內河船舶碳排放優化方案

孫剛

摘 要：在環保意識逐漸增強的今天，國家大力實施節能減排措施，以適應不斷增強的環保要求。隨著經濟的增長，船舶越來越多，船舶的碳排放問題也逐漸引起重視。本文就船舶碳排放的計算，及船舶減少碳排放的措施進行探討。

關鍵詞：碳排放 燃油 船舶 減排

據統計，2013年中國超過美國成為世界第一大貨物貿易國，同時也向大氣中排放了100億噸二氧化碳，占全球總排放量近1/3，人均碳排量超過歐盟。在被許多國家詬病的同時，中國政府也在為減少碳排放不懈的努力。中國船級社發布的《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》中船舶能效的評估，即是以碳排放量作為批判船舶能效等級的依據?？梢灶A測未來以碳排放為指標的船舶碳排放政策將會出臺。如何減少碳排放，提高燃油利用率，正成為航運企業關注的焦點。

內河船舶柴油機燃油供給系統

內河船舶的主機供油系統大致可以分為三種方式。第一種方式是通過設置在燃油單元上的三通轉換閥將輕重柴油輸送到主機中，與大部分海船的供油模式相同。第二種方式是輕柴油不經過燃油單元，直接進入主機的進油總管，只有重柴油經過燃油單元再進入主機系統。第三種方式是船舶僅使用輕柴油，供油系統比較簡單，是通過高置油箱，利用重力作用將燃油送入噴油泵。內河船舶中使用第三種方式的最多，因為內河船舶噸位普遍較小，其耗電量和蒸汽消耗量都很少，沒有設置鍋爐或加熱系統，增設鍋爐及加熱系統不僅增加了設備管理負擔而且增加了成本。

碳排放的計算

現代船舶的主柴油機及發電用柴油機所用燃料主要為柴油。為節省開支，船運企業通常使用重柴油作為主機的主要燃料，由于黏度大，在冬天或較寒冷的條件下，會使用鍋爐等產生的蒸汽使重油產生足夠的流動性。發電機一般使用輕柴油作為燃料。隨著技術的進步及環保意識的增強，現在已有船舶使用LNG與柴油混合燃料的動力設備，但船舶上應用較少，以后可能會越來越多。不管是重柴油或是輕柴油，它們的含碳量都是固定的，與氧氣燃燒產生二氧化碳。其產生的二氧化碳量與其消耗的燃料量成正比關系。所以，要計算碳排放量，只要通過燃油消耗量乘以一個比例系數即可得出，這個比例系數被稱作二氧化碳排放因子。當然，存在燃油與氧氣的不充分燃燒情況，我們暫且不考慮此因素。因此，認為燃料燃燒與燃燒過程無關，僅與燃料中碳的含量有關。根據上述定義，二氧化碳的排放因子可以通過下式表述：

二氧化碳排放因子=燃料含碳量×氧化率×44/12 （1）

其中燃料碳含量=燃料平均碳含量/燃料的平均發熱量。下表為常見燃料碳含量的缺省值。

表1 常見燃料碳含量的缺省值

燃料類型 潛在排碳系數 氧化率 二氧化碳排放因子

汽油 18.9 98 18.5

柴油 20.2 98 19.8

燃料油 21 98 20.6

計算燃料氧化后轉化為二氧化碳的方法有很多種，下面僅介紹一種有代表性的。該計算公式根據上述說明的，基于燃料的消耗量和二氧化碳的排放因子得出：

二氧化碳排放量=∑（燃料消耗量×二氧化碳排放因子） （2）

其中燃料消耗量中的燃料可以是柴油、汽油或其它燃料（如液化石油氣）；二氧化碳排放因子與燃料含碳量和氧化率有關。

由（1）、（2）兩式綜合可以得出燃料燃燒時碳排放量的計算公式：

二氧化碳排放量=（44×燃油消耗量×燃油含碳量×碳的氧化率）/12

目前船舶上大多使用柴油，即重柴油或是輕柴油，下面只論述柴油的二氧化碳排放量。燃油的含碳量近似認為與市場所售的燃油種類有關。由于船舶到港或駛離碼頭等情況時，柴油機會變負荷，加上柴油機的老化和燃油黏度的變化，都會使柴油機的噴油泵霧化效果變差，反應到公式中即是碳的氧化率變化。在理論計算中，一般認為燃油中的碳全部轉化為二氧化碳，即碳的氧化率取1。所以，理論計算得出二氧化碳排放量的值通常都會比實際測得的值稍大，此類理論計算與實際測得值相比稍大的結果在相關資料中也可以看出。

內河船舶減排優化方案

1、影響碳排放的因素

通過上述討論，船舶的碳排放只與燃油的消耗量有關。出于節約成本和環保的考慮，內河船舶要減少二氧化碳的排放，就要減少船舶的油耗。內河船舶油耗增加的因素主要有：

1.1淺水效應

當船舶在淺水區時，船體受到阻力增加，使船舶能耗增加，在同樣航速下比在深水航道要燃燒更多的燃料。設船舶在直流航道深水區受到的阻力為R，船舶在淺水航道受的阻力為RS，則有如下關系：RS=KS·R 。其中KS為船舶阻力換算系數，其表達式為：

式中h為航道水深；T為船舶吃水；V為船舶實際航速。

1.2狹窄航道

船舶行駛在狹窄航道中時，船舶的兩弦距岸距離變短，船體與水流之間的摩擦隨之增加。另外狹窄航道容易產生擁水現象，進而增加船舶的額外阻力。設船舶在深水航道中受到阻力為R，相同航速下狹窄水道船舶受到的阻力為：RN=KN·R，式中RN為狹窄航道阻力，KN為阻力換算系數。KN表達式為：

