綠色船舶生態(tài)矩陣

本刊記者 張向輝

節(jié)能減排無止境，技術(shù)創(chuàng)新不停歇，相信未來綠色船舶的發(fā)展“沒有最綠，只有更綠”。

如今，“綠色船舶”已經(jīng)成為一個(gè)曝光率極高的詞匯，綠色船舶技術(shù)更是風(fēng)靡全球。在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)和航運(yùn)市場低迷的今天，綠色船舶已成為船舶工業(yè)迫切轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的“助推器”，船舶工業(yè)正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)船舶技術(shù)向綠色船舶技術(shù)和環(huán)保節(jié)能技術(shù)的悄然升級。那么，發(fā)展至今綠色船舶到底有多“綠”？未來，綠色船舶又將駛向何方？

“綠色”軌跡

“綠色”概念是從船舶的設(shè)計(jì)建造開始，貫穿其營運(yùn)乃至船舶被拆解的整個(gè)生命周期，而國際海事法規(guī)、公約和規(guī)則的制定和升級構(gòu)成了“綠色”概念標(biāo)準(zhǔn)體系的底線,也引導(dǎo)著綠色船舶的演變軌跡。

20世紀(jì)中期，海洋環(huán)境保護(hù)成為世界范圍內(nèi)日益關(guān)注的問題。隨著國際航運(yùn)的日益繁榮，船舶對于海洋污染的影響所占比重也越來越大。船舶海難事故所造成海洋污染已經(jīng)達(dá)到了難以忍受的程度，國際海事組織相繼出臺了一系列提高船舶強(qiáng)度和安全性能的法規(guī)，IMO相應(yīng)制訂了《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）、《國際載重線公約》（ICLL）、《國際散裝運(yùn)輸化學(xué)品船舶規(guī)則》（IBC）和《國際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶規(guī)則》（IGC）等與保障船舶海上安全有關(guān)的公約和規(guī)則。此時(shí)，法規(guī)、公約和規(guī)則中的“綠色”理念主要以船舶安全為主。

20世紀(jì)70年代開始，“綠色”理念逐步轉(zhuǎn)向到以“海上安全和海洋環(huán)境防止污染”為主，除SOLAS公約和ICLL外，制訂了《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL）。這些公約、規(guī)則成為國際航行船舶設(shè)計(jì)、建造和營運(yùn)必須遵循的強(qiáng)制性要求。

1968年，是全球有史以來最熱的一年，全球氣候變暖為人類敲響了警鐘。氣候變化和環(huán)境問題成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)。2009年12月，在哥本哈根召開了舉世矚目的聯(lián)合國氣候大會(huì)。航運(yùn)業(yè)承擔(dān)著全球90%的貨物運(yùn)輸，每年航運(yùn)業(yè)的排放約為10億噸的二氧化碳，占全球總排量的3%左右。如果不采取任何措施，到2050年，其二氧化碳的排放量將達(dá)到全球總量的20%。雖然此次會(huì)議沒有明確提出航運(yùn)業(yè)的排放問題，但哥本哈根會(huì)議已經(jīng)推動(dòng)了歐盟出臺區(qū)域性CO2減排法規(guī)的進(jìn)程。專家指出，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》所確定的目標(biāo)和框架已成為成員國共同遵守的行動(dòng)準(zhǔn)則。有效控制全球氣候變暖，節(jié)能減排已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)，在這種背景下，世界航運(yùn)業(yè)的節(jié)能減排無疑也是大勢所趨。

從目前情況來看，國際海事對船舶對海洋環(huán)境污染的控制不僅僅局限在傳統(tǒng)的油類、操作廢棄物，而且擴(kuò)展到壓載水的排放、氣體排放物的控制、石棉制品的使用限制以及船舶退役后船體和組件都能拆解利用等。在歐洲和美洲還設(shè)定了針對SOX排放限制區(qū)域（ECA），對船舶的減排提出了更高的要求，這些要求進(jìn)一步催生了船舶“綠色化”升級換代。

