绿色能源与碳中和新型储能技术的挑战与机遇 ——探讨氢能、电池及智能电网的关键角色

摘要：本文主要探讨氢能、电池以及智能电网在船舶储能里的关键角色，同时详细阐述新型储能技术的定义、分类还有船舶新型储能技术的发展现状，氢能具备高能量密度和零排放的显著优势，但也面临制氢成本过高和加氢基础设施不足等挑战，电池储能包含锂离子电池、铅酸电池和液流电池等多种类型，每种都有自身特点且面临技术和市场等方面挑战，智能电网能够和船舶储能协同发展，实现削峰填谷以及能源综合利用。

关键词：绿色能源；碳中和；船舶新型储能技术；氢能；电池；智能电网

传统船舶大多是使用化石燃料的，会排放出大量污染物，对环境造成了严重影响，同时还面临技术应用不成熟、运营成本高等挑战，船舶新型储能技术是实现船舶绿色发展的关键手段，它的发展对于船舶行业应对环保要求和能源转型有着重要意义。

一、船舶新型储能技术概述

新型储能技术和传统储能方式比起来是用物理或者化学方法把电能储存，在有需要时再释放出来的一系列先进技术手段，从分类方面来看，主要能分成电化学储能和物理储能这两大类，电化学储能是借助化学反应来实现能量的存储与释放，常见的锂离子电池储能就属于此类，它具备能量密度高、充放电效率高以及响应速度快等优点，能够较好地满足船舶在不同工况下的用电需求，物理储能是基于物理原理来储存能量，如飞轮储能，它利用高速旋转的飞轮把电能转化成机械能进行储存，在需要时再将机械能转化为电能释放出来，具有功率密度大、充放电速度快以及使用寿命长等优势，可用于船舶的瞬间大功率供电[1]。

二、氢能在船舶储能中的关键角色

（一）氢能的特性与优势

氢能作为一种有着高能量密度的清洁能源，它单位质量的能量含量远超传统化石燃料，这就表明在相同质量的情况下，氢能可以为船舶提供更持久的动力，进而让船舶拥有更远的续航能力，氢能在燃烧过程当中仅仅产生水，不会排放二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物等污染物，对大气环境以及海洋生态不会造成负面影响，能够符合船舶行业绿色发展和碳中和的要求。

（二）氢能船舶面临的挑战与机遇

从技术层面来讲目前制氢成本依旧较高，尤其是可再生能源电解水制氢成本居高不下，这让氢能在船舶应用方面面临着经济压力，并且储氢技术也是个棘手难题，氢气具备低密度高易燃性等特点，需要特殊储存设备和技术保障安全储运，现有的高压气态储氢和低温液态储氢等储氢方式，都存在能量损失大以及储存效率低等问题。加氢基础设施严重不足是制约氢能船舶发展的重要因素，目前全球范围内加氢站数量极为稀少，船舶航行过程中很难找到合适的加氢地点，这限制了氢能船舶运营范围和商业推广。

从政策和市场层面来说相关政策支持体系还不够完善健全，缺乏明确的补贴政策和激励机制，使得企业投资氢能船舶项目时面临较大风险，同时市场对氢能船舶的认知度和接受度有待提高，消费者更倾向于选择传统的船舶能源和技术。

不过氢能船舶其实也面临着诸多发展机遇。随着全球对环境保护和可持续发展重视程度不断提高，各国政府纷纷出台政策来支持氢能产业的发展，这为氢能船舶的发展提供了良好的政策环境，如一些国家会提供财政补贴与税收优惠等措施，以此鼓励企业开展氢能船舶的研发和应用工作，而技术的不断进步也给氢能船舶的发展带来了新的契机，科研机构和企业在制氢储氢和燃料电池等技术领域不断取得突破，有望降低氢能成本并提高氢能储存效率和安全性[2]。

三、电池在船舶储能中的关键角色

（一）电池储能技术的类型与特点

电池储能技术的主要类型包括锂离子电池、铅酸电池、液流电池等，不同类型电池各自具备不同特点，锂离子电池拥有能量密度高的特性，可在有限空间里储存大量电能以满足船舶长时间用电需求，且它充放电效率高、自放电率低，能快速响应船舶用电负荷变化并在启动加速等工况及时供电，同时其循环寿命长，可经受多次充放电循环，减少频繁换电池的成本与麻烦，铅酸电池尽管能量密度相对较低，但具备成本低、技术成熟、安全性高的优势，对于成本敏感且储能要求不高的小型船舶是经济实用之选，并且其生产工艺简单，易于回收利用，符合环保方面的要求，液流电池有着循环寿命长、可深度放电、安全性高的特点，其电解液能循环使用，可有效降低运行成本，还能实现大规模储能，适合大型船舶的储能需求，在船舶需长时间稳定供电时表现出色[3]。

