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 近年来，随着极端气候频繁出现以及“碳达峰、碳中和”目标设定，电池储能系统可以在船舶运营领域发挥至关重要的作用，船舶在当前可以通过切换燃料油、调整航速等多种即时可行的方式减排、增益，而集装箱电池储能系统因其安装运输方便、建设周期短和环境适应能力强的优点而具有广泛的发展前景。而中国船舶领域实现“双碳”战略目标在2022年初又添新的核心装备。1月6日，中国船级社为中国船舶集团有限公司旗下上海船舶研究设计院研制的我国首台套集装箱式动力电池单元（S-CUBE）产品颁发了国内第一张集装箱式动力电池单元船用产品证书。

 

Part 01  集装箱式动力电池单元（S-CUBE）产品

该证书标志着S-CUBE已完全满足实船装船应用的各种要求，将成为内河航运零碳排放的新利器。S-CUBE是由上船院牵头，携手宁德时代、赛尔尼柯、上海电巴及厦门太平货柜等业内知名供应商共同完成，自重约20吨，容量最大可达1540千瓦时（kWh），具备业界领先的高密度能量集成、全方位安全防护、智能远程监控、自动快速连接等核心技术。

特点如下：

（1）S-CUBE以20尺标准集装箱为载体，以经由中国船级社认可的磷酸铁锂电池为基础，形成具有通用性的模块化电源系统。S-CUBE单体容量最大可达1540kWh，仅需4个箱子就能使一艘载货量为3000吨的货船航行200公里。

（2）S-CUBE具备业界领先的能量密度及覆盖全流程使用场景的安全性能，同时具有极强的智能化拓展能力。

（3）S-CUBE具有自动化的标准接口，可实现模块与电网间便捷、安全的快速接通与脱离，从而使通过更换模块实现船舶能量快速补充的“换电模式”得以实施。S-CUBE的出现将推动构建换电运营体系，通过布设充电场站网络，使船舶进一步缩短能量补充时间，提升运营效率。

（4）S-CUBE凭借其通用化标准化的设计理念、极高的能量密度、安全可靠的系统设计及高效经济的运行模式，极大地拓展了电池技术在船舶、海工领域的应用场景。无论是独立作为能量来源，还是与其他能源型式形成混合动力系统，S-CUBE在各类船舶上均能体现出极佳的适用性。特别是其所支持的换电运营模式，尤其适用于在内河航运领域打造纯电动运输船标准船型。

 

Part 02  集装箱电池储能系统研究现状

由于集装箱式电池储能系统能够显著提高船舶的运行效率，具有容量高、可靠性强、灵活性高、环境适应性强等多种优点，因而近年间在船舶领域的应用逐渐增多，且“换电”技术及相关基础设施也有了一定的发展，其应用范围和市场前景十分广阔，有望引领内河绿色航运的新变革。

截至目前，除了我国的S-CUBE外，国内外还有多家企业聚焦于集装箱式电池储能系统的研发，并取得一定成果。

l  Maersk Cape Town

其中，早在2019年丹麦马士基就完成了集装箱式储能电池系统的实船试验，4500TEU “马士基•开普敦”轮（Maersk Cape Town）上安装了一种 600kWh集装箱式船舶电池储能系统。该系统由马士基与丹麦的三叉戟海事系统公司（Trident Maritime Systems）合作研发，由三叉戟海事系统公司负责生产，是业内首例测试电池储能系统的试验，该集装箱式船舶电池储能系统的大部分设备被存放在一个40英尺集装箱中，主要包括了：六支电池架（包含 108个电池模块）、功率转换装置和变压器、逻辑控制器、断路器，能够在电力负荷快速变化期间支持高达 1 800kVA的发电机输出功率，提供冗余电源，并且能提高电气系统（如船舶发电机）的效率。

l  Alphenaar 号

2021年9月6日荷兰零排放服务公司交付荷兰首艘集装箱式电池推进船舶，由零排放服务公司(ZES)交付的“阿尔芬纳”号（Alphenaar）完成首航，从阿尔芬航行至荷兰的莫尔迪克，这是荷兰首艘使用可更换的集装箱式电池组进行推进的内河船舶。“阿尔芬纳”号衍生于MAGPIE(sMArt Green Ports as Integrated Efficient multimodal hubs）项目。ZES公司提供了变革性的解决方案：将以绿色能源为基础的可更换式集装箱式电池组、开放式充电基础设施和船东按使用次数付费制度三者相结合的概念。该设计理念基于使用集装箱式可更换电池组（即“ ZESPacks”），利用可再生能源进行充电，并建立一个开放式充电站网络，将电能快耗尽的电池组整箱直接更换，缩短等待时间。同时，这些开放式的充电站能够作为能源枢纽，在高峰负荷期间稳定电网，并可以为其他交通工具充电，可在例如建筑工地和节庆场所等各个不同地点提供和储存能源。

