科技日报记者 夏 凡
夏日，一声悠长的汽笛划破宁波舟山港北仑港区的宁静。全球最大、国内首艘万吨级纯电动智能集装箱海船“宁远电鲲”再一次起航，驶向嘉兴港。
近日，“宁远电鲲”开启从内河驶向海运的新征程，也标志着我国沿海集装箱运输开启纯电驱动、智能领航的发展新阶段。作为多方科研和企业力量联合打造的新一代绿色智能船舶，“宁远电鲲”集成多项关键技术，承载着绿色转型的使命，驶向零碳航运的壮阔未来。
智能系统自主规划最优路线
碧海晴空下，一只翠绿色的钢铁“巨兽”靠泊在宁波舟山港北仑港区，海风静静掠过流线型的船体。“宁远电鲲”的个头不小，总长127.8米、宽21.6米，能装载742标准箱货物。它由江西江新造船有限公司建造，上海船舶研究设计院和中国船舶集团有限公司第七〇四研究所研制关键系统，宁波远洋运输股份有限公司运营。
顺着长长的舷梯，记者来到“宁远电鲲”的驾驶舱，只见轮船长王挺全神贯注地注视着眼前的操作屏。这位船长的驾龄已有20多年，却是首次驾驶纯电动智能集装箱船。“和传统燃油船相比，纯电动船最直观的变化就是安静。以前机舱里主机轰鸣，现在基本是静音航行，很舒适，也让人更专注于操作。”王挺说。
这艘船到底有多智能？“在开阔水域标准航线上，船舶能独立完成大部分航行任务。当航行条件复杂、需要人为介入时，船员可以随时接管控制。”王挺说，“宁远电鲲”是国内首艘获得开阔水域自主航行认证的营运商船。
智能航线优化、感知增强、自动避碰——三个功能的叠加，意味着“宁远电鲲”能在复杂的近海航路中自己选最优航线、看路和避免碰撞。
“这是一条会思考的船，它不仅能根据航次任务、气象预报给出航线优化建议，还能自动规避他船进行开阔水域自主航行。”负责船舶智能系统研制的上海船舶研究设计院数智技术专家黄建涛告诉记者，该船搭载的DOSS-N智能航行系统，采用多源感知融合技术和智能决策算法，可实现航线优化、感知增强、避碰决策、自主控制等功能，提供辅助、自主航行场景的软硬件一体化解决方案。
电动船舶驶入生活，船员的角色也在悄悄发生转变。“船舶智能了，驾驶员需要学习的东西也更多了。”王挺告诉记者，过去在燃油船上，船员重点关注主机工况、航速和油耗，而在纯电海船上，驾驶员要关注电量消耗，把航速、航程、载货和补能节奏统筹起来。船员角色从传统的操舵者向“能耗专家”和系统监控者转变。
“宁远电鲲”的研制并不容易。连夜设计、通宵调试、团体奋战……回想起船舶的研发过程，黄建涛记忆犹新。
“自主航行这个赛道比较新，为此，院里成立了党员突击队，专门从事该船的技术攻关工作。”黄建涛说，“我们在实验室完成船的建模和系统研制后，就把系统从实验室搬到海上，进行海上试航。真实海况与实验室还是有很多不同，要在实际场景下对系统进行参数调试和可靠性验证。”
今年3月，“宁远电鲲”于东海海域开展海上试航作业，航行途中遭遇多船交汇的复杂通航环境，其搭载的智能系统成功完成多艘船舶的自主避让。“当时，在场人员都非常激动，大家纷纷鼓掌，说这真是一条聪明的船。”黄建涛说。
“移动充电宝”确保续航能力
在“宁远电鲲”的船艉区域，10个绿色的标准化箱式电池有序排列。“它们是整艘船的核心动力，总储电大约2万度，差不多相当于300辆普通电动车的电池总容量。”宁波远洋运输股份有限公司海务主管陈坚说。
把这么大块头的“移动充电宝”搬到船上可不容易。“这艘船最大的建造挑战不是某一个单点技术，而是如何将一整套纯电动力系统搬到万吨级海船上。”陈坚介绍，研发人员在补给模式上创新采用“高压岸电充电+吊箱快速换电”双模式，既保证了补给效率，又提升了船舶周转的灵活性，有效解决了纯电动船舶补给耗时久的痛点。