當(dāng)前，船舶綠色理念進(jìn)入到一個(gè)更高的層次，目標(biāo)型新造船標(biāo)準(zhǔn)、船舶涂層性能標(biāo)準(zhǔn)、壓載水管理公約、香港公約也已經(jīng)向世人走來。IMO在不斷完善控制船舶污染公約和標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，近年來將工作重心轉(zhuǎn)移到了節(jié)能減排、提高船舶能效方面，如：新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）、船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）、能效營運(yùn)指數(shù)（EEOI）等。

全國政協(xié)委員、江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司總工程師胡可一認(rèn)為，公約、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程，體現(xiàn)了從安全標(biāo)準(zhǔn)向綠色標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變的歷程，從切合國際社會(huì)對環(huán)境保護(hù)的需求出發(fā)，陸續(xù)完善以實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、節(jié)能等方面要求為目標(biāo)，構(gòu)成了未來船型升級發(fā)展的“綠色”底線。在未來隨著公約、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步更新和完善，綠色船舶的標(biāo)準(zhǔn)體系也在不斷升級。

“綠色”成熟度

在“綠色浪潮”下，國際海事公約規(guī)范不斷發(fā)生變化，從而引發(fā)航運(yùn)、造船、生態(tài)的重大改變。特別是在后金融危機(jī)時(shí)代，航運(yùn)業(yè)再次陷入低谷之際，綠色船舶是航運(yùn)和造船業(yè)船型結(jié)構(gòu)升級換代的重要方向和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的切入點(diǎn)。滿足最新公約規(guī)范要求的綠色船型、綠色技術(shù)成為船企爭奪市場份額的重要砝碼。同時(shí)，需要注意的是，滿足公約、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)只是綠色船舶標(biāo)準(zhǔn)的“底線”，在此基礎(chǔ)上，綠色船舶還應(yīng)具備更加豐富的內(nèi)涵。胡可一認(rèn)為：“綠色船舶的設(shè)計(jì)需要滿足必要的環(huán)保規(guī)則規(guī)范；在船舶設(shè)計(jì)建造中應(yīng)用了最新、成熟的綠色技術(shù)；在船舶的生命周期過程中，達(dá)到安全、環(huán)境友好、能效最優(yōu)和職業(yè)健康的目的并在船舶退役后船體和組件都能拆解利用達(dá)到對環(huán)境的影響最小化；綠色船舶的建造成本應(yīng)該是船東可以接受的。概括成一個(gè)簡單的等式就是，綠色船舶=成熟的技術(shù)+必須滿足的法規(guī)+可接受的成本”。

隨著相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)、新能源、新材料和節(jié)能減排技術(shù)不斷涌現(xiàn)及應(yīng)用，這些技術(shù)直接影響到綠色船型、綠色技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，其成熟程度和可行性將被應(yīng)用在未來船型的研發(fā)之中。發(fā)展至今，綠色船舶技術(shù)到底“綠”到了什么程度？

船體線型優(yōu)化技術(shù)，可推動(dòng)船型升級換代，提高EEDI指標(biāo)。如能在設(shè)計(jì)階段合理選擇相對較低的航速，減排效果較顯著。以某型集裝箱船為例，假如航速從24.5節(jié)降至22.5節(jié)，日燃油消耗可降低23%。對于定長航線，日燃油消耗可降低17%。目前，線型優(yōu)化已經(jīng)到了極致，進(jìn)一步優(yōu)化難度大、周期長。設(shè)計(jì)階段降速取決于船東的接受程度，通常船東更愿意在營運(yùn)過程中自愿降速。但船舶降速會(huì)增加航線上所需船舶的數(shù)量。該技術(shù)初期成本投資低，成熟度高。

船舶推進(jìn)器及舵系統(tǒng)優(yōu)化，其優(yōu)點(diǎn)是可推動(dòng)設(shè)備升級換代，投資適中，但缺點(diǎn)是難度大、時(shí)間長且受船型限制。

主機(jī)燃油消耗的不斷優(yōu)化并針對部分負(fù)荷和低負(fù)荷優(yōu)化，能降低燃油消耗，減排效果明顯，柴油機(jī)自身可實(shí)現(xiàn)減排，適用范圍有一定限制，設(shè)計(jì)改進(jìn)可能帶來總成本的增加，該技術(shù)成熟度高，投資中等。

