航運業(yè)何以“御風(fēng)而行”？

喬納森·科勒 達(dá)格默·內(nèi)利森 邁克爾·特勞特/荷蘭代爾夫特理工大學(xué)

航運業(yè)何以“御風(fēng)而行”？

喬納森·科勒 達(dá)格默·內(nèi)利森 邁克爾·特勞特/荷蘭代爾夫特理工大學(xué)

研究結(jié)果表明，船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)盡管有市場壁壘須打破，但也面臨著市場機(jī)遇。

根據(jù)代爾夫特理工大學(xué)2015年的一項研究，2007—2012年期間，航運業(yè)的二氧化碳（CO2）年均排放量為10億噸，相當(dāng)于全球人為碳排放量的3%以上。展望未來，盡管市場及法規(guī)在航運業(yè)減排方面發(fā)揮的作用越來越大，但隨著航運量的持續(xù)增長、其他行業(yè)排放量的進(jìn)一步減少，航運業(yè)碳排量在全球排放量中的占比還將大幅增加。這意味著，有助于顯著減少航運業(yè)碳排量的舉措，將在公平分配減排目標(biāo)、應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)等方面發(fā)揮重要作用。

為實現(xiàn)“去碳化”的目標(biāo)，航運業(yè)需要采取慢速航行、利用可再生能源等一系列措施。其中，船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)（WPT）有兩大優(yōu)點：幾乎可實現(xiàn)零排放，燃料成本為零。當(dāng)前，已有許多創(chuàng)新性的風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)實船應(yīng)用。然而，這些技術(shù)均不夠成熟，未能達(dá)到推廣應(yīng)用的程度。就本研究項目涉及的技術(shù)而言，目前有兩項船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)接近實現(xiàn)商用化，另有24項技術(shù)有望在2030年之前得到應(yīng)用。

本研究對2030年風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)的減排效果、市場潛力、經(jīng)濟(jì)及社會效益進(jìn)行了評估，分析了發(fā)展、應(yīng)用該技術(shù)的障礙，找出了有助于消除障礙的做法。

風(fēng)力推進(jìn)及其節(jié)能效果

在研究中，技術(shù)人員針對以下4種技術(shù)建立了數(shù)學(xué)模型：剛性/翼形帆、牽引風(fēng)箏、弗萊特納（Flettner）轉(zhuǎn)子和風(fēng)力渦輪機(jī)，計算了6艘樣本船的節(jié)能量。這6艘樣本船分為油船、散貨船、集裝箱船3種船型，每種船型有兩個尺度，每艘船有兩種航速（見表1）。

表2為每艘樣本船的風(fēng)力推進(jìn)裝置的尺寸。為評估、比較不同設(shè)備的節(jié)能效果，技術(shù)人員設(shè)立了由航速、航向、風(fēng)速及瞬時推力、側(cè)向力、消耗/產(chǎn)生的功率等變量構(gòu)成的函數(shù)。此后，技術(shù)人員收集了每艘樣本船的全年衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)，用于確定其相關(guān)航行數(shù)據(jù)；根據(jù)天氣預(yù)報，收集10米高空每隔6小時的風(fēng)力數(shù)值，并根據(jù)風(fēng)速與海拔高度的關(guān)系，對風(fēng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正計算。通過將收集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行計算，技術(shù)人員得到了每艘樣本船使用風(fēng)力推進(jìn)裝置后在1年中取得的節(jié)能效果。

如表3所示，4種風(fēng)力推進(jìn)裝置的節(jié)能效果為：翼形帆與弗萊特納轉(zhuǎn)子的節(jié)能效果相同；牽引風(fēng)箏在小型船上產(chǎn)生的節(jié)能效果要優(yōu)于大型船；風(fēng)力渦輪機(jī)的能效最低。

