探索电池电动船舶的成本和可行性

伯克利实验室研究人员最近发表在《自然能源》上的一项新研究，到2035年，将美国部分航运船队从内燃机改装为电池电动系统可以显著减少温室气体排放，并且在很大程度上具有成本效益。

伯克利实验室称航运占据美国交通领域温室气体排放总量的3%，因此是脱碳的重要目标。但从技术和市场角度来看，将船舶电气化比将汽车电气化更具挑战性。船舶的资本投资比汽车大得多，而且使用寿命长达几十年。尽管近年来电池技术的改善意味着电动汽车的续航里程更长，但船舶比汽车重得多，可以在港口之间行驶很长的距离。这些重量和距离导致一些人认为，将船舶电气化是不可行的。

该研究的负责人、伯克利实验室的能源政策研究员Won Young Park表示，研究人员决定测试这一假设。”

“我们的分析包括100%行程实现电气化的可行性，同时也探索排除一小部分非常长的单程行程的可能性，这可以通过优化多艘船只的运营来解决，”他说。“电池成本的下降加上电池能量密度的提高、更清洁的电网、优化的船只运营以及对电池第二生命的重视，为国内航运创造了独特的电气化机会。”

Park和他的同事们发现，将最长航程的1%排除在外，使船舶电气化变得更加可行，使电池的体积比最长航行所需的体积小三分之二。他们发现，对于客船来说，其尺寸可以减少85%。

电气化在多大程度上减少了排放量，取决于用于充电的电力的碳强度。根据这份报告，这6,323艘船占美国国内航运排放总量的9.5%。研究人员观察了电网碳强度随时间变化的三种情景。情景一保持现状，情景二到2050年实现95%的电力脱碳，情景三到2035年实现更积极的95%的脱碳。改造这些船舶可以在2035年减少34-73%的海洋二氧化碳当量排放，其中第三种情景的减排量最高。

研究人员还研究了电气化航运如何具有成本效益，这意味着改装电池电力的成本与操作一个等效的内燃机船的成本相同或更低。对于内燃机船舶，总成本包括燃料、运营和维护以及二氧化碳当量排放和空气污染的社会成本。对于电池驱动的船舶，总成本包括电池、充电、运营和维护、充电基础设施的成本、二氧化碳当量排放的社会成本，以及电池在第一生命期结束时的第二生命值。研究人员再次将这些成本在不同情景下进行比较，包括总行程的百分比、电网的碳强度，以及电池系统和充电成本的不同成本情景。

他们发现，在到2035年实现95%电力脱碳的设想中，在2035年将这些船只中的85%（涵盖99%的年航程）电气化将是具有成本效益的。

研究人员还研究了船舶成功实现电气化需要多少充电能量。他们发现，大约一半的充电需求可能集中在美国的20个港口。

“电气化潜力集中在相对较少的港口，包括纽约-新泽西、新奥尔良和休斯顿，”伯克利实验室博士后研究员、该论文的第一作者Moon Hee Seung说。“这意味着将基础设施投资集中在这些港口将有助于船舶电气化。”

Won Young Park表示，“我们的分析是理解电池电动航运选择的重要第一步。它为未来的研究和政策制定奠定了基础，以确定最佳位置，根据船舶活动和当地电网排放情况优先考虑电池电气化。”

这项研究得到了美国运输部海事管理局（MARAD）的支持。

来源｜Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)