研究称到 2035 年船舶电气化将更具成本效益

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根据伯克利实验室研究人员最近在《自然能源》杂志上发表的一项新研究，到 2035 年，将美国部分航运船队从内燃机改装为电池电力系统，可以显著减少温室气体排放，而且成本效益很高。
航运占美国交通温室气体排放总量的 3% ，是脱碳的重要目标。但从技术和市场角度来看，船舶电气化比汽车电气化更具挑战性。
船舶的投资比汽车大得多，使用寿命长达几十年。尽管近年来电池技术的进步使电动汽车的续航里程更长，但船舶比汽车重得多，而且可以在港口之间行驶很长的距离。这些重量和长距离让一些人认为电气化航运是不可行的。
该研究负责人、伯克利实验室能源政策研究员 Won Young Park 表示，研究人员决定验证这一假设。
他说：“我们的分析包括 100% 航行电气化的可行性，同时也探索排除一小部分非常长的单程航行，这可以通过优化多艘船舶的运营来解决。”
“电池成本下降，加上电池能量密度增加、电网更清洁、船舶运营更优化以及对电池二次寿命的重视，为国内航运创造了独特的电气化机会。”
研究人员分析了悬挂美国国旗、总吨位低于 1,000 吨的船只，主要包括客船和三种拖船。他们识别出 6,323 艘此类船只。其中，2,722 艘船只拥有来自自动识别系统（一种船只自动跟踪系统）的足够数据，可以了解其航行距离和航行模式。
帕克和他的同事发现，只要排除 1% 的最长航程，船舶电气化就变得更加可行，这样电池体积就可以比最长航程所需的电池小三分之二。他们发现，对于客船来说，电池体积可以缩小 85%。
电气化能减少多少排放取决于充电所用电力的碳强度。该论文称，这 6,323 艘船舶占美国国内航运总排放量的 9.5%。研究人员研究了电网碳强度随时间变化的三种情景。
情景一是维持现状，情景二是到 2050 年实现 95% 的电力脱碳，情景三是更为激进的情景，到 2035 年实现 95% 的脱碳。改造这些船舶可使 2035 年的海运二氧化碳当量排放量减少 34-73%，其中第三种情景的减排效果最显著。
研究人员还研究了电气化船舶如何具有成本效益，这意味着改装电池电力的成本与运营同等内燃机船舶的成本相同或更低。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。
对于电池驱动船舶，总成本包括电池、充电、运营和维护、充电基础设施成本、二氧化碳当量排放的社会成本以及电池在首次使用寿命结束时的二次使用寿命价值。研究人员再次比较了不同场景下的这些成本，包括总行程百分比、电网碳强度以及电池系统和充电成本的不同成本场景。
他们发现，在 2035 年电力脱碳率达到 95% 的情景下，到 2035 年，让 85% 的船舶实现电气化并覆盖 99% 的年度航行，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以集中在 20 个美国港口。
“电气化潜力集中在相对较少的港口，包括纽约-新泽西港、新奥尔良港和休斯顿港，”伯克利实验室博士后研究员、论文第一作者 Hee Seung Moon 表示。“这意味着将基础设施投资集中在这些港口将促进船舶电气化。”
“我们的分析为了解电池电力航运选项迈出了重要的第一步，”帕克说。“它为未来的研究和政策制定奠定了基础，以便根据个别船舶活动和当地电网排放确定优先考虑电池电气化的最佳位置。”