超長沖程低速柴油機(jī)的應(yīng)用，技術(shù)成熟，推進(jìn)主機(jī)升級換代，船東/船廠均易接受（油耗更低、轉(zhuǎn)速更低、螺旋槳直徑更大、效率更高）對吃水受限制的船舶效果不明顯，排放標(biāo)準(zhǔn)沒有根本性的改變。初期投資中等，成熟度高。

主機(jī)廢熱回收系統(tǒng)，有廢氣動(dòng)力透平和/或蒸汽透平“發(fā)電”或“發(fā)電+PTI動(dòng)力輸入”等不同配置，節(jié)能減排效果顯著，深受船東青睞。但初期投資很高，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)布置困難，系統(tǒng)維護(hù)工作量也較大，實(shí)際使用效果并非理想，成熟度中等。

船體外置式節(jié)能裝置如：導(dǎo)流鰭、導(dǎo)管、舵球和艉部附體等可提高靜水狀態(tài)下的航速表現(xiàn)。船體空氣潤滑裝置雖然可降低船體表面的摩擦阻力,但由于試驗(yàn)尺度效應(yīng)的影響節(jié)能裝置的實(shí)際效果不如預(yù)想，且在波浪中和多吃水狀態(tài)下表現(xiàn)不一,實(shí)用性還有待驗(yàn)證。

船舶停港時(shí)采用岸電，可有效降低燃油鍋爐的油耗，有一定節(jié)能減排效果，但需要增加設(shè)備和配電板布置，初期投資中等，成熟度高。

替代燃料方面,用船用柴油MDO和低硫油MGO替代重油，排放減少，可滿足ECA區(qū)域的排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)管路布置復(fù)雜，增加燃油冷卻器，運(yùn)營成本增加。該技術(shù)成熟度高，投資中等。

在清潔能源使用上，采用LNG雙燃料動(dòng)力裝置，可大幅度減少排放特別SOX的排放，可滿足ECA區(qū)域的排放標(biāo)準(zhǔn)，并可降低燃料成本。目前，二沖程機(jī)型成熟度低，初期投資高。

核動(dòng)力是一種成熟清潔能源且營運(yùn)成本低，但初期投資大、公眾壓力、政治因素、燃料和系統(tǒng)的后處理等會(huì)嚴(yán)重制約核動(dòng)力的普及。

船體結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)、復(fù)合材料，能夠減輕空船重量，提高船舶的裝載效率，耐腐蝕性能改善。但材料成本投資高，不適用于大型船舶。

新型防海生物低水摩擦涂料對船舶進(jìn)塢間隔內(nèi)的綜合表現(xiàn)好，設(shè)計(jì)制造影響相對小。在新船狀態(tài)下效果不明顯，整體表現(xiàn)取決于新型涂料產(chǎn)品的性能效果。這項(xiàng)技術(shù)成熟度中等，成本處于中高水平。

無壓載水/最少壓載水船舶，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的船舶要寬，傾斜船底并有一定的舭部升高，艏、艉部仍保持一定的吃水以保證螺旋槳浸深和減少拍擊，無需配置壓載水處理裝置有利于節(jié)能。船舶的造價(jià)可能會(huì)增加，水動(dòng)力性能可能會(huì)變差，傾斜船底不利于坐墩。該技術(shù)投資中等，成熟度中等。

最大限度減少臨時(shí)或永久性壓載水（汽車運(yùn)輸船和集裝箱船）不僅可降低推進(jìn)功率減少排放，同時(shí)可減少處理壓載水所需的能耗；汽車運(yùn)輸船（PCTC）增加船寬即可減少永久壓載水并達(dá)到同樣的穩(wěn)性，同時(shí)可減少推進(jìn)功率；集裝箱船增加船寬即可在滿載狀態(tài)下不需要壓載水，但增加船寬意味著增加船舶的造價(jià)和航行阻力。該技術(shù)投資低，成熟度高。

