綠色集裝箱船揚帆北歐

綠色集裝箱船揚帆北歐

與常規(guī)支線集裝箱船的平均排放量相比，ECO Feeder支線集裝箱船可使二氧化碳排放量減少30%以上。

航運業(yè)老舊且高排放的船舶亟需被取代。根據(jù)一份2013年的航運業(yè)調(diào)查報告，2005年，沿海區(qū)域35%的硫沉積、20%的氮沉積來自于船舶排放的廢氣。

談及海事業(yè)減排，人們往往寄希望于新概念燃料。然而，應用現(xiàn)有技術(shù)提高船舶能效亦不應被忽視。丹麥海事界就通過應用多種現(xiàn)有技術(shù)，研發(fā)了“ECO Feeder”支線集裝箱船，取得了明顯的減排效果。

丹麥的“未來綠色船舶”（GSF）計劃于2016年啟動了區(qū)域性的“ECO Feeder”項目，旨在更新現(xiàn)有的集裝箱船船隊。該項目已公布的“ECO Feeder”支線集裝箱船型，設計方為歐登賽海事技術(shù)（OMT）——一家丹麥船舶設計、建造及項目管理公司。

ECO Feeder項目希望證明：船舶通過應用現(xiàn)有技術(shù)，即可使減排效果非常接近航運業(yè)的目標。對此，OMT公司集裝箱船業(yè)務發(fā)展總監(jiān)托馬斯·埃弗森（Thomas Eefsen）表示：“我們從一開始就沒想過要設計一艘‘科幻船’。我們想采用的是現(xiàn)有的技術(shù)，或至少是即將實現(xiàn)的技術(shù)?！钡枰赋龅氖?，這并不意味著海事業(yè)將不再探索使用新型燃料。

據(jù)介紹，與常規(guī)支線集裝箱船的平均值相比，“ECO Feeder”支線集裝箱船每TEU的二氧化碳排放量減少了30%以上。不僅如此，在硫化物排放量方面，該型船符合將于2020年強制生效的燃油含硫量不超過0.5%的標準；在氮氧化物排放量方面，該型船亦滿足國際海事組織（IMO）Tier III要求；此外，其顆粒物及黑碳（燃油不完全燃燒產(chǎn)生的含碳物質(zhì)）排放量也相應減少。

除了減少廢氣排放，OMT公司的另一個目標是，在當前的基礎上，降低單個集裝箱每海里的運輸成本，并研究這一經(jīng)濟因素與大氣環(huán)境變化之間的關(guān)系。

確立上述目標后，OMT公司開展了以下三個階段的工作：與相關(guān)方建立合作伙伴關(guān)系、信息共享及對合作方提出的解決方案進行評估。

船型設計

項目方對“ECO Feeder”支線集裝箱船的核心要求是：操作簡單，布置緊湊。這就意味著該型船會有一個形狀類似集裝箱的開放的頂部區(qū)域，以使集裝箱在箱格導軌內(nèi)緊湊堆放。此外，該型船的標準載箱量為2500TEU（無液化天然氣儲罐），或2422TEU（有液化天然氣儲罐）；而在航行于基爾運河（位于德國北部，溝通北海與波羅的海）時，其載箱量為1100TEU（此時單箱重量為14噸）。

可通過基爾運河的船舶的最大寬度為32.5米，而這也成了“ECO Feeder”支線集裝箱船的型寬。對此，托馬斯·埃弗森解釋說：“考慮到船舶如今的航速要低于5—10年前，因此增加船體寬度有助于提高能效?！备鼘挼拇w不僅有助于增加載箱量，還能提高該船的穩(wěn)性，且后者可使所需的壓載水量相應減少，從而進一步增加載箱量?；谏鲜隹紤]，技術(shù)人員設計了相對細長的壓載艙及較低的船舶重心，后者同樣可有助于實現(xiàn)載箱量的最大化。其結(jié)果是，與船長相同的常規(guī)集裝箱船相比，型寬32.5米的“ECO Feeder”支線集裝箱船的載箱量提高了10%以上。

然而，上述設計方案也有不足之處：較寬的船體也導致該型船所需的動力進一步增加。不過，OMT公司的合作伙伴表示，由于其航速較慢，因此單位TEU的油耗仍然減少了。

此外，頂部開放的設計方案使得“ECO Feeder”支線集裝箱船更易裝載、緊固集裝箱，這意味著其在港口所花費的時間將進一步減少。不僅如此，其10層集裝箱處裝有自動化設備，可將集裝箱運至13層而無需緊固，從而使該型船在每個港口的作業(yè)時間最多減少2小時。

據(jù)介紹，通過應用多種解決方案，“ECO Feeder”支線集裝箱船在港口的作業(yè)時間最多可縮減50%。這意味著，該型船在每段航程中的實際航行時間有所增加，因此其航速可進一步降低，進而使油耗繼續(xù)減少。