（二）电池储能面临的挑战与机遇

锂离子电池虽说性能比较优越，但锂资源储量有限且分布不均，对外依存度较高会使锂资源价格波动大，增加电池生产成本，锂离子电池在高温过充过放等情况存在热失控风险，可能引发火灾爆炸等安全事故，需复杂电池管理系统保障安全运行，铅酸电池能量密度低且体积重量较大，会占用船舶大量空间和载重，限制船舶设计和运营灵活性，其充放电效率相对较低会造成一定能量损失，液流电池系统结构较为复杂且初期投资成本高，能量密度相对较低在空间有限船舶应用会受一定限制[4]。

在全球对绿色能源及环境保护重视程度持续提升的背景下，船舶行业对于电池储能的需求正日益不断地增长，这为电池储能技术的发展提供了极为广阔的市场空间，技术方面的不断创新和进步有希望解决电池储能所面临的一些问题，科研人员目前正在努力致力于开发新型电池材料和技术，像固态电池、锂硫电池等此类新型电池，它们具备更高的能量密度、更好的安全性以及更长的循环寿命，一旦实现商业化应用之后，将会极大地推动电池储能在船舶上的发展。

四、智能电网在船舶储能中的关键角色

（一）智能电网的概念与功能

智能电网是把先进传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术以及控制技术和电网基础设施高度集成所形成的新型现代化电网，其具备实时监测、自动控制、智能决策等多种功能。借助遍布电网的传感器和智能设备，智能电网能够实时收集并分析电网运行数据，精准掌握电力的生产、传输以及消费情况，进而实现对电网的精细化管理。它可依据电力需求的变化自动调整发电和输电设备的运行状态，优化电力资源的分配以提高电网的运行效率和可靠性。

（二）智能电网与船舶储能的协同发展

船舶储能系统能够当作智能电网的分布式储能单元，在船舶停靠港口时把多余电能储存起来，在用电高峰时期再将储存电能反馈给电网以起到削峰填谷作用，进而缓解电网所面临的供电压力，智能电网可为船舶储能系统提供稳定的充电和放电环境，通过实施精确的控制和管理提高船舶储能系统充放电效率和使用寿命，智能电网还能实现船舶储能系统与太阳能、风能等其他分布式能源互联互通，形成一个综合性的能源系统来提高能源综合利用效率[5]。

（三）智能电网助力船舶储能面临的挑战与机遇

伴随智能电网信息化和智能化程度不断提高，其面临的网络攻击风险也在日益增加，要是智能电网遭受网络攻击，可能会致使船舶储能系统出现运行故障，甚至会影响到整个船舶的安全，从市场和政策层面来讲，当下缺乏统一标准和规范来指导智能电网与船舶储能系统的集成和应用，这让不同企业的产品和系统之间难以实现互联互通与互操作，相关的政策支持力度还不够充足，缺少对智能电网与船舶储能协同发展项目的补贴和激励政策，企业在投资和推广这些项目时面临较大经济压力[6]。

随着全球对绿色能源和智能交通重视度不断提升，船舶行业对智能电网和储能技术的需求日益增大，这为智能电网与船舶储能的协同发展提供广阔市场空间，技术持续进步有望解决智能电网助力船舶储能面临的部分问题，科研人员正致力于开发更高效且安全的通信和数据交互技术，以此提高智能电网与船舶储能系统间信息传输质量和安全性，政府也在逐步加大对智能电网和船舶储能产业的支持力度，出台相关政策鼓励企业开展相关技术研发和应用，为智能电网助力船舶储能的发展营造良好政策环境。

结论：

在绿色能源与碳中和的大背景之下，船舶新型储能技术对船舶行业实现绿色低碳发展特别重要，氢能、电池以及智能电网在船舶储能领域都发挥着不可替代的关键作用，随着全球对环境保护和可持续发展重视程度不断提升，加上技术持续创新和进步，这些挑战有望逐步得到解决。

参考文献：

[1]李恩惠.“双碳”目标下绿色能源行业的财税激励政策研究[J].绿色中国,2025,(01):187-189.

[2]吴应甲.绿色能源国际合作的法治障碍与纾解路径[J].西南石油大学学报(社会科学版),2024,26(01):8-15.

[3]滕霖,林崴,尹鹏博,等.碳中和目标下绿氨终端站储运技术发展现状及趋势[J].油气储运,2024,43(01):1-11.

[4]陈弓,朱宇,韩冰.绿色航运能源技术现状及发展趋势分析[J].交通信息与安全,2023,41(02):168-178.

[5]肖雨彤,陈军.全球碳中和愿景下绿色能源国际合作的演化博弈分析[J].资源与产业,2023,25(03):19-30.

[6]时希杰.全面把握绿色低碳发展机遇为碳达峰碳中和贡献基建力量[J].节能与环保,2022,(06):30-31.