船舶最佳縱傾節(jié)能已經(jīng)在業(yè)界得到了廣泛認(rèn)同，并已經(jīng)納入到IMO船舶節(jié)能減排推薦技術(shù)手段。最佳縱傾以其節(jié)能效果明顯、安全可靠、投資成本低、簡單易行，不降低船舶運(yùn)輸能力、不降低航速、不影響船舶其他性能等優(yōu)勢在航運(yùn)界已經(jīng)開始推廣應(yīng)用。

另外，還有些比較先進(jìn)的技術(shù)，不僅可以用在傳統(tǒng)船型，同時(shí)也推動(dòng)了一些新船型的誕生。比如，采用LNG作為燃料的非LNG運(yùn)輸船、寬體集裝箱船、無壓載水/最少壓載水船舶等。

未來“綠色”趨勢

向“低碳”經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的全球化“綠色浪潮”對未來航運(yùn)、造船市場將帶來深遠(yuǎn)的影響，積極應(yīng)對、充分準(zhǔn)備、及早行動(dòng)是企業(yè)盡快適應(yīng)并搶占未來“環(huán)保、低碳”航運(yùn)市場的重大機(jī)遇。綠色船舶未來重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域包括，清潔能源的利用，零污染、零排放目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，最優(yōu)化船型的開發(fā)和綠色材料等方面。

對船舶推動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)，是綠色船舶設(shè)計(jì)最核心的內(nèi)容。使用可再生的清潔能源作為推動(dòng)系統(tǒng)能源的來源是改進(jìn)推動(dòng)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。如何更好地充分利用燃料電池、太陽能、風(fēng)能等零污染或可再生能源，為船上所有設(shè)施提供能量，是業(yè)界未來需要不斷攻克的課題。對此，世界上一些公司已經(jīng)開始了探索，并受到了業(yè)界廣泛關(guān)注。比如，2009年國際工程船展上，低排放、高效率設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)成為諸多新聞報(bào)道的話題，獲得“環(huán)境創(chuàng)新獎(jiǎng)”第一名的是Alcatraz Cruises LLC公司旗下的Hornblower Hybrid船，它采用太陽能、風(fēng)能和符合Tier II標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)電機(jī)綜合系統(tǒng)。獲得第二名的是Carolyn Dorothy船，由Foss Maritime公司建造，也采用柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)獲得混合動(dòng)力。2010年，一個(gè)全尺寸的燃料電池成功地安裝到了一艘在北海運(yùn)營的海洋工程供應(yīng)船“Viking Lady”號上，這是全球第一艘通過燃料電池技術(shù)進(jìn)行船上發(fā)電試驗(yàn)的營運(yùn)船舶。這項(xiàng)名為FellowSHIP的研究項(xiàng)目預(yù)示著未來在船舶動(dòng)力系統(tǒng)的環(huán)保革新。

通過采用可再生能源、無壓載水船型，真正實(shí)現(xiàn)船舶航行零污染、零排放物的目標(biāo)，也是未來船舶技術(shù)研究的方向。由于采用可再生能源，能量產(chǎn)生過程中伴隨的副產(chǎn)品只有純凈水蒸氣和熱；同時(shí)，由于采用燃料電池推進(jìn)，既消除了船舶噪音又提高了船舶航行的靈活性；此外，通過改變船型結(jié)構(gòu)，如采用多體船結(jié)構(gòu)等，可以使船舶在航行中完全擺脫壓載水帶來的污染問題的困擾。

LNG燃料船將有望成為“亮點(diǎn)”。多年來，歐洲船東、咨詢公司、船廠以及相關(guān)權(quán)威人士一直關(guān)注于LNG燃料船相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，不斷地將LNG燃料應(yīng)用到除LNG船以外的船舶上。目前一些使用LNG燃料的渡船已在北海地區(qū)服務(wù)。據(jù)使用這些船舶的船東介紹，這些船舶的氮氧化物的排放量減少了89%，即每艘船每年減少了159噸的排放物，每年可為船東節(jié)省100萬美元。此外，二氧化碳的排放物減少了20%，即每艘船每年減少2157噸的排放物。氧化硫排放量則減少了100%。據(jù)悉，使用LNG能源可以使船舶的燃料燃燒效率增加30%。另外，Eidesvik近海公司與Vik Sandvik 設(shè)計(jì)公司聯(lián)手開發(fā)出了LNG燃料平臺供應(yīng)船。Eidesvik表示，與普通船用柴油船相比，使用LNG燃料平臺供應(yīng)船可以使氮氧化物的排放降低84%，二氧化碳排放降低20%。由此可見，LNG燃料船已成為綠色船舶發(fā)展的一個(gè)方向。

