2019年,全球汽车产业进入深度变革的关键时期。汽车技术、市场、政策正在发生前所未有的变化,机遇与挑战并存。在这个大背景下,2020年1月10日中国电动汽车百人会召开了以“把握形势
聚焦转型
引领创新”为主题的年度大型论坛。此次论坛将讨论全球及中国汽车产业与市场发生的重大变革,转型方向与路径,中国有关汽车的政策走势以及市场驱动阶段的新能源汽车技术路线、产业重组的机遇与竞争合作模式、电动汽车安全、核心技术突破、燃料电池汽车发展、自动驾驶与智能网联汽车发展的顶层设计与规制创新等相关内容。
会议上中国船舶重工集团公司第七一二研究所副所长李明勇发表了演讲,以下为演讲实录:
中国船舶重工集团公司第七一二研究所副所长 李明勇
尊敬的欧阳院士、各位专家、各位代表大家下午好!非常荣幸有机会就船舶领域的电动化相关问题给大家做简要汇报。
汇报分三部分,一是船舶电动化现在发展处于的时代要求。第二是目前船舶电动化方面的技术,我们的一些看法或取得的进展。第三方面,大家一起做的探索或者实践。
第一方面,宏观形势。从“十八大”到“十九大”,跨度近十年,在生态文明建设方面一个非常重要的关键词—绿色,在这个关键词指引下面,在行业特别是交通运输部,在相继2017、2018、2019陆续出台的相关制度和政策,同时针对长江的绿色发展,交通运输部已经专门出台了长江航运的高质量发展的相关意见,船舶是航运的一个重要再在,航运的高质量发展自然离不开船舶的绿色发展。第三个就是相应的法律法规,包括国际的IMO组织对船舶排放提出了相关的要求,同时中国船级社也对应出台了相应的标准规范,从2014—2017年,特别是2019年出台了纯电动船舶的规范,这些规范的出台,大大促进了船舶行业的电动化的快速发展。第四个,船舶的电动化得益于新能源汽车,特别是中国新能源汽车的快速发展,包括相应技术、产品、产业化,对船舶行业产生了很大的促进作用。总结下来,有关国家宏观政策,行业强力推动,法律法规制定的约束,包括新能源领域的相关技术的发展,对船舶电动化的促进起到了非常关键的作用。反过来,船舶电动化应该说迎来了一个非常好的发展机遇期。
第二部分,就船舶电动化大家关注的,因为船舶相对交通领域来说是一个相对落后的行业,船舶谈电动化,自然会引起很多专家的兴趣。我从四个方面来提,一个是电源系统。电动船从电源系统来讲,如果针对固定的航区要达到零排放,有内河,游船、渡船和作业船,这些船的能源主要还是以电池系统,现在当前最主要的是锂电池,下一个阶段应该是氢燃料电池技术。同时,它的推进系统活动理系统在船舶领域,现在最关注的是采用调参推进,一会我会说一下我的看法。未来就离不开像氢燃料电池的加入,来促进船舶电动化在各种类型船的普适性的应用。
电动船的电源系统和新能源汽车游什么差异呢,一般船电动车,是60到100kwh,一艘船会达到2000kwh以上,这么大的差异导致电池管理系统会复杂。同时,船舶和车有非常大不一样的地方,就是船舶的电源系统对安全性的要求是非常重要,我们不允许出现在船上由于电源系统的热失控而引起灾难性事故,我们的车允许有一段逃离时间的要求,这就是在车上或者船舶上面对电源系统的要求是有差异化的。这个方面,我们直接给一个结论,新能源船舶和新能源的汽车在电源系统方面,在安全性的要求上面有本质的差异性,这是电动船舶关于电源系统的要求,就是安全性。
解决安全性,现在我们一个是从船舱电池舱设计到电源系统的设计,到电源模块到电芯,是分层次分架构的设计方式,中国船级社规范里明确提出,以分层进行检验,我们提出在船舶里面的电池系统要基于电芯创立的柔性成组技术,就是将电池或者说电化学技术和电力电学达到高度集合,达到高安全性大容量的需求。无并联的电芯本质上减少的电池包内的安全,我们降低成组的要求,新电池和旧电池可以在一个电池包里混合使用,第三就是能源管理,和电力电池的结合,通过这种方式来达到电池组随意扩充。