研究獲得的另一個結(jié)論是：就能源的相對節(jié)約而言，上述4種設(shè)備均在慢速航行的條件下更為節(jié)能，其原因是船舶在慢速航行時主機(jī)功率較低；而就能源的絕對節(jié)約（在圖1中以千瓦表示）而言，盡管牽引風(fēng)箏和風(fēng)力渦輪機(jī)在慢速航行時取得的節(jié)能效果與快速航行時接近或略勝一籌，但翼形帆與弗萊特納轉(zhuǎn)子均是在快速航行時節(jié)能效果更佳，且在所有樣本船上均是如此。

這可謂一個非常重要的發(fā)現(xiàn)，意味著船舶利用風(fēng)能的難度在以往被夸大了，有些風(fēng)力推進(jìn)系統(tǒng)并非只有在船舶慢速航行的條件下，才能取得節(jié)能減排的效果。不僅如此，翼形帆及弗萊特納轉(zhuǎn)子在大型船舶上取得的節(jié)能效果要優(yōu)于小型船舶，尤其是在散貨船上。在某種程度上這是因為，與小型船舶相比，大型船舶的航線上的風(fēng)速更大。此外，大型船舶往往會使用數(shù)量更多、高度更高的風(fēng)力推進(jìn)裝置，而高處的風(fēng)速更大。

上述研究結(jié)果表明，即使對于在常規(guī)模式下運營的船舶而言，一些風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)也稱得上潛力巨大。

圖1顯示了6艘樣本船的節(jié)能效果。其中實心圖例為船舶在快速航行條件下取得的節(jié)能效果，空心圖例為慢速航行條件下取得的節(jié)能效果。

表 1

表 2

市場潛力和經(jīng)濟(jì)效益

項目的技術(shù)人員開發(fā)了一個動態(tài)模型，用于模擬安裝了風(fēng)力推進(jìn)裝置的船舶隨著航行時間的增加而取得的節(jié)能減排效果。該模型充分考慮了不同類型及尺度的船舶，并基于以下假設(shè)：

●風(fēng)力推進(jìn)裝置的投資回報期為5年；

表 3

圖1

●未來現(xiàn)金流的貼現(xiàn)率為5%；

●重油的價格2020年為450美元/噸，2030年增加到550美元/噸。

其中，船隊規(guī)模的數(shù)據(jù)來源于克拉克松曾公布的新船訂單、手持訂單數(shù)據(jù)，國際海事組織（IMO）2014年做出的船隊規(guī)模長期預(yù)測。

根據(jù)上述條件，模型計算得出的結(jié)論為：到2020 年，將有部分船舶風(fēng)力推進(jìn)裝置實現(xiàn)商用化；到2030年，安裝在散貨船及油船上的風(fēng)力推進(jìn)裝置最多將達(dá)10700套（包括新建船舶及在航船舶）。據(jù)此計算，2030年，上述裝置可使船舶的二氧化碳排放量減少約750萬噸，在全球航運業(yè)排放量中的占比為7%；此外，因船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，業(yè)內(nèi)將產(chǎn)生約8000個直接工作崗位、10000個間接工作崗位。

表4為2020年—2030年將安裝風(fēng)帆的船舶的數(shù)量預(yù)測。

研究人員的分析結(jié)果表明，2030年并非風(fēng)力推進(jìn)裝置裝船使用的高峰期，預(yù)計這一時間應(yīng)為2040年左右。屆時，將有更多的新船投入使用，而在新船上安裝風(fēng)力推進(jìn)裝置，要比在航船舶加裝該裝置更為經(jīng)濟(jì)。此外，在規(guī)模效應(yīng)的作用下，使用風(fēng)力推進(jìn)裝置的成本將進(jìn)一步下降。需要指出的是，上述結(jié)論較為保守，因其是研究人員在該裝置裝船量較小的條件下得出的。

當(dāng)前面臨的困難

研究人員的分析表明，當(dāng)前阻礙船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展并推廣應(yīng)用的因素主要有以下幾點：

●風(fēng)力推進(jìn)裝置的技術(shù)特征——如其對甲板空間的要求及需要安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)等——導(dǎo)致其裝船受限，尤其是對于在航船舶而言；

