綠色船舶生態矩陣

本刊記者 張向輝

節能減排無止境，技術創新不停歇，相信未來綠色船舶的發展“沒有最綠，只有更綠”。

如今，“綠色船舶”已經成為一個曝光率極高的詞匯，綠色船舶技術更是風靡全球。在倡導低碳經濟和航運市場低迷的今天，綠色船舶已成為船舶工業迫切轉變經濟發展方式的“助推器”，船舶工業正在經歷由傳統船舶技術向綠色船舶技術和環保節能技術的悄然升級。那么，發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”概念是從船舶的設計建造開始，貫穿其營運乃至船舶被拆解的整個生命周期，而國際海事法規、公約和規則的制定和升級構成了“綠色”概念標準體系的底線,也引導著綠色船舶的演變軌跡。

20世紀中期，海洋環境保護成為世界范圍內日益關注的問題。隨著國際航運的日益繁榮，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達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度和安全性能的法規，IMO相應制訂了《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）、《國際載重線公約》（ICLL）、《國際散裝運輸化學品船舶規則》（IBC）和《國際散裝運輸液化氣體船舶規則》（IGC）等與保障船舶海上安全有關的公約和規則。此時，法規、公約和規則中的“綠色”理念主要以船舶安全為主。

20世紀70年代開始，“綠色”理念逐步轉向到以“海上安全和海洋環境防止污染”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、規則成為國際航行船舶設計、建造和營運必須遵循的強制性要求。

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。氣候變化和環境問題成為了全球關注的焦點。2009年12月，在哥本哈根召開了舉世矚目的聯合國氣候大會。航運業承擔著全球90%的貨物運輸，每年航運業的排放約為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到全球總量的20%。雖然此次會議沒有明確提出航運業的排放問題，但哥本哈根會議已經推動了歐盟出臺區域性CO2減排法規的進程。專家指出，《聯合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》所確定的目標和框架已成為成員國共同遵守的行動準則。有效控制全球氣候變暖，節能減排已經成為世界各國關注的焦點，在這種背景下，世界航運業的節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境污染的控制不僅僅局限在傳統的油類、操作廢棄物，而且擴展到壓載水的排放、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。在歐洲和美洲還設定了針對SOX排放限制區域（ECA），對船舶的減排提出了更高的要求，這些要求進一步催生了船舶“綠色化”升級換代。

當前，船舶綠色理念進入到一個更高的層次，目標型新造船標準、船舶涂層性能標準、壓載水管理公約、香港公約也已經向世人走來。IMO在不斷完善控制船舶污染公約和標準的同時，近年來將工作重心轉移到了節能減排、提高船舶能效方面，如：新船能效設計指數（EEDI）、船舶能效管理計劃（SEEMP）、能效營運指數（EEOI）等。

全國政協委員、江南造船(集團)有限責任公司總工程師胡可一認為，公約、規范和標準的發展過程，體現了從安全標準向綠色標準轉變的歷程，從切合國際社會對環境保護的需求出發，陸續完善以實現安全、環保、節能等方面要求為目標，構成了未來船型升級發展的“綠色”底線。在未來隨著公約、規范和標準的進一步更新和完善，綠色船舶的標準體系也在不斷升級。

“綠色”成熟度

在“綠色浪潮”下，國際海事公約規范不斷發生變化，從而引發航運、造船、生態的重大改變。特別是在后金融危機時代，航運業再次陷入低谷之際，綠色船舶是航運和造船業船型結構升級換代的重要方向和產品結構調整的切入點。滿足最新公約規范要求的綠色船型、綠色技術成為船企爭奪市場份額的重要砝碼。同時，需要注意的是，滿足公約、規范和標準只是綠色船舶標準的“底線”，在此基礎上，綠色船舶還應具備更加豐富的內涵。胡可一認為：“綠色船舶的設計需要滿足必要的環保規則規范；在船舶設計建造中應用了最新、成熟的綠色技術；在船舶的生命周期過程中，達到安全、環境友好、能效最優和職業健康的目的并在船舶退役后船體和組件都能拆解利用達到對環境的影響最小化；綠色船舶的建造成本應該是船東可以接受的。概括成一個簡單的等式就是，綠色船舶=成熟的技術+必須滿足的法規+可接受的成本”。

隨著相應的環境保護、新能源、新材料和節能減排技術不斷涌現及應用，這些技術直接影響到綠色船型、綠色技術的發展。同時，其成熟程度和可行性將被應用在未來船型的研發之中。發展至今，綠色船舶技術到底“綠”到了什么程度？

船體線型優化技術，可推動船型升級換代，提高EEDI指標。如能在設計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節降至22.5節，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，線型優化已經到了極致，進一步優化難度大、周期長。設計階段降速取決于船東的接受程度，通常船東更愿意在營運過程中自愿降速。但船舶降速會增加航線上所需船舶的數量。該技術初期成本投資低，成熟度高。

船舶推進器及舵系統優化，其優點是可推動設備升級換代，投資適中，但缺點是難度大、時間長且受船型限制。

主機燃油消耗的不斷優化并針對部分負荷和低負荷優化，能降低燃油消耗，減排效果明顯，柴油機自身可實現減排，適用范圍有一定限制，設計改進可能帶來總成本的增加，該技術成熟度高，投資中等。

超長沖程低速柴油機的應用，技術成熟，推進主機升級換代，船東/船廠均易接受（油耗更低、轉速更低、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，排放標準沒有根本性的改變。初期投資中等，成熟度高。

主機廢熱回收系統，有廢氣動力透平和/或蒸汽透平“發電”或“發電+PTI動力輸入”等不同配置，節能減排效果顯著，深受船東青睞。但初期投資很高，系統復雜，設計布置困難，系統維護工作量也較大，實際使用效果并非理想，成熟度中等。

船體外置式節能裝置如：導流鰭、導管、舵球和艉部附體等可提高靜水狀態下的航速表現。船體空氣潤滑裝置雖然可降低船體表面的摩擦阻力,但由于試驗尺度效應的影響節能裝置的實際效果不如預想，且在波浪中和多吃水狀態下表現不一,實用性還有待驗證。

船舶停港時采用岸電，可有效降低燃油鍋爐的油耗，有一定節能減排效果，但需要增加設備和配電板布置，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區域的排放標準。系統管路布置復雜，增加燃油冷卻器，運營成本增加。該技術成熟度高，投資中等。

在清潔能源使用上，采用LNG雙燃料動力裝置，可大幅度減少排放特別SOX的排放，可滿足ECA區域的排放標準，并可降低燃料成本。目前，二沖程機型成熟度低，初期投資高。

核動力是一種成熟清潔能源且營運成本低，但初期投資大、公眾壓力、政治因素、燃料和系統的后處理等會嚴重制約核動力的普及。

船體結構采用輕質、復合材料，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塢間隔內的綜合表現好，設計制造影響相對小。在新船狀態下效果不明顯，整體表現取決于新型涂料產品的性能效果。這項技術成熟度中等，成本處于中高水平。

無壓載水/最少壓載水船舶，比傳統設計的船舶要寬，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能。船舶的造價可能會增加，水動力性能可能會變差，傾斜船底不利于坐墩。該技術投資中等，成熟度中等。

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

船舶最佳縱傾節能已經在業界得到了廣泛認同，并已經納入到IMO船舶節能減排推薦技術手段。最佳縱傾以其節能效果明顯、安全可靠、投資成本低、簡單易行，不降低船舶運輸能力、不降低航速、不影響船舶其他性能等優勢在航運界已經開始推廣應用。

另外，還有些比較先進的技術，不僅可以用在傳統船型，同時也推動了一些新船型的誕生。比如，采用LNG作為燃料的非LNG運輸船、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”經濟轉型的全球化“綠色浪潮”對未來航運、造船市場將帶來深遠的影響，積極應對、充分準備、及早行動是企業盡快適應并搶占未來“環保、低碳”航運市場的重大機遇。綠色船舶未來重點發展領域包括，清潔能源的利用，零污染、零排放目標的實現，最優化船型的開發和綠色材料等方面。

對船舶推動系統的改進，是綠色船舶設計最核心的內容。使用可再生的清潔能源作為推動系統能源的來源是改進推動系統的主要發展方向。如何更好地充分利用燃料電池、太陽能、風能等零污染或可再生能源，為船上所有設施提供能量，是業界未來需要不斷攻克的課題。對此，世界上一些公司已經開始了探索，并受到了業界廣泛關注。比如，2009年國際工程船展上，低排放、高效率設計的發動機成為諸多新聞報道的話題，獲得“環境創新獎”第一名的是Alcatraz Cruises LLC公司旗下的Hornblower Hybrid船，它采用太陽能、風能和符合Tier II標準的柴油發電機綜合系統。獲得第二名的是Carolyn Dorothy船，由Foss Maritime公司建造，也采用柴油發電機驅動電動馬達獲得混合動力。2010年，一個全尺寸的燃料電池成功地安裝到了一艘在北海運營的海洋工程供應船“Viking Lady”號上，這是全球第一艘通過燃料電池技術進行船上發電試驗的營運船舶。這項名為FellowSHIP的研究項目預示著未來在船舶動力系統的環保革新。

通過采用可再生能源、無壓載水船型，真正實現船舶航行零污染、零排放物的目標，也是未來船舶技術研究的方向。由于采用可再生能源，能量產生過程中伴隨的副產品只有純凈水蒸氣和熱；同時，由于采用燃料電池推進，既消除了船舶噪音又提高了船舶航行的靈活性；此外，通過改變船型結構，如采用多體船結構等，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”。多年來，歐洲船東、咨詢公司、船廠以及相關權威人士一直關注于LNG燃料船相關技術的研發，不斷地將LNG燃料應用到除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服務。據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 設計公司聯手開發出了LNG燃料平臺供應船。Eidesvik表示，與普通船用柴油船相比，使用LNG燃料平臺供應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展的一個方向。

由于太陽能、風能、波浪能等可再生資源的使用，以及推進系統的改進，需要開發出與之配套的船型，從而最大程度地實現零污染、零排放物的目標。具有優化船型的船舶可以更高效的航行，從而降低燃料的消耗。在船型設計方面， 即使是很小的優化也將會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的一個發展方向。那些便于回收、生產過程簡便、易于加工，產生的廢料不污染環境的材料；無毒無害，避免生產過程對人體健康造成危害和對環境造成污染的材料；可再生的材料；工藝性能優良的材料等，將會被業界越來越關注。

雖然上述綠色船舶的大規模推廣應用還面臨著建造成本和營運成本問題，但隨著公約、法規和標準的不斷完善和升級，綠色船舶技術也將不斷發展和成熟。節能減排無止境，技術創新不停歇，相信未來綠色船舶的發展 “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 “low 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”.