l  ESS

瑞士ABB也推出集装箱式储能系统，能够实现“即插即用”，并且能够随时与船舶的主配电系统进行整合。该20英尺的集装箱式储能系统（ESS）能够为储能系统的升级提供便捷，将蓄电池、变频器、变压器、控制器、冷却和辅助设备都预组装在独立单元中。该集装箱式储能系统的特点主要有以下三点：①集装箱式储能系统(ESS)全套系统都封装于20英尺的ISO标准集装箱内，将可持续的蓄电池电力集成到现有船只上；②全包式预组装单元，更易安装、维护，节约燃料，降低污染物排放；③储能系统灵活且性价比高，能够与各类船舶进行集成，该系统将适宜用于电气室空间极为有限的海工支援船，同时也适用于集装箱船、渡轮、钻井船等多种船型。

l  PowerX

日本成立了PowerX公司专注于集装箱式风电电力运输船开发，即可以将海上风电场所产生的电能传输至集装箱式电池中，再将其运往港口或码头做供电使用。第一艘PowerX电能转移船计划将于2025年正式推出，可运载100个集装箱式电池（即200MWh电力），相当于22 000名日本家庭一天的用量总和。电能转移船为在日本沿海水域运输可再生能源而设计，通过创新，让船舶更多地采用电力推进，以此来改变当前日本过度依赖进口化石能源等传统燃料的局面。该公司认为，电能转移船能够一定程度上抵御自然灾害，并且能够减少各项成本，PowerX公司计划在验证“电能转移船”可行性后，进一步扩大载运规模，扩大约至1 000到3 000个集装箱式电池，实现1 000~3 000公里长距离的电力运输工作。

l  Skoonbox

2022年2月荷兰达门船厂集团将部署全球首个通过海事认证的多功能集装箱电池，这个20英尺集装箱电池Skoonbox由荷兰绿色能源供应商Skoon Energy提供。荷兰达门船厂集团将部署全球首个通过海事认证的多功能集装箱电池，旨在帮助减少船厂排放。据了解，Skoonbox最初在2018年世界港口日（World Port Days）期间推出，之后取得了重大进展。该集装箱内装有314节锂电池，可以提供638千瓦时的可再生能源。

l  64TEU内河集装箱船

国内在2021年1月由国网电动汽车公司投资、国网智慧能源交通技术创新中心负责研发的国内首艘纯电池动力集装箱船在江苏泰州开工建造。此次研发的内河64TEU纯电池动力示范船总长65米、载重量超千吨。该船的动力电池由亿纬锂能提供，搭载的是总电量超过6.55MWh的磷酸铁锂动力电池系统，并支持在固定码头换电。

 

表1 国内外主要集装箱电池储能系统

时间	国家	企业	主要成果
2019年12月	丹麦	马士基	马士基与Trident Maritime Systems合作制造一种600千瓦时集装箱式电池储能系统安装4500TEU“马士基·开普敦”(Maersk Cape Town)轮，业内首例测试电池储能系统的试验。
2021年1月	中国	亿纬锂能	国网研发的国内首艘纯电池动力集装箱船在江苏泰州开工建造，动力电池由亿纬锂能提供，搭载的是总电量超过6.55MWh的磷酸铁锂动力电池系统，并支持在固定码头换电。
2021年9月	荷兰	零排放服务公司(ZES)	荷兰首艘使用可更换的集装箱式电池组进行推进的内河船舶“阿尔芬纳”号（Alphenaar）完成首航。
2021年9月	瑞士	ABB	推出20英尺集装箱式储能系统（ESS），能够实现“即插即用”，并且能够随时与船舶的主配电系统进行整合。
2021年12月	日本	PowerX公司	提出了power ARK“电能转移船”的概念，即可以将海上风电场所产生的电能传输至集装箱式电池中，再将其运往港口或码头做供电使用。
2022年1月	中国	上船院	研制我国首台套集装箱式动力电池单元（S-CUBE）产品获得中国船级社第一张集装箱式动力电池单元船用产品证书。
2022年2月	荷兰	达门船厂	达门船厂和Skoon Energy合作部署全球首个通过海事认证的20英尺多功能集装箱电池Skoonbox

 

 