為了減少人工成本并增加載貨量，該型船的船員人數(shù)有所減少，船員居住艙室位于A甲板的兩側(cè)，每側(cè)共有5個艙室?？紤]到未來智能船舶及無人駕駛等新技術(shù)將推廣應用，攝像頭及傳感器等設備將安裝在該船的艏部、艉部及舷側(cè)而不是船橋處。此外，其控制室位于艉部，不會被集裝箱遮擋視線。基于上述設計，該型船的裝載量增加了100TEU。

“ECO Feeder”支線集裝箱船設計效果圖

動力系統(tǒng)

“ECO Feeder”支線集裝箱船采用了1臺二沖程雙燃料發(fā)動機，能夠以LNG（液化天然氣）為燃料。這一方案能使其每TEU二氧化碳排放量減少20%左右，硫化物排放量幾乎為零。對此，托馬斯·埃弗森表示：“關(guān)于混合動力，我們結(jié)論是，若船上的空間足夠，則二沖程主機的優(yōu)勢很難被其他設備取代。其原因是，電力推進系統(tǒng)的能量輸送損耗太大?！痹诘趸锱欧欧矫?，該船采用了EGR（廢氣再循環(huán)）裝置，以滿足國際海事組織Tier III標準要求。

此外，該型船裝有4個圓柱形C型LNG儲罐，其總?cè)萘繛?300立方米，可以滿足該型船航行15天或5000海里的LNG需要；其電力則由2臺柴油發(fā)電機組及1臺直列軸帶式發(fā)電機提供，以提高燃油效率。

據(jù)介紹，“ECO Feeder”支線集裝箱船輔機及冷藏集裝箱所需的電力，約占全船總電力的10—15%。項目組表示：“考慮到四沖程發(fā)動機比二沖程發(fā)動機的能源效率要高20%，該型船采用了1臺功率為2000千瓦的PTO軸帶發(fā)電機，為輔機和冷藏集裝箱提供電力。與單獨采用四沖程柴油機發(fā)電相比，這一方案可使能效提高6%左右。”

除上述設備外，該型船還配備了功率為1兆瓦的電池系統(tǒng)。在港口模式下，電池系統(tǒng)將為艏側(cè)推供電，從而使能耗減少1—2%。此外，柴油發(fā)電機組的負載會被不斷優(yōu)化，從而進一步減少油耗。

在上述設備基礎上，“ECO Feeder”支線集裝箱船還考慮采用有機朗肯循環(huán)（ORC）系統(tǒng)，以利用發(fā)動機的廢熱。為此，該型船將使用含硫量低于0.1 %的低硫燃料，避免在冷卻鍋爐的過程中形成硫酸，且無需使用蒸汽對燃油進行預熱。以此計算，在ISO條件下，該型船可節(jié)省3.3%的燃料；在冬季，則可節(jié)省2.3%的燃料。若再利用發(fā)動機掃氣系統(tǒng)及EGR裝置冷卻器的廢熱，則該船的節(jié)能效果還將提升。

用于測算“ECO Feeder”支線集裝箱船節(jié)能減排效果的兩條北歐航線

推進系統(tǒng)

曼柴油機與透平公司為“ECO Feeder”支線集裝箱船提供了一個Kappel螺旋槳。這一大型可調(diào)距螺旋槳的槳葉采用了特殊設計，能提供與定距槳類似的能效。項目組表示，可調(diào)距螺旋槳與軸帶發(fā)電機的組合可提高負載靈活性及操控性，而后者對于支線集裝箱船來說尤為重要。

Silverstream科技公司的空氣潤滑系統(tǒng)也將被該船采用。該系統(tǒng)可通過微氣泡來減少船體阻力，從而使該船在航速15節(jié)時的二氧化碳排放量減少6%。在此基礎上，該型船還有望采用岸電技術(shù)。

船長166.7米、型寬27.7米的參考船（ 上）與船長175米、型寬3 2.5 米的“E C O Feeder”支線集裝箱船的對

減排效果

技術(shù)人員基于兩條典型北歐航線，測算了 “ECO Feeder”支線集裝箱船的節(jié)能減排效果。

藍色的航線途徑荷蘭、英國及斯堪的納維亞國家；紅色的航線則位于德國與波羅的海國家之間，包括基爾運河。

在以船用輕油（MGO）為燃料的條件下，與參考船相比，該型船的能效營運指數(shù)（EEOI）在藍色航線上有望減小35%，在紅色航線上有望減小30%。與此同時，該船的能效設計指數(shù)（EEDI）將在IMO基線的基礎上減小40%左右，且與參考船相比減小30%。 （劉穎 譯）