基于節(jié)能減排理念的綠色海運方式

牟繼冰 MU Ji-bing

（1.大連海事大學(xué) 交通運輸管理學(xué)院，遼寧 大連 116000；2.大連楓葉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （大連港務(wù)專修學(xué)院），遼寧 大連116036）

近年來，節(jié)能減排成為全世界關(guān)注的話題。氣候變暖帶來的全球性災(zāi)難已經(jīng)觸目驚心。2011年11月德班氣候大會宣布將制定法律工具或法律成果來約束各國的減排工作。在已采取的一系列行之有效的措施中，本文將就各國海運船舶采用的節(jié)能減排方式作一簡單介紹。

1 全球環(huán)境下的節(jié)能減排目標(biāo)

國際能源機構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2010年全球二氧化碳排放量達到有史以來的最高值306億噸。荷蘭環(huán)境評估局公布的數(shù)據(jù)顯示，2007年中國二氧化碳排放量約占世界總體的四分之一，居世界首位。人均碳排放總量超過5噸，2010年則達到6.8噸。2009年哥本哈根氣候大會，中國承諾，2020年，我國單位GDP二氧化碳排放量將比2005年減少40%~45%。在國內(nèi)，交通運輸部在 “十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出，到2020年，中國營運船舶的單位運輸貨物周轉(zhuǎn)量能耗要降低15%，二氧化碳排放量減少16%。

2 海運船舶常見的節(jié)能減排方式

海運船舶節(jié)能減排方式有很多，包括采用新型的更為清潔的能源作為船舶動力、采用新型材料建造船舶?；蛘邚暮竭\角度，采用經(jīng)濟航速。無論站在哪個角度，世界各國都展開了很多的嘗試。

2.1 新能源船舶

柴油，是目前世界上各類船舶的主要能源。由于其燃燒后產(chǎn)生的NOX、SO2等氣體對大氣的嚴重污染，迫使船舶制造商不得不為船舶尋找更為清潔的新型能源作為動力。近年來，造船業(yè)所采用的新型能源主要有太陽能、氫能、風(fēng)能、核能、天然氣、生物能、海洋能等。

2.1.1 太陽能

太陽能是一種新型的可再生能源，現(xiàn)代科技利用太陽能發(fā)電為船舶提供動力。

2011年8月，世界最大的太陽能動力船舶 “星球太陽能號”抵達香港，這是它環(huán)球之旅的其中一站。該船的太陽能板約500多平方米，最高航速達15海里，即使在缺乏陽光的情況下，一次充電的能量也可維持3天的航行。該船造價為1 000萬歐元，耗時13個月。

太陽能安全無污染，不消耗其他地球資源，不會導(dǎo)致溫室效應(yīng)。船舶行駛在海面上有絕佳的采光條件，敞露的輪船表面又適宜鋪置大面積太陽能板。這些優(yōu)勢使太陽能在全球領(lǐng)域節(jié)能減排的呼聲下，受到航運界的更多關(guān)注。

2.1.2 氫能

氫能，是氫的化學(xué)能，屬于二次能源，目前廣泛應(yīng)用于宇航飛船。它是最清潔的可再生能源之一，對環(huán)境的友好度很高，因此成為船舶的又一種新型動力。

氫能來源于水，燃燒后又還原成水，不污染環(huán)境。氫氣無味無毒，即使發(fā)生泄漏，也會遠離地面，在純度高于75%時，性質(zhì)更為穩(wěn)定，發(fā)生爆炸的系數(shù)較低。

現(xiàn)有的船舶常規(guī)動力機械稍加改造，既可用氫代替煤和石油作為動力，這使得氫能更加受到環(huán)保組織的關(guān)注。當(dāng)船舶行駛在海上，周圍存在著取之不盡的電解水——海水。利用海上的有利條件，收集太陽能，既可以在陽光充足的時候利用太陽能作為動力，又可以利用太陽能電解海水制氫，作為儲備能源。無需像柴油船舶一樣，靠岸獲取能源。

2007年，冰島氫能公司利用歐特克解決方案設(shè)計出了世界上第一艘配備氫能的商用船。這是一艘重達130噸、可搭乘150名乘客的觀鯨旗艦船。該項舉措，為船舶搭載氫能注入了一劑興奮劑。

2.1.3 風(fēng)能

風(fēng)能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。風(fēng)能在地球上分部廣泛，儲量很大，可再生，永不枯竭，而且不產(chǎn)生任何污染。

