2019年统计数据,中国电网电解水制氢成本最高约5.5美元/公斤,煤制氢成本最低约1美元/公斤。未来要实现全生命周期的零排放,制氢途径要从5数据来源:北京绿色金融与可持续发展研究院。化石能源转向可再生能源。此外,与液氢相比,液氨体积能量密度
14、具有明显优势,且储存及供应相对容易,是较为理想的能量载体,适用于续航里程较长的船舶。相比而言,基于锂电池的船舶动力方案,经过近十年的发展,在内河航运领域展现出一定的技术优势、环境优势与成本可行性,并初步具备了产业化的条件。受益于我国电动汽车产业的发展,近几年我国船用动力锂电池技术发展迅速,锂电池的成本价格在过去十年中降幅达80%以上,动力电池的经济性不断提高。同时,由于内河生态系统较为复杂,污染负荷较低,而内河电动船舶对环境污染极低,对保护内河水资源与生态资源具有积极意义。此外,电动船舶结构简单、传动部件少、工作可靠,运营成本相对较低,更适于内河航运。1.2 研究意义作为世界航运大国,我国内河
15、船舶数量10.9万艘6,在船舶减排治理中发挥重要角色。长三角三省一市共拥有内河货运船舶6.0万艘,长三角水路货运量、货物周转量分别约占全国的53.2%和47.1% 2022年数据。数据来源:长三角内河水运报告2022。,长三角内河船舶电动化将对我国内河航运减排起到关键示范作用。近年来,电动船舶技术环境趋于成熟,船用电池技术、电力推进技术、船舶能源管理和控制、电动船舶产业链等日趋完善,内河船舶电动化对技术条件已初步具备。纯电动船舶产业的蓬勃发展源于国家对于“双碳战略的重大需求,具有鲜明的需求导向和目标导向,其社会意义和经济意义巨大。近年来,产业界、学术界相关人员围绕电动船的推广与应用开展了大量工
16、作,取得了积极进展。数据显示,长三角内河电动船舶发展较快,各类内河电动船舶设计、建造及下水投运的热度逐年提升。然而,现阶段电动船的全面推广仍然存在一定的困难与瓶颈,我国内河船舶新能源普及率严重不足,内河船舶动力来源绝大多数为传统化石能源。我国内河电动船舶在应用推广上主要面临着初期投入大、充换电配套基础设施缺乏、法规标准缺失等亟待解决的问题,成为阻碍电动船舶发展的主要约束力。其中,在电动船舶的初期投入经济性方面,集装箱船、散货船、客船、公务船等不同船型有所不同,但总体来看,电动船舶初期成本投入较大,主要由于磷酸铁锂电池价格相对较高,就目前市场行情来看,单位千瓦时的价格在2000元左右,以一艘搭载
17、150OkWh动力电池的集装箱船为例,动力电池成本达300万。在充换电配套基础设施建设方面,在电动船舶推广未形成规模效应之前,充换电站投资建设项目的经济性较差。在充换电运营管理和充换电配套服务方面,我国内河港口充电、换电配套基础设施建设及充电、换电操作缺少统一标准规范,缺乏关于船用动力电池充电、换电配套基础设施的选址及建设要求,对于船舶充换电过程中存在的风险及如何规范操作缺少系统的研究,对集装箱式移动电源(下文简称箱式电源)的存储及运输存在一定的限制。上述因素相互制约、相互关联,阻碍了内河船舶电动化的可持续推进。在这一背景下,以长三角地区作为代表性示范区域,开展长三角内河电动船舶充换电配套基础
18、设施与运营管理研究,梳理电动船舶在充换电运营与设施配套服务等方面存在的政策障碍和制度瓶颈,并构建适用于电动船舶充换电运营的政策体系,提出相应的对策建议,对我国内河电动船舶全面应用和推广具有较强的实践意义。1.3研究范围界定在前期电动船舶成本投入与减碳效益等研究基础上,本课题聚焦长三角内河电动船舶充电、换电配套基础设施,分析判断长三角内河电动船舶发展前景,预测长三角内河电动船舶及其对充电、换电设施的需求,梳理长三角现有电动船舶和充电、换电设施的数量、特征和分布情况等现状,调研分析当前充电、换电设施发展过程中面临的关键问题,得出长三角内河电动船舶充电、换电需求与当前供给之间的差距,以此为据,在借鉴
19、电动汽车充电、换电设施发展的基础上,提出长三角内河电动船舶充电、换电配套基础设施发展的目标、思路与对策,为电动船舶领域各类企业主体、政策制定者等提供决策依据。第二章内河电动船舶经济效益分析本研究分别以客船、集装箱船和公务船为对象,构建了船舶成本测算模型,选取了具有代表性的选取实船案例,对比研窕了电动船与传统柴油船舶的成本投入。内河船舶的成本主要包括建造成本、营运成本和航次成本等。其中,建造成本包括船舶造价或租金、船舶折旧等费用;营运成本即船公司为保证船舶正常的航行服务,从而产生的经常性维持费用,包括船员工资、船上必备的物料、保险、船舶维修保养费用、润料费,以及相关的管理费用等;航次成本即船舶在
20、航行任务中产生的一系列费用成本,主要要素为电费、港口费用、运河及各种佣金。由于充换电设施的商业模式仍在探索中,因此案例中暂不考虑充换电设施的投资成本。如果考虑充换电设施建设成本,可将该成本体现在充电价格中。2.1 电动客船经济效益分析本研究选取一艘上海轮渡电动船和一艘黄浦江电动游览船进行测算。(1)电动轮渡船经济效益分析以“上海轮渡11”为例该轮渡船往返于黄浦江两岸,其运行基本信息如下表所示。数据显示该船百公里电耗较高,达到11333kwho其主要原因是轮渡船单次航行距离较短,频繁启停和加减速。表2-1:典型内河轮渡船动态数据信息名称参数次均航行距离(km)0.6每天班次数37百公里电耗(kw
21、h百公里)11333次均耗电量(kwh)68电池容量(kwh)3132该船年耗电量约91.83万kwh。同等吨位、同等载客量的柴油船舶年柴油消耗量约270.9吨,年岸电使用量约2150kwho调研数据显示,该船充电价格为1元kwh,柴油价格按8000元/吨计。基于以上数据,计算结果显示,在运营成本方面,该电动轮渡船年用电成本约91.83万元;柴油船年柴油成本约189.64万元,年岸电使用成本约0.22万元;年维护成本约20万元,比柴油船舶约少10万元。在建造成本方面,电动船舶的建造成本约1250万元,比传统柴油船舶约多600万元;两种船舶其他成本假设相同。电动船与柴油船成本对比如表2-2所示。
22、表2-2:内河轮渡柴油船与电动船成本对比类别柴油船电动船建造成本(万元)6501250年维护成本(万元)2010年柴油成本(万元)189.640年用电成本(万元)0.2291.83结果表明:电动船相比于柴油船增加的投资成本约600万元,年节省运维成本约135万元。进一步分析显示,按照现行充电价格(1元kwh),在电池生命周期内(以10年计)电动船无需增加额外投入(与柴油船相比)。所选取的电动轮渡船运行约5年可收回成本。在零补贴情况下,充电电价平衡点为1.81元/kwh。即在电价为1.81元Zkwh时,电动船在10年内总成本与柴油船总成本相同。此外,由于运营里程也会影响年运营成本,进一步计算可得
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