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EJOR|电动驳船换电网络：电池补能与调拨怎样一起算
EJOR 2026：从荷兰内河案例看可交换电池、驳船调拨与卡车调拨的成本权衡
这篇论文把电动内河驳船的换电动作、备用电池库存、驳船顺路调拨和卡车跨期调拨放进同一个优化模型，说明补能决策和电池调拨策略会共同决定系统成本。
- 01：研究对象是使用标准TEU集装箱电池的电动驳船网络，驳船既消耗电池，也可把额外电池作为货物调拨。
- 02：作者提出两阶段方法：先枚举并筛掉不可行补能路径，再用整数线性规划比较三类调拨场景。
- 03：荷兰11个内河终端、40艘驳船的案例显示，混合使用驳船和卡车调拨在基础算例中取得最低系统成本。
研究背景
欧洲内河运输网络约41000公里，每年承担1500亿吨公里货运量。荷兰内河运输占货运量的42.7%，同时也带来可观排放：荷兰内河运输每年产生1.6百万吨二氧化碳和21.2千吨氮氧化物，推动电动化成为水路运输减排的重要方向。
论文关注的技术路线是可交换集装箱电池。荷兰ZES已把这一概念商业化，电动驳船De Alphenaar在Alphen aan den Rijn和Moerdijk之间运营，并通过专用坞站完成类似集装箱装卸的快速换电。
荷兰内河终端与驳船服务路线，案例包含11个终端、40艘驳船，并设定Ma和Alb为充电节点。来源：Fig. 4。
这项研究的关键背景在于，电池集装箱在驳船网络中同时具备能源属性和物流资产属性，补能、库存和调拨必须联合规划。
核心问题
电动驳船可在船上专用坞站携带多个电池集装箱，推进时一次只使用一个。到达终端后，驳船可以继续航行、交换亏电电池、卸下亏电电池或装载满电电池，这些动作会改变后续航段的能量状态，也会在不同终端制造满电电池需求和亏电电池供给。
内河驳船通常具备140至500 TEU货运能力，论文据此加入一个车辆换电文献中较少出现的机制：驳船可把额外电池作为货物携带，用自身剩余舱位服务其他驳船的补能需求。
BRRP模型框架，把补能动作、充电节点、驳船调拨、卡车调拨和成本评估放入统一研究链路。来源：Fig. 1。
三类电池调拨场景的模型设定对比：场景I使用驳船调拨，场景II结合驳船与卡车，场景III使用卡车调拨。来源：Table 2。
方法框架
作者把问题定义为Battery Replenishment and Repositioning Problem。第一阶段为预处理，递归生成每艘驳船的可行补能路径，并用逻辑可行性和能量可行性筛选路径；第二阶段为整数线性规划，从可行路径中选择补能方案并安排库存与调拨。
四站驳船路线的补能选择网络，展示起点动作、中间站动作和循环返回之间的可行路径生成逻辑。来源：Fig. 2。
1输入每艘驳船的固定路线、航段能耗、终端类型和电池容量。
2递归枚举起点与中间终端补能动作，剔除破坏动作顺序和船上电池状态的路径。
3继续检查每条路径在下一航段前的剩余能量，保留能量可行路径。
4将路径产生的满电需求、亏电供给、到达电量和离开电量送入优化模型。
LI与EI约束下的决策空间缩减，40艘驳船的路径候选从16842条压缩到1867条。来源：Table 4。
案例或实验设置
数值实验使用荷兰内河驳船网络。案例包含11个内河终端和40艘驳船，Ma与Alb被设定为带充电设施的终端，其余终端只支持电池交换，用来测试带中心充电节点的水路换电网络。
实验设定每个电池集装箱容量为3000 kWh，所有驳船功率为500 kW。单个电池可支持驳船航行6小时，约覆盖90公里。规划期为一天，基础模型中亏电电池在夜间完成充电。
网络规模
11个终端、40艘驳船
用于荷兰内河案例
单箱电池能力
3000 kWh、约90公里
按500 kW驳船功率估算
成本参数覆盖三类关键投入：电池投资成本为每箱每天123.29欧元，驳船调拨成本为每公里每箱12.07欧元，卡车调拨成本为每公里1.8欧元并包含每车400欧元固定成本。
结果分析
基础算例中，三类场景都能在很短时间内获得最优解。结果差异主要体现在电池库存和调拨成本的组合上：纯驳船调拨需要更大的系统电池池，纯卡车调拨电池数最低，混合调拨在库存占用和卡车成本之间取得较低总成本。
基础算例中三类场景的关键指标对比：场景I需要181块电池、成本115097.58欧元；场景II需要131块电池、成本70745.67欧元；场景III需要110块电池、成本73474.98欧元。来源：Table 6。
各场景初始最优终端电池库存，说明调拨方式会改变满电和亏电电池在充电终端与换电终端之间的空间分布。来源：Fig. 8。
连续规划期之间的最优卡车电池调拨，显示混合调拨和纯卡车调拨中满电与亏电电池在Ma、Alb及换电终端之间的跨期流动。来源：Fig. 9。
论文进一步指出，40艘驳船中有18艘在三类场景下保持同一最优补能路径，另外22艘会随调拨方式改变部分终端的补能动作。这说明调拨模式会反馈到单船层面的换电、装载和卸载决策。
管理启示
对运营者而言，电池投资和调拨方式需要联合评估。基础算例中，纯卡车场景用110块电池即可运行，系统成本高于混合场景；混合场景使用131块电池，同时把总成本降至70745.67欧元。
电池投资成本对最优电池数量的影响：随着电池投资成本上升，混合调拨和卡车调拨场景的最优电池数量逐步接近最低需求阈值101。来源：Fig. 10。
不同充电配置下的系统表现，显示充电节点数量和位置会共同影响电池数量、调拨方式和系统成本。来源：Table 7。
01只依赖驳船自身调拨会受到固定航线和到站时刻约束，需要在多个换电终端保留更多满电和亏电库存。
02加入卡车调拨可降低终端库存压力，额外卡车成本会影响混合调拨和纯卡车调拨之间的选择。
03更分散的充电网络通常降低系统成本，充电设施建设和维护成本需要与运营节省一起核算。
这篇论文给出的运营结论是：电动驳船换电网络不能只算单船续航，还要把电池作为可移动资产管理，充电节点布局、船舶顺路调拨和卡车跨期调拨共同决定低成本方案。
论文：Battery replenishment and repositioning problem in electric barge networks
作者：Lavanya Meherishi，Pieter L. van den Berg，Rob Zuidwijk
期刊：EJOR
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