基于節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 交通運輸管理學院，遼寧 大連 116000；2.大連楓葉職業技術學院 （大連港務專修學院），遼寧 大連116036）

近年來，節能減排成為全世界關注的話題。氣候變暖帶來的全球性災難已經觸目驚心。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能減排方式作一簡單介紹。

1 全球環境下的節能減排目標

國際能源機構統計數據表明，2010年全球二氧化碳排放量達到有史以來的最高值306億噸。荷蘭環境評估局公布的數據顯示，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，交通運輸部在 “十二五”發展規劃中提出，到2020年，中國營運船舶的單位運輸貨物周轉量能耗要降低15%，二氧化碳排放量減少16%。

2 海運船舶常見的節能減排方式

海運船舶節能減排方式有很多，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。或者從航運角度，采用經濟航速。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，造船業所采用的新型能源主要有太陽能、氫能、風能、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，現代科技利用太陽能發電為船舶提供動力。

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，不會導致溫室效應。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。這些優勢使太陽能在全球領域節能減排的呼聲下，受到航運界的更多關注。

2.1.2 氫能

氫能，是氫的化學能，屬于二次能源，目前廣泛應用于宇航飛船。它是最清潔的可再生能源之一，對環境的友好度很高，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，不污染環境。氫氣無味無毒，即使發生泄漏，也會遠離地面，在純度高于75%時，性質更為穩定，發生爆炸的系數較低。

現有的船舶常規動力機械稍加改造，既可用氫代替煤和石油作為動力，這使得氫能更加受到環保組織的關注。當船舶行駛在海上，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 風能

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

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

風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能。但是，海洋上的風分布也不是很均勻，有些地方可能風平浪靜，有些地方又可能狂風大作以至于折損風帆。考慮到以上的各種情況，各國在制造利用風能為動力的新能源船舶時，也采用了相應的對策。

1980年8月，世界上第一艘風帆油輪 “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能這種新型能源，但仍然以主機為主，風帆為輔，同時也注意到，當風向不合適的時候，可調整風帆的角度，風力過大時，也可將其放倒。至于風力的儲存，德國柏林的普倫茨勞啟用的一座風力混合發電站，可將風能以氫的形式儲存起來，在無風情況下繼續提供 “綠色能源”。船舶在利用風能的時候，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能的混合動力。

2.1.4 核能

核能，是通過轉化其質量從原子核釋放的能量。核能發電作為船舶的動力，是一種近乎零排放的清潔能源，全球有相當數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停靠。不僅因為放射性物質危險性非常大，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抗議核設施的應用，這給當地政府也帶來很多壓力。商用船舶若采用核動力行駛在海上，在當今的國際形勢下，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？處理不當的后遺癥和所需的費用也需要仔細思考。

2011年日本地震所引發的核泄漏，讓很多人又想起切爾諾貝利核電站的事故。因此，核能應用在商用船舶上，仍然有一段艱難的路需要走，包括技術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注，但目前應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省燃料近10%，減少了對環境的污染。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”幾乎全部采用輕質高強度碳纖維復合材料制成，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成，目前正在進行環球航行。

2.3 經濟航速

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

在燃油價格攀升，貿易量減少以及海員工資待遇提升等一系列問題出現的時候，航運企業成本加大，這時最適宜采用經濟航速，不僅減少航運企業的損失，而且也為節能減排做出貢獻。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濟航速，節能效果明顯[5]。但是為了保證柴油機的正常運轉，不宜偏離設計航速太多，比較理想的結合點應為航速降低10%左右。

3 關于節能減排方法的認識

海運船舶節能減排的方式有很多，各有其優勢與不足。在目前的情況下，根據現有的設備，航運界可以采用經濟航速。從成本的角度上，造船業可以改進現有的船舶設備，以達到節能減排并且節省資金投入的目的。若從長遠看，采用新能源才是更有效的、更值得關注的節能減排方式。正如上文所述，一些新能源不僅減排，而且幾乎是零排放，一則保護了環境。二來隨著地球的能源缺口越來越大，造船業有義務尋找新的能源替代品，這會促進造船業和航運界的可持續發展，也為人類其他行業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，比如風能在獲取方面的不穩定性、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能減排方式。

4 結束語

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

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

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

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

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

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