Part 03 相关核心专利摘编

为更好反映集装箱式电池相关技术在船舶领域的发展，本文摘录了十条该领域的专利文献资料，具体如下：

1、Energy storage system (ESS)（DE202021102090）

申请日：20210419

申请人：Mulytic Labs GmbH

技术概述：一种储能系统ESS，其中储能系统包括：可部署在诸如卡车、铁路和轮船等各种运输方式上的运输集装箱，电网接口，可将储能系统连接到电网，特别是低压配电网，至少一个发电组件，特别是太阳能光伏(PV)发电机，可储能，双向逆变器组件，以能量管理控制器。 

 

2、ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD（WOEP20051379）

申请日：20200121

申请人：SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

技术概述：一种向船舶上的能量存储系统提供能量存储单元的方法，所述船舶适于使用所存储的能量，所述方法包括：在岸上的充电站接收用户能量存储需求的通知； 用一个或多个用于所述系统的替换能量存储单元从所述充电站调度自主车辆：从所述系统的操作位置移除一个或多个使用过的能量存储单元； 插入式置换储能器位于系统的相同操作位置的单元； 以及将使用过的能量存储单元返回到充电站。

 

3、MODULARIZED ESS AND POWER DISTRIBUTION SYSTEM（US17069783）

申请日：20201013

申请人：Joule Case Inc

技术概述：一种采用模块化容器化能量存储系统(ESS)和功率柜控制系统的系统，其允许电池和电化学存储设备的长持续时间不间断电源(UPS)能力。模块化集装ESS和电源柜控制系统。可以实现用于电池和电化学存储设备的长时间不间断电源(UPS)能力。模块化能量存储系统的实施例可以包括第一电源柜，该第一电源柜被配置为用作主电源和负载平衡设备。第一电源柜可以包括电力电子设备，包括DC-AC逆变器、变压器和频率调节器；一组一个或多个能量存储系统，可以是基于电池的。

 

 

4、PLUG AND PLAY ENERGY STORAGE SYSTEM（US16368830）

申请日：20190328

申请人：GE ENERGY POWER CONVERSION TECHNOLOGY LIMITED

技术概述：该发明提供了一种用于船舶的能量存储系统。所述能量存储系统包括电池组和存储容器，所述存储容器构造成用于容纳所述电池组和其它部件，并且包括用于将所述电池组电耦合到所述容器的电接口。所述能量存储系统还包括鼓风冷却系统和空气调节系统，所述鼓风冷却系统(可安装到所述容器的第一部分，所述空气调节系统用于冷却所述电池组，所述空气调节系统被配置用于冷却所述其它部件。

 

5、动力电池单元（CN202120746172.9）

申请日：20210413

申请人：上海船舶研究设计院(中国船舶工业集团公司第六0四研究院)

技术概述：该实用新型公开了一种动力电池单元；动力电池单元包括箱体，箱体内设有多个锂电池包；箱体上开设有箱门；箱体内设有搁架和内部控制柜；锂电池包和内部控制柜均设于搁架上；锂电池包与内部控制柜电连接；内部控制柜连接有对外快速接口；对外快速接口嵌设于箱体的侧面；箱体内腔的底部上固设有导轨，搁架底部固设有滚轮，滚轮滑设于导轨上；搁架和箱体之间设有可拆卸式的锁止机构。本实用新型使动力电池系统形成标准化单元模块，电池包可连同搁架移出箱体进行维护；可以避免电池在船上充电带来的安全隐患，提高船舶运营安全。

 

 

6、一种储能集装箱（CN202020395597.5）

申请日：20200325

申请人：惠州亿纬锂能股份有限公司

技术概述：该实用新型涉及储能电池技术领域，公开一种储能集装箱。其中储能集装箱包括多个隔仓、风道组件和制冷组件，每个隔仓内均存放有电池模组；且每个所述隔仓内均设置有风道组件，风道组件设置有出风口和回风口；每个隔仓内均设置有制冷组件，制冷组件与风道组件连通，制冷组件通过出风口能够向隔仓内提供冷空气，以对电池模组冷却降温；隔仓内冷却电池模组后的热空气通过回风口回至风道组件内，再由制冷组件冷却降温，以形成冷空气。该储能集装箱解决了局部温差大的问题，提高了储能集装箱的实用性，提高了系统稳定性，且散热均匀，提高了电池模组的散热性能。

 

7、一种船舶电池系统用微型集装箱（CN201920760066.9）

申请日：20190524

申请人：杭州科工电子科技有限公司

技术概述：该实用新型公开了一种船舶电池系统用微型集装箱，微型集装箱、电池模组以及热管理系统；所述微型集装箱的顶部固定有顶板，所述顶板上固定安装有吊环，所述微型集装箱内固定有层架，所述层架的两侧分设有支撑骨架，所述微型集装箱正面安装有门体，所述门体为双层双开门结构，所述电池模组为抽屉式结构，所述电池模组与层架滑动连接，所述电池模组内设置有单体电池。本实用新型具有以下有益效果：船舶电池系统用微型集装箱，给电池提供一个稳定的安全且稳定的工作环境，同时集装箱的内腔采用模块化安装，便于电池模组的更换与检修。