“极致的安全与稳定。”“宁远电鲲”动力系统主管设计师、中国船舶集团有限公司第七〇四研究所高级工程师张柏阳用这八个字形容船舶的动力系统设计。
“船舶电池长期处于高盐雾、高潮湿、强冲击腐蚀的特殊海况环境中，对于性能、安全、稳定、维护等要求更为严苛。针对各种不同应用场景，电池系统需要从结构、工艺、安全、维护等多层面进行专属研发设计。”张柏阳说，“整船电池系统布置了2万多个传感器，可以实时监控每一个电芯实时的运行状态。一旦监测到异常或者风险，系统能够及时提前预警或瞬时切断保护。”
此外，箱式电源采用了独特的“可步入式”检修设计。该设计在兼顾大容量储能与运行安全的前提下，充分考虑日常检修、维护设计，进一步确保船舶运营的稳定。
如果说箱式电池是“宁远电鲲”的“心脏”，那么船舶能量管理系统就是掌控全局的“大脑”。船舶能量管理系统实时监测电池状态、分配负载功率、协调充放电策略、保障电网稳定，并在故障时执行保护逻辑。
“‘宁远电鲲’的能量管理系统采用高可靠冗余控制设计，任何可能出现的单点设备故障都不会影响船舶的安全航行，确保整船运营始终处于受控、稳定的状态。”张柏阳介绍，当单组或多组电池出现故障时，系统能够自动切除故障电源，优化船舶在线能量调度，确保剩余电池维持船舶正常航行安全要求。
在电池均衡调度管理上，能量管理系统能对多达20组并联运行的电池包进行精细化均衡控制，任意两组电池之间的荷电状态差异可控制在2%以内，这一能力避免了多组电池的“短板效应”，提升了该船的续航能力。
绿色效益拓展海运应用空间
从宁波舟山港到嘉兴港，航程约70—90海里，是“宁远电鲲”的固定航线。“这条航线是经过充分论证后选择的。”宁波远洋运输股份有限公司党委书记、董事长陈晓峰说，这条航程适中、班期稳定，适合纯电船规律运营，同时港口基础条件比较成熟，便于配套建设补能设施，具有较强的示范意义。
目前，电动船主要应用于内河航运，从内河走向海上还需迈过几关？“从行业来看，纯电船从内河走向海上，最突出的有三个难点。一是续航能力与载货能力的平衡问题；二是海上复杂环境对电池安全的挑战；三是港口补能体系有待完善。”陈晓峰告诉记者，“宁远电鲲”本身，正是针对纯电海船发展瓶颈提出的系统性解决方案。
陈晓峰认为，虽然纯电船初始投资较高，但在运营阶段，能源成本、维护成本都会显著下降，尤其是在定点、短途、高频航线运营中，成本优势更突出。因此，从全生命周期来看，纯电海船的“经济账”是比较清晰的。更重要的是，绿色效益不仅体现在燃油消耗和碳排放的减少上，也能体现在市场竞争力上。
相关数据显示，全球超过80%的贸易货物通过海运运输，海运是国际贸易的支柱。但另一方面，作为碳排放大户，海运业正面临着严峻的减排挑战和迫切的转型压力。“当前，越来越多客户，特别是国际客户，对供应链碳排放指标愈发关注，同时，各方对绿色船舶提升了支持力度。在此背景下，绿色运力已成为企业的差异化优势之一。所以我们看这个项目，不只是算经济账，更是算发展账和战略账。”陈晓峰说。
陈晓峰希望，通过“宁远电鲲”实现三个方面的突破。一是打造全国首制的纯电动海船示范样板，推动纯电技术从内河向海运拓展。二是形成一整套可复制的“零碳运输”技术和运营体系。三是通过绿色和智能双轮驱动，提升企业在绿色航运领域的核心竞争力。
“目前，海上自主水面船舶规则制定正在加速推进，业内亟待开展船舶自主航行等功能实践并常态化应用。‘宁远电鲲’作为营运商船，能够积累宝贵的自主航行运行及监管经验，进一步推动完善自主航行系统能力及监管体系，打造可复制推广的商业模式，对我国智能船舶发展具有重要的意义。”黄建涛表示。
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