探索電池電動船的成本和可行性

根據伯克利實驗室研究人員最近發表在《自然能源》期刊上的一項新研究，將美國船隊的一部分從內燃機改裝為電池電動系統到2035年將可能顯著減少溫室氣體排放，並在很大程度上具有成本效益。

航運業占美國交通運輸總溫室氣體排放的3%，使其成為減碳的重要目標。但從技術和市場的角度來看，為船舶電氣化比汽車電氣化更具挑戰性。船舶的資本投資遠大於汽車，且壽命可達數十年。儘管近年來更好的電池技術使電動車（EV）擁有更長的續航距離，但船舶的重量遠超過汽車，且在港口之間可以行駛非常長的距離。這些重物和長距離使一些人認為，電氣化航運是不切實際的。

“我們決定測試這一假設，”該研究的負責人、伯克利實驗室的能源政策研究員朴完英（Won Young Park）說。

“我們的分析包括了100%所有航次的電氣化可行性，同時探索排除少量超長單次航程的情況，這可以通過多艘船的優化操作來解決，”他說。“隨著電池成本的下降，加上電池能量密度的提升、更清潔的電網、優化的船舶操作，以及重視電池的二次使用，為國內航運創造了獨特的電氣化機會。”

研究人員分析了美國國旗船隻，這些船隻的總噸位少於1,000噸，主要包括客運船以及三種類型的拖船。他們識別出了6,323艘這類船隻。在這些船隻中，有2,722艘從自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）獲得了足夠的數據，以了解它們的航程長度和模式。

朴完英和他的同事發現，僅排除1%最長的航程就使船舶的電氣化變得更加可行，這樣所需的電池容量可減少到原來的三分之二。對於客運船，所需的電池尺寸可以減少85%。

電氣化減少排放的程度取決於用於充電的電力的碳強度。根據該研究，這6,323艘船隻占美國國內航運排放的9.5%。研究人員考察了電網碳強度隨時間變化的三種情景。第一種情景是現狀，第二種情景是到2050年實現95%的電力脫碳，第三種情景則是到2035年實現更具攻擊性的95%脫碳。對這些船的改裝到2035年可能降低海運二氧化碳等效排放34-73%，其中第三種情景達到最高減排率。

研究人員還考察了電氣化航運如何具有成本效益，這意味著改裝為電池電動的成本與運行相當的內燃機船隻的運行成本相同或更低。內燃機船的總成本包括燃料、運行和維護成本，以及二氧化碳等效排放和空氣污染的社會成本。對於電池驅動的船隻，總成本包括電池、充電、運行和維護、充電基礎設施的成本、二氧化碳等效排放的社會成本，以及電池在第一壽命結束時的二次使用價值。研究人員在這些情況下比較了這些成本，包括總航次的百分比、電網的碳強度、以及電池系統和充電成本的不同成本情景。

在2035年實現95%電力脫碳的情景下，對這些船隻進行電氣化改裝以覆蓋99%的年航次將是成本效益顯著的。

研究人員還研究了這些船隻在成功實現電氣化方面所需的充電能量。他們發現大約一半的充電需求可以集中於美國的20個港口。

“電氣化潛力集中於相對較少的港口，包括紐約-新澤西、新奧爾良和休斯頓，”伯克利實驗室的博士後研究員、該研究的首席作者文熙成（Hee Seung Moon）表示。“這意味著將基礎設施投資集中在這些港口將有助於船舶電氣化。”

“我們的分析提供了理解電池電動航運選項的重要第一步，”朴完英（Park）表示。“這為未來的研究和政策發展奠定了基礎，幫助確定根據單艘船的活動和當地電網排放優先考慮電池電氣化的最佳地點。”

這項研究得到了美國交通部海事管理局（MARAD）的支持。

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洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）致力於通過研究清潔能源、健康地球和發現科學來為人類提供解決方案。該實驗室成立於1931年，基於團隊能最佳解決重大問題的信念，伯克利實驗室及其科學家已獲得16項諾貝爾獎。來自全球的研究人員依賴該實驗室的世界一流科學設施進行他們的開創性研究。伯克利實驗室是一個多計畫國家實驗室，由加利福尼亞大學管理，隸屬於美國能源部的科學辦公室。

美國能源部的科學辦公室是美國物理科學基礎研究的最大單一支持者，並致力於應對我們時代的一些最緊迫的挑戰。部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊。