船舶節(jié)能減排技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

徐巖

摘 要：本文闡述了航運(yùn)業(yè)對(duì)全球氣候變化的影響，分析了船舶節(jié)能減排技術(shù)的現(xiàn)狀。通過(guò)搜集資料，數(shù)據(jù)對(duì)比，圖片與實(shí)例說(shuō)明等方法，對(duì)船舶節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了探討，得到了包括給新舊船舶安裝榖帽鰭的技術(shù)方案和開(kāi)發(fā)應(yīng)用綠色能源等為主要發(fā)展方向的節(jié)能減排技術(shù)。

關(guān)鍵詞：船舶;節(jié)能減排;現(xiàn)狀;發(fā)展

中圖分類號(hào)：U692.5? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0135-02

1 引言

從BDI指數(shù)來(lái)看，目前世界航運(yùn)業(yè)景氣度相對(duì)前兩年有所回升，但仍處于歷史低位。在這種趨勢(shì)下，優(yōu)化船隊(duì)結(jié)構(gòu)，淘汰老舊船舶，改進(jìn)現(xiàn)有船舶動(dòng)力裝置，訂購(gòu)低能耗、高效率船舶，以滿足降低運(yùn)營(yíng)成本需求，已成為當(dāng)今航運(yùn)界的發(fā)展趨勢(shì)。然而，隨著全球氣候變化問(wèn)題日益嚴(yán)峻，應(yīng)對(duì)全球氣候變化，減少溫室氣體排放，是國(guó)際社會(huì)共同的責(zé)任和義務(wù)，走低碳發(fā)展之路正成為人們的共識(shí)。據(jù)IPCC（政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)）的排放情況統(tǒng)計(jì)，全球每年排放的氮氧化物氣體中30%來(lái)自海上船舶。因此業(yè)內(nèi)專家大聲疾呼：船舶運(yùn)輸對(duì)水體和大氣的污染日益嚴(yán)重，低碳航運(yùn)、綠色發(fā)展已經(jīng)刻不容緩！

為了降低船舶運(yùn)營(yíng)成本和應(yīng)對(duì)全球溫室效應(yīng)，本文基于這一目標(biāo)，列舉實(shí)例，闡述船舶節(jié)能減排技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

2 船舶節(jié)能減排技術(shù)現(xiàn)狀

從20世紀(jì)90年代發(fā)生石油危機(jī)以來(lái)，油價(jià)飛漲，航運(yùn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成本劇增，造成船舶營(yíng)運(yùn)成本的構(gòu)成因素發(fā)生顯著的變化，燃料費(fèi)所占的比重急劇增大，現(xiàn)已超過(guò)50%。與此同時(shí)，隨著船舶運(yùn)輸對(duì)水體和大氣的污染日益嚴(yán)重，減少水上運(yùn)輸?shù)奶寂欧乓呀?jīng)刻不容緩。

因此，船舶節(jié)能，降低燃料消耗量和燃油費(fèi)用、提高裝置經(jīng)濟(jì)性已成為一個(gè)重要課題，使得船舶節(jié)能減排工作備受重視。當(dāng)前，無(wú)論是在航運(yùn)領(lǐng)域、港口行業(yè)，還是在造船行業(yè)，“綠色”都已經(jīng)形成一種新的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 在螺旋槳轂帽上安裝榖帽鰭（FBCF）

螺旋槳榖帽鰭（FBCF）是由日本大阪商船三井船舶株式會(huì)社、西日本流體技研和Mikado螺旋槳株式會(huì)社聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種節(jié)能裝置。榖帽鰭是由在普通螺旋槳后榖帽上適當(dāng)位置處以某一角度安裝的幾個(gè)小葉片構(gòu)成，小葉片的數(shù)與槳葉數(shù)相同如圖1所示。這種鰭可以使螺旋槳處出來(lái)的榖渦減弱，消除榖渦所引起的誘導(dǎo)阻力，對(duì)螺旋槳有整流作用，使螺旋槳效率提高3%～7%。同時(shí)使榖渦空泡現(xiàn)象減弱，從而還有利于減少螺旋槳的噪聲。由于榖帽鰭構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便、造價(jià)較低的特點(diǎn)且無(wú)論是新船還是舊船上安裝（特別是對(duì)于螺旋槳螺距比較大、榖渦比較大的船舶），都可以收到預(yù)期效果。

圖2以57000DWT散貨船為例說(shuō)明在榖帽鰭在船舶節(jié)能減排技術(shù)中的運(yùn)用。在已營(yíng)運(yùn)的57000DWT散貨船的螺旋槳處加裝榖帽，船舶航速可以提高0.16Kn;如果保持速度不變的話，螺旋槳所需功率將減少3%。假設(shè)船舶每天消耗30噸燃油的話，那么每天就可以節(jié)省1噸燃油。如果每噸燃油700美元的話，加裝榖帽鰭的成本，僅需2個(gè)月就可以收回且每年可節(jié)省約200000美元的燃油費(fèi)用。

2.2 綠色能源的利用

船舶是典型的耗能大戶，在2000t以上的民用運(yùn)輸船舶中，柴油機(jī)動(dòng)力裝置就占總艘數(shù)的98%以上。自2003年以來(lái)，國(guó)際原油價(jià)格一路走高，走節(jié)能降耗之路成為各船舶公司面臨的嚴(yán)峻課題。隨著石油消耗日漸枯竭，如何實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展成為迫在眉睫的事情。

我國(guó)現(xiàn)有船舶主要以柴油為動(dòng)力，燃料消耗高，廢氣排量大，既增加運(yùn)輸成本，又污染環(huán)境。

目前，綠色能源在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用范圍而言，主要有LNG動(dòng)力，純電力推進(jìn)/港口岸電和風(fēng)帆輔助推進(jìn)等形式。

LNG作為清潔型能源，大幅度降低氮氧化合物和二氧化碳的排放，杜絕了硫化物的微小顆粒等其他有害物的排放。盡管使用LNG作為船用燃料改建或新建的初始投資成本較高，但能夠一勞永逸地滿足IMO以及EU現(xiàn)行的以及可見(jiàn)的未來(lái)所有相關(guān)方面的法規(guī)所提出的環(huán)保要求。雖然未來(lái)幾年時(shí)間，航運(yùn)業(yè)選擇低硫燃料油與廢氣洗滌塔的會(huì)較多，但采用LNG動(dòng)力則是遠(yuǎn)期趨勢(shì)。值得關(guān)注的是，隨著LNG動(dòng)力技術(shù)在大型船舶上的應(yīng)用日趨成熟和LNG加注站點(diǎn)在港口的布局建設(shè)，推廣LNG動(dòng)力船舶對(duì)于船舶節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展將有重要的意義。目前，中國(guó)船廠在建LNG動(dòng)力船舶的建造情況來(lái)看，LNG船型包括內(nèi)河散貨船，豪華客滾船，大型集裝箱船，成品油船，大型滾裝船等。由此可見(jiàn)，LNG動(dòng)力船舶朝著船型多元化，船舶大型化，航線全球化發(fā)展。圖3為廈船重工建造的全球最大的LNG動(dòng)力汽車(chē)滾裝船“Siem Confucius”號(hào)。

電力推進(jìn)是指以電力為動(dòng)力的推進(jìn)方式，船舶依靠電能來(lái)驅(qū)動(dòng)艦船運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)方式，應(yīng)用至今已有160余年的歷史。早期技術(shù)條件下的電力推進(jìn)裝置由于增多了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，帶來(lái)了設(shè)備昂貴、傳動(dòng)效率低、維護(hù)保養(yǎng)工作量大等一系列缺點(diǎn)，故船舶電力推進(jìn)應(yīng)用在很長(zhǎng)一段時(shí)間里并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。隨著“限硫令”實(shí)施和鋰電池技術(shù)與岸電設(shè)施的發(fā)展，電能作為清潔能源，現(xiàn)已成為船舶動(dòng)力行業(yè)的熱點(diǎn)之一。電動(dòng)船舶具有噪音小，碳、硫等廢氣污染物及PM2.5顆粒實(shí)現(xiàn)零排放等優(yōu)點(diǎn)。但純電動(dòng)船舶的續(xù)航能力較差、充電時(shí)間較長(zhǎng)，且改造成本較高，比較適用于區(qū)域性游覽船、輪渡、公務(wù)船和航程短噸位較小的貨船。目前，國(guó)內(nèi)首艘大型全電動(dòng)旅游船——“君旅號(hào)”是國(guó)內(nèi)純電動(dòng)船發(fā)展的代表，其運(yùn)行噪音僅50分貝左右，6小時(shí)充滿電可續(xù)航8小時(shí)。而現(xiàn)有船舶靠港期間使用岸電，可有效減少硫氧化物、氮氧化物、顆粒物等大氣污染物，減少噪音污染，是最有效的減排方式。根據(jù)浙江省港航管理中心最近一份報(bào)告顯示，“2019年浙江全省岸電使用量突破500萬(wàn)千瓦時(shí)，減少船舶二氧化碳排放3500多噸?！?可見(jiàn)船舶岸電的使用有力地促進(jìn)了節(jié)能減排。而我國(guó)新修訂出臺(tái)的船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則對(duì)船岸電設(shè)施安裝提出了要求，《船舶靠港使用岸電管理辦法》明確新建和已建中國(guó)籍船舶岸電設(shè)施安裝應(yīng)當(dāng)符合船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則，這為促進(jìn)我國(guó)船舶岸電的使用提供了技術(shù)法規(guī)支撐。

人類利用風(fēng)力推動(dòng)船舶航行已有5000多年歷史。自近代以來(lái)，隨著使用內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的艦船相繼問(wèn)世，帆船這一古老的船舶類型逐漸趨于衰退。如今，常規(guī)的船舶設(shè)計(jì)技術(shù)手段的節(jié)能潛力正在逐步減小。為此，人們?cè)趯ふ倚碌姆椒ㄌ岣叽澳苄гO(shè)計(jì)指數(shù)時(shí)，自然會(huì)將目光轉(zhuǎn)向風(fēng)能這一綠色能源的利用。目前，船舶風(fēng)帆結(jié)構(gòu)形式主要有旋筒風(fēng)帆和翼型風(fēng)帆，因其高效的輔助推進(jìn)效率，逐步成為利用風(fēng)能提高船舶能效的首選。根據(jù)全球知名的風(fēng)力輔助系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商N(yùn)orsepower報(bào)道，2014年，該公司將生產(chǎn)的旋筒風(fēng)帆應(yīng)用于芬蘭船東Bore公司旗下的一艘9700載重噸級(jí)的滾裝船“M/S Estraden”輪上，該輪安裝的兩個(gè)較小的旋筒風(fēng)帆被證實(shí)可以減少大約6.1%的燃料油消耗，相當(dāng)于每年可節(jié)約400噸燃料油。若以當(dāng)前（2019年2月份）鹿特丹港輕柴油（MGO）價(jià)格計(jì)算的話，每年可減少約213200美元的燃料油成本。而且這一數(shù)字相當(dāng)權(quán)威，已由著名的海事數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)和服務(wù)提供商N(yùn)APA進(jìn)行了測(cè)算和獨(dú)立驗(yàn)證?？上驳氖?，2018年由我國(guó)大連船舶重工集團(tuán)建造的全球首艘安裝風(fēng)帆裝置的30.8萬(wàn)噸超大型原油船（VLCC ）80號(hào)船“凱力”輪成功交付，標(biāo)志著我國(guó)在掌握了翼型風(fēng)帆研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，且“凱力”輪首航至今初步統(tǒng)計(jì)每天減少3%左右的油耗。圖2-4為大船重工建造的全球首艘安裝風(fēng)帆輔助推進(jìn)裝置的VLCC。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)船舶節(jié)能減排技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展角度分析，為船舶的螺旋槳加裝榖帽鰭和推廣使用LNG動(dòng)力船舶，純電動(dòng)船/港口岸電以及船舶風(fēng)帆助推技術(shù)等節(jié)能減排技術(shù)措施，為實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能減排，降低船舶營(yíng)運(yùn)成本與綠色航運(yùn)可持續(xù)發(fā)展提供了有益參考。

參考文獻(xiàn)：

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