隨著科技的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的成本一降再降，現(xiàn)在已經(jīng)遠低于太陽能發(fā)電。研究表明，風(fēng)力發(fā)電的成本為4~8美分/（kW·h），而太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱力發(fā)電的成本分別是50~100美分/（kW·h）和12~30美分/（kW·h）。與煤電相比，風(fēng)力發(fā)電將減少CO2 820~910 t/（GW·h）。目前，風(fēng)力發(fā)電成本已經(jīng)降到了20世紀(jì)80年代的六分之一，并且繼續(xù)下降[1]。

風(fēng)在海洋上的強度要比陸地大很多，船舶行駛在海上有很合適的條件利用風(fēng)能。但是，海洋上的風(fēng)分布也不是很均勻，有些地方可能風(fēng)平浪靜，有些地方又可能狂風(fēng)大作以至于折損風(fēng)帆?？紤]到以上的各種情況，各國在制造利用風(fēng)能為動力的新能源船舶時，也采用了相應(yīng)的對策。

1980年8月，世界上第一艘風(fēng)帆油輪 “新愛德丸號”建造于日本，截止到2004年日本已有14艘以風(fēng)作輔助動力的船只航行在海上，它們的耗油量僅為普通機動船的75%[2]。

這些船舶雖然采用了風(fēng)能這種新型能源，但仍然以主機為主，風(fēng)帆為輔，同時也注意到，當(dāng)風(fēng)向不合適的時候，可調(diào)整風(fēng)帆的角度，風(fēng)力過大時，也可將其放倒。至于風(fēng)力的儲存，德國柏林的普倫茨勞啟用的一座風(fēng)力混合發(fā)電站，可將風(fēng)能以氫的形式儲存起來，在無風(fēng)情況下繼續(xù)提供 “綠色能源”。船舶在利用風(fēng)能的時候，也可以考慮是否能將能量儲存以備不時之需，或者干脆采用包含了風(fēng)能的混合動力。

2.1.4 核能

核能，是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。核能發(fā)電作為船舶的動力，是一種近乎零排放的清潔能源，全球有相當(dāng)數(shù)量的潛艇正在使用這種能源。此外，最引人注目的是，少量的核燃料就能夠產(chǎn)生巨大的能量。一艘新型核動力航空母艦可以航行10多年而不必加燃料，一艘3萬噸級油輪在不計補充核燃料條件下，航行一萬海里僅消耗一公斤U 235，同樣這條油輪若采用燃油航行同樣距離，則要消耗1 200噸柴油[3]。

1962年美國商用船舶 “薩娃娜”號建成，并于1964年下水航行，1970年退役。其中，在1968年曾經(jīng)換過一次核燃料。俄羅斯則有9艘核動力破冰船。德國、日本等也都在商用船舶上采用過核能源作為船舶動力。

但是，核能源仍然飽受爭議。迄今為止，仍有一些港口拒絕搭載核燃料的船舶?？?。不僅因為放射性物質(zhì)危險性非常大，一旦污染港口、城市或者街道將帶來難以估量的損失；而且很多非政府組織一直在持續(xù)抗議核設(shè)施的應(yīng)用，這給當(dāng)?shù)卣矌砗芏鄩毫ΑＩ逃么叭舨捎煤藙恿π旭傇诤Ｉ?，在?dāng)今的國際形勢下，也必須加大保安力度，以防止恐怖分子打什么算盤。再者，核廢料該如何處置？處理不當(dāng)?shù)暮筮z癥和所需的費用也需要仔細思考。

2011年日本地震所引發(fā)的核泄漏，讓很多人又想起切爾諾貝利核電站的事故。因此，核能應(yīng)用在商用船舶上，仍然有一段艱難的路需要走，包括技術(shù)上的和民眾心理接受程度上的。

2.1.5 天然氣

天然氣談不上是純粹的新能源，因為它燃燒后產(chǎn)生的依然是二氧化碳，只是排放量要少很多，同樣熱值下比石油少30%，比煤炭少50%。再者成本低廉，天然氣發(fā)電的成本僅為太陽能成本的六分之一。另外還有清潔干凈、安全性較高等優(yōu)點。因此，也成為船舶動力可以考慮的能源之一。

2011年12月，山東內(nèi)河第一艘液化天然氣混合動力船在京杭大運河中首航。該船由普通原動力船舶改裝而成，天然氣的能耗約占70%，柴油30%，改裝后節(jié)能達25%。

2.1.6 其他能源

包括生物能、海洋能等等。它們作為新型能源也受到很多關(guān)注，但目前應(yīng)用仍然不是特別廣泛。

2.2 新材料船舶

玻璃鋼，又稱玻璃纖維增強塑料，是一種將玻璃纖維和合成樹脂復(fù)合在一起的材料。它可以代替鋼和木材建造小型船舶，如漁船、游艇等。

玻璃鋼輕質(zhì)高強，能夠提升船舶的航速，減少阻力。玻璃鋼船比同尺寸鋼船節(jié)省燃料近10%，減少了對環(huán)境的污染。耐腐蝕性能好，在海洋中行駛，可以減少海水和微生物的腐蝕，使用壽命更長，維修費用降低。另外，它的電性能良好，微波透過率高，不反射雷達波。

世界上的玻璃鋼船已有200多萬艘，目前，美國近海捕撈的漁船，幾乎皆為玻璃鋼制造，木質(zhì)漁船已全部淘汰，每年用于造船的玻璃鋼量達20萬噸以上[4]。

以太陽能為動力的 “星球太陽能號”幾乎全部采用輕質(zhì)高強度碳纖維復(fù)合材料制成，船體主要材料為碳纖維，中心船體由碳纖維增強外殼和高密度芯材構(gòu)成，目前正在進行環(huán)球航行。

2.3 經(jīng)濟航速

船舶在建造時，都已經(jīng)確定了一個設(shè)計航速。航行時的實際航速，通常與設(shè)計航速相近。此時，主機運轉(zhuǎn)良好，燃燒最充分， “每千瓦小時油耗”也最低。

在燃油價格攀升，貿(mào)易量減少以及海員工資待遇提升等一系列問題出現(xiàn)的時候，航運企業(yè)成本加大，這時最適宜采用經(jīng)濟航速，不僅減少航運企業(yè)的損失，而且也為節(jié)能減排做出貢獻。船舶航行一海里所需費用最低的航速稱之為船舶的經(jīng)濟航速，即 “每海里燃油消耗”最低的航速。這個速度可以減少燃油消耗，降低成本，減少了排放量。如果航速降低10%，則主機功率下降27.1%，燃油消耗量減少19%；如果航速降低20%，則主機功率下降48.8%，燃油消耗量減少36% ，從而可以看出采用經(jīng)濟航速，節(jié)能效果明顯[5]。但是為了保證柴油機的正常運轉(zhuǎn)，不宜偏離設(shè)計航速太多，比較理想的結(jié)合點應(yīng)為航速降低10%左右。

3 關(guān)于節(jié)能減排方法的認識

海運船舶節(jié)能減排的方式有很多，各有其優(yōu)勢與不足。在目前的情況下，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，航運界可以采用經(jīng)濟航速。從成本的角度上，造船業(yè)可以改進現(xiàn)有的船舶設(shè)備，以達到節(jié)能減排并且節(jié)省資金投入的目的。若從長遠看，采用新能源才是更有效的、更值得關(guān)注的節(jié)能減排方式。正如上文所述，一些新能源不僅減排，而且?guī)缀跏橇闩欧?，一則保護了環(huán)境。二來隨著地球的能源缺口越來越大，造船業(yè)有義務(wù)尋找新的能源替代品，這會促進造船業(yè)和航運界的可持續(xù)發(fā)展，也為人類其他行業(yè)提供了一個方向和希望。

雖然，各種新能源仍然在試用階段，或者還有很多美中不足的地方，比如風(fēng)能在獲取方面的不穩(wěn)定性、太陽能初期投入的資金比較多、核能危險性比較大等，但隨著技術(shù)的進步，相信很多問題都有可以解決的方法。新能源，必將成為未來最受矚目的節(jié)能減排方式。

4 結(jié)束語

節(jié)能減排是需要全世界共同行動起來的事情，它關(guān)系到人類未來的發(fā)展，每個行業(yè)甚至每個人都有義務(wù)關(guān)注并踐行節(jié)能減排的各種方式。對海運船舶而言，無論是造船技術(shù)中采用了環(huán)保能源或者新型材料，還是航運界考慮到了經(jīng)濟航速，都會給我們的環(huán)境帶來更多的希望。

[1] 趙世明，姜波，徐輝奮,等.中國近海海洋風(fēng)能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景分析[J].海洋技術(shù)，2010（4）：117-121.

[2] 吳新憲.太陽能和風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用分析[D].武漢：武漢理工大學(xué) （碩士學(xué)位論文），2010.

[3] 李箭.淺談船舶節(jié)能和環(huán)保能源的利用[J].中國水運，2007(8):33-34.

[4] 錢自行，朱杰俊，刁有明.我國應(yīng)大力發(fā)展玻璃鋼漁船[J].裝備制造技術(shù)，2011(2):111-112.

[5] 鄭守巖.淺析船舶節(jié)能減排之有效途徑[J].天津航海，2009(3):12-13.