●部分因素如燃油價格下跌會導(dǎo)致其在經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢不足；

●世界經(jīng)濟(jì)的周期性等確定的影響因素、風(fēng)力的變化等不確定的影響因素對其經(jīng)濟(jì)性的影響；

●獲得投資以更多的使用風(fēng)力推進(jìn)裝置的難度較大。

表 4

影響風(fēng)力推進(jìn)裝置裝船率的因素還可能有：船東與船舶運營商的收益分成機(jī)制，業(yè)界對行業(yè)可能因推廣某種技術(shù)而產(chǎn)生重大變化的質(zhì)疑等。

此外，為進(jìn)一步發(fā)展船舶風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)，業(yè)界還需要消除以下障礙：風(fēng)力推進(jìn)裝置供應(yīng)商一直未能說服航運業(yè)普遍認(rèn)同其產(chǎn)品在降低運營成本方面的成效，且未能獲得令人信服的投資收益。這導(dǎo)致風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)難以獲得資本的青睞，尤其是在船東對油船及散貨船投資普遍有限的背景下。此外，航運業(yè)的現(xiàn)狀是，未能按時到港的船舶會受罰，因此船舶很難通過慢速航行來更好地發(fā)揮風(fēng)力推進(jìn)裝置在節(jié)能減排方面的作用。不僅如此，業(yè)界還缺乏對裝有風(fēng)力推進(jìn)裝置的船舶進(jìn)行安全評估的機(jī)制。

根據(jù)以上分析，簡而言之，以下三大問題是影響風(fēng)力推進(jìn)裝置推廣使用的最大障礙：

●業(yè)界需要更多的關(guān)于風(fēng)力推進(jìn)裝置的可靠信息，如其性能、可操作性、安全性、耐久性及節(jié)能效果；

●獲得投資以大范圍推廣風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)；

●建立起提高能源效率、減少二氧化碳排放的激勵措施。

應(yīng)對之策

無疑，風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)要獲得資本的支持才能進(jìn)一步發(fā)展，而在其推廣應(yīng)用并取得明確效果之前又難以獲得投資。要解決這個“先有蛋還是先有雞”的問題，可從制定一個標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)評估方案來入手。在此過程中，應(yīng)考慮船舶能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）與評估方案的有機(jī)結(jié)合。

此外，為實現(xiàn)評估標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)建立相關(guān)信息公開機(jī)制。比如，基于歐盟的“航運業(yè)二氧化碳排放監(jiān)測、報告和核實機(jī)制”（MRV），船舶應(yīng)能夠公開其利用新能源的情況。舉例來說，對于芬蘭Norsepower公司為“維京優(yōu)雅”號（Viking Grace）提供的弗萊特納轉(zhuǎn)子，就應(yīng)由獨立的第三方來提供相關(guān)信息，用來說服船東及投資方，同時表明其有效使用了由歐盟委員會和芬蘭政府提供的公共基金。

除歐盟外，排放控制區(qū)（RCA）的相關(guān)國家，都有望為風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)提供資金支持。

除利用公共基金外，若想調(diào)動企業(yè)應(yīng)用這項技術(shù)的積極性，可從以下方面入手：

●為小微企業(yè)（SME）提供資金支付方面的支持；

●盡可能減少行政領(lǐng)域的負(fù)面影響；

●制定計劃，促使航運業(yè)開展相關(guān)示范項目；

●在開展示范項目過程中，避免縮小可行性技術(shù)的范圍。

綜上所述，風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)有望大幅度減少溫室氣體和硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、顆粒物的排放量。這意味著，該技術(shù)的節(jié)能效果有可能促使相關(guān)投資在未來進(jìn)一步增加。但就目前而言，這一技術(shù)仍處于示范階段，在推廣應(yīng)用方面仍有難題待解。若能消除政策法規(guī)、市場壁壘等方面的障礙，航運業(yè)就能大規(guī)模采用風(fēng)力推進(jìn)技術(shù)。

（劉穎 編譯）