 

8、一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统（CN201910808346.7）

申请日：20190829

申请人：中国船舶科学研究中心(中国船舶重工集团公司第七0二研究所)

技术概述：该发明公开了一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，涉及船舶技术领域，该系统包括：标准化电池储能系统和船舶配电系统，标准化电池储能系统包括采用标准的货运集装箱尺寸的集装箱箱体及其内部的电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜，各个电池柜并联接入汇流柜中，汇流柜汇流后输出到变流柜中，标准化电池储能系统通过变流柜连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，给船舶推进系统和船舶用电系统供电；标准化电池储能系统以标准货运集装箱为载体，节约了船舱布置的空间，可对其进行岸基充电或直接更换；内部设备可实现互相通讯，确保内部设备和环境的安全，在满足船舶动力充足的同时实现船舶“零排放”的目标。

 

 

9、一种可快速更换的标准船用集装箱电池系统（CN202022650273.4）

申请日：20201116

申请人：中船动力研究院有限公司

技术概述：该实用新型公开了一种可快速更换的标准船用集装箱电池系统，包括：箱体、电池模块、通风模块、消防模块、电池管理模块、控制模块、和磁力电缆插头；箱体的侧壁设有至少一个通风窗，箱体的底部设有盖板孔，用于容纳船上的集线插座；电池模块包括多组电池单元；通风模块包括多台通风装置；电池管理模块连接电池模块；控制模块用于获取通风模块、消防模块和电池管理模块的工作数据，并控制通风模块、消防模块和电池模块的工作状态，控制模块包括数据输出端，数据输出端用于输出工作数据；磁力电缆插头对接集线插座上的不同插孔。本实用新型实现了船用电池的快速更换和安全供电，达到新能源船充电更加灵活、方便，电池系统更加安全的效果。

 

10、一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统（CN201820271349.2）

申请日：20180226

申请人：上海瑞华(集团)有限公司

技术概述：该实用新型涉及一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，包括集装箱体，所述集装箱体内设置有主控制器、动力锂电池储能系统、超级电容组、双向逆变器装置和温度控制系统；所述主控制器通过控制网络分别连接外部网络接口(船载控制器)、双向逆变器装置和温度控制系统；所述动力锂电池储能系统和超级电容组通过双电耦合器连接；所述双电耦合器通过直流母线分别与直流供电口、双向逆变器装置和温度控制系统连接；所述双向逆变器装置还通过交流母线分别与交流充电口和交流供电口相连。该实用新型能够被灵活配置其数量从而满足电动船长时间的航行运输距离的需求。

 

 

 

Part 04  总结

在双碳背景下，绿色能源船舶是争夺未来市场主导地位，甚至把握全球气候治理主导权的意图和角力。因此纯电动船舶的发展势在必行，但是电动船舶的发展仍面临着多种壁垒，如电池续航，充电设施，充电方式，以及长距离运输方面问题尚且颇多。这些问题能决定我们国家、行业、企业在船舶双碳中的权利和义务、利益和地位。而先行者才能在其中占据先机。面对航运脱碳主题，我们需要充分利用体量优势，在立足自身目标和实际情况，提出具有中国特色的技术方案和解决错，在为全球双碳目标完成贡献更多智慧和力量的同时，更加充分彰显和保障自身权益。

资料来源：

[1] 国际船舶网. 欧洲造船巨头部署全球首个集装箱电池减少船厂排放[EB/OL].（2022-02-03）[2022-02-09]. {非本站网址}/html/2022/Shipyards_0201/178532.html

[2] 朱信龙,王均毅,潘加爽等.集装箱储能系统热管理系统的现状及发展[J].储能科学与技术,2022,11(01):107-118. 

[3] 浦东发布. 容量最大可达1540千瓦时！我国首台套船用集装箱式动力电池单元问世[EB/OL].（2022-01-07）[2022-02-09]. {非本站网址}/s/GEitbEoSgPKLLoVJhpT8Vg

[4] 海事早知道. 船用巨型“充电宝”未来可期 [EB/OL].（2022-01-20）[2022-02-09]. {非本站网址}/s/-pOvCayr-mmivM_9v_DctQ

[5] 船电技术网.集装箱式电池储能在船舶领域的应用及发展[EB/OL].（2021-12-09）[2022-02-09]. {非本站网址}/s/73PhueZUzDVdTZCgqVU2dg

 

来源：国际海事信息网