未来的方向我们认为是燃料电池发动机加上锂电池组合的能源形态。推进系统方面,船舶和新能源汽车,别的交通部一样的,我们关注几个问题,高效率是我们非常重要的部分,高效率在船舶里面,除了电机本身的效率还有推进器或者螺旋桨的效率,另外就是低震动,船舶对震动的要求比较高。第三个就是机桨一体化,为此我们提出来船舶需要的推进系统关注的是吊舱式的推进器。
第三个方面关于充电,刚才也有专家就充电相关接口提出问题,船舶是在水面上面,它是一个动态的载体,大的电流充电过来以后,船舶的自由的运动,这些特征导致充电会有一些特殊的要求。这里我们也展示了,通过有限的充电壁和无线充电方式,一会在实践里会谈到相关的进展。
第四个方面就是船舶的自动化,未来发展方向应该是远程操控智能化,包括无人的系统,包括多船协同作业的问题,这是电动船相关的技术,我们关注的点或者我们正在进行的研究工作。
第三个方面想介绍一下这两年来纯电动船的实践。这个长江里一艘船,53米,航速10节,白天运行8小时,电池是2300度电,推进是2000千瓦,这艘船2019年12月正式投放武汉长江段运行,这是中国首条取得CCS认证的纯电动船。这是这艘船电池系统构成,从电芯到PACK到成组,到船舱里的设计,包括要求,整个系统重量比相对偏低,这也是为了获取电池的高安全性的要求,牺牲了一部分重量比,这是这艘船里采用了2台200牵米的ICARUS200型吊舱推进器,把机桨舵一体化,大量节省船舱的空间,大大减少了由于电机装在船舱里的震动。我们认为在这种船里能量非常宝贵,整个推进系统的效率,到最终螺旋桨上面的效率是我们非常关注的一个点。
最后,这条船做下来以后,在不同的舱室里,在四个舱室里针对震动的速度,包括噪声水平做了适度的测试,应该说这种系统设计达到了绿色船舶最高等级的要求,达到了三级的要求,真正达到了豪华轿车的静音性的水平。
这是充电系统,采用两种方式,一种是通过线连接的传电方式,300千瓦,通过无线充电可以做到100千瓦,已经实船应用。整个舱室环境非常舒适,特别是整个机舱颠覆了传统船舶机舱的概念。
从2017—2019年,短短两年多时间,中国的纯电动船舶发展非常快速,上面看到的都是几百人载人量的客船,全世界都是大胆的尝试。还有一些湖泊领域的,中国的一些景色非常好的水上旅游景点大量采用了电动船。最后介绍有代表性的一艘船,港作拖轮,随着电动化的发展,现在港口在中国得到了快速发展,而港口了非常重要的装备就是港口作业拖轮,大型的拖轮,船进入港口都需要拖轮拖进来,这种船非常有特点,经过仔细分析以后,最后提出采用纯电动化的方式,这艘船用了五千多度电,推进功率达到2×1500千瓦,预计2020年交付,这艘船的交付,对于工业船舶特别是绿色港口的建设起到非常大的推动作用。
最后,谈一点个人的建议和想法,船舶的绿色电动化确确实实是一个系统性工程,需要行业引领,特别是政策制度、标准规范的建设。另外,加强示范工程的推广应用,船舶电动化以保持特别谨慎和乐观的态度,谨慎在哪里,我们不希望船舶电动化按照非市场化的方式运行,是按照市场化方式运行,就是这艘船上了以后是否给客户带来经济价值,给船东创造经济效益,这是我们关注的。第二个,安全性是船舶电动化在一段时间内一定要引起大家高度重视的,这就是我们非常谨慎的地方。不能一窝蜂的上,如果这个城市没有非常好的旅游资源,你采用电动化船舶的时候一定要慎重,在共同打造航运交通强国先行区,内河水运绿色发展示范区和高质量发展样板区的征程中,我们应该并坚定献上我们全部的力量,愿航运业迎来更加美好的明天。谢谢大家。
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