由于太陽能、風(fēng)能、波浪能等可再生資源的使用，以及推進(jìn)系統(tǒng)的改進(jìn)，需要開發(fā)出與之配套的船型，從而最大程度地實(shí)現(xiàn)零污染、零排放物的目標(biāo)。具有優(yōu)化船型的船舶可以更高效的航行，從而降低燃料的消耗。在船型設(shè)計(jì)方面， 即使是很小的優(yōu)化也將會(huì)對船舶能效帶來很大的改善。

材料的綠色特性對船舶的綠色性能具有重要的影響，所以新材料也是綠色船舶技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。那些便于回收、生產(chǎn)過程簡便、易于加工，產(chǎn)生的廢料不污染環(huán)境的材料；無毒無害，避免生產(chǎn)過程對人體健康造成危害和對環(huán)境造成污染的材料；可再生的材料；工藝性能優(yōu)良的材料等，將會(huì)被業(yè)界越來越關(guān)注。

雖然上述綠色船舶的大規(guī)模推廣應(yīng)用還面臨著建造成本和營運(yùn)成本問題，但隨著公約、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和升級，綠色船舶技術(shù)也將不斷發(fā)展和成熟。節(jié)能減排無止境，技術(shù)創(chuàng)新不停歇，相信未來綠色船舶的發(fā)展 “沒有最綠，只有更綠”。

Nowadays, “green ship” has become a vocabulary with high exposure rate, and green ship technology has become popular all over the world. Today when low carbon economy is advocated and the shipping market is sluggish, “green ship” has become the “assistor” of the change of the economic development mode urgently required by the shipbuilding industry. The shipbuilding industry is upgrading silently from traditional marine technology to green ship technology and the technology of environment protection and energy saving.

The concept of “green” starts from ship's design and construction, and lasts through ship's whole service life from operation until dismantling, and the development and upgrade of international maritime convention, rules and standards constitute the bottom line of the system of standards for the concept of “green”.

Hu Keyi, the Chief Engineer of Jiangnan Shipbuilding Group believes that the development of the convention,rules and standards embodies the course of transition from safety standards to green standards, IMO is improving continuously the conventions, rules and standards with the requirements for safety, environment protection and energy-saving as the objective. In the future, with further update and improvement of conventions, rules and standards, the system of standards for green ship will also be upgraded continuously.

Under this “green wave”, the international maritime convention, rules and standards change constantly, and lead to significant change to the ecology of shipping and shipbuilding. Particularly, in the post financial crisis era when the shipping industry once again hit the bottom, green ship has become the important direction for upgrading the ship type structure for the shipping and shipbuilding industry and the starting point of product structural adjustment. The green ship type and the green technology meeting the requirements of the latest convention have become the important fi elds for shipbuilding companies to grab market share.

With corresponding environment protection, new energy,new materials, energy conservation and emission reduction technology constantly emerging and applying, these technologies will directly aff ect the development of green ship types and green technology. At the same time, its maturity and feasibility will be used in the future research and development of ship type. The global “green wave” of “l(fā)ow carbon” shift will bring far-reaching infl uence on shipping and shipbuilding market in the future. Coping positively,full preparation and taking action early is the significant opportunity for enterprises to adapt as early as possible to grab the “green, low-carbon” shipping market. The key development areas for “green ships” in the future include the use of clean energy, zero pollution, zero emissions,optimization of ship type and green materials, etc.

As conventions, rules and standards constantly improving and upgrading, green ship technology will also continue to develop and become mature. There is no end to energy saving and emission reduction and there is no stop to technical innovation. It is believed that we can always do better in the future development of “green ship”.