式中為船舶方形系數；n為航道過水斷面系數（航道過水斷面與船舶橫向中剖面入水面積之比）。

1.3彎曲航道

當船舶駛過彎曲的航道時，如果偏至航道一側會產生岸推、岸吸現象，船舶會受到額外的阻力。該附加阻力的大小與船舶在航道中的位置和速度有關，公式為：Rb=Kb·R

式中Rb為船舶在彎曲的航道中受到的阻力；Kb為阻力換算系數（Kb>1，Kb與彎道半徑和V2有關）；R為船舶在深水航道中受到的阻力。

2、碳排放的減排措施

通過上述，得知船舶二氧化碳的排放不僅與柴油機的燃燒效率、選用的燃料有關，還與船舶的使用有關，如船舶在狹窄水道、淺水效應、彎道引起船舶阻力增加均會增加船舶的油耗，進而增加二氧化碳的排放。

彎曲航道引起的阻力增加，不僅與船速有關，還與彎道半徑有關。船舶在駛過彎道時，除了降低速度外，還應采取以下措施降低阻力：

2.1順流過彎

船舶順流通過彎曲航道時，應使船舶保持在航道的中線位置上，根據彎道的彎勢及水流速度，以較低的航速和較小的舵角平緩轉向，盡量保持船舶跡線與水流方向一致。

2.2頂流過彎

在船舶頂流過彎道的時候，船舶應靠近凹岸一側航行，根據水流速度的大小，調整合適的舵角，順著凹岸側轉彎的彎勢連續平滑轉向，盡可能的讓船首尾的連線與水流方向一致。

總結

國際海事組織海洋環境保護委員會第六十三次會議，對如何引入市場減排機制治理全球海運碳排放作為會議的重要議題之一，以確定碳減排量或者碳稅價格等。這些關于碳排放的話題都將是現在及以后重點研究的內容?？梢灶A計在不久的將來，關于內河船舶的碳排放強制政策將出臺。航運企業將面臨來自船舶碳排放指標的限制要求。對于不滿足碳排放指標的船舶，將會出臺政策對其營運及交易進行限制。海事部門將會強制對這些不滿足要求的船舶重點關注，并依據政策法規采取相應措施。

（作者單位：江西省廬山區地方海事處）endprint

摘 要：在環保意識逐漸增強的今天，國家大力實施節能減排措施，以適應不斷增強的環保要求。隨著經濟的增長，船舶越來越多，船舶的碳排放問題也逐漸引起重視。本文就船舶碳排放的計算，及船舶減少碳排放的措施進行探討。

關鍵詞：碳排放 燃油 船舶 減排

據統計，2013年中國超過美國成為世界第一大貨物貿易國，同時也向大氣中排放了100億噸二氧化碳，占全球總排放量近1/3，人均碳排量超過歐盟。在被許多國家詬病的同時，中國政府也在為減少碳排放不懈的努力。中國船級社發布的《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》中船舶能效的評估，即是以碳排放量作為批判船舶能效等級的依據?？梢灶A測未來以碳排放為指標的船舶碳排放政策將會出臺。如何減少碳排放，提高燃油利用率，正成為航運企業關注的焦點。

內河船舶柴油機燃油供給系統

內河船舶的主機供油系統大致可以分為三種方式。第一種方式是通過設置在燃油單元上的三通轉換閥將輕重柴油輸送到主機中，與大部分海船的供油模式相同。第二種方式是輕柴油不經過燃油單元，直接進入主機的進油總管，只有重柴油經過燃油單元再進入主機系統。第三種方式是船舶僅使用輕柴油，供油系統比較簡單，是通過高置油箱，利用重力作用將燃油送入噴油泵。內河船舶中使用第三種方式的最多，因為內河船舶噸位普遍較小，其耗電量和蒸汽消耗量都很少，沒有設置鍋爐或加熱系統，增設鍋爐及加熱系統不僅增加了設備管理負擔而且增加了成本。

碳排放的計算

現代船舶的主柴油機及發電用柴油機所用燃料主要為柴油。為節省開支，船運企業通常使用重柴油作為主機的主要燃料，由于黏度大，在冬天或較寒冷的條件下，會使用鍋爐等產生的蒸汽使重油產生足夠的流動性。發電機一般使用輕柴油作為燃料。隨著技術的進步及環保意識的增強，現在已有船舶使用LNG與柴油混合燃料的動力設備，但船舶上應用較少，以后可能會越來越多。不管是重柴油或是輕柴油，它們的含碳量都是固定的，與氧氣燃燒產生二氧化碳。其產生的二氧化碳量與其消耗的燃料量成正比關系。所以，要計算碳排放量，只要通過燃油消耗量乘以一個比例系數即可得出，這個比例系數被稱作二氧化碳排放因子。當然，存在燃油與氧氣的不充分燃燒情況，我們暫且不考慮此因素。因此，認為燃料燃燒與燃燒過程無關，僅與燃料中碳的含量有關。根據上述定義，二氧化碳的排放因子可以通過下式表述：

二氧化碳排放因子=燃料含碳量×氧化率×44/12 （1）

其中燃料碳含量=燃料平均碳含量/燃料的平均發熱量。下表為常見燃料碳含量的缺省值。

表1 常見燃料碳含量的缺省值

燃料類型 潛在排碳系數 氧化率 二氧化碳排放因子

汽油 18.9 98 18.5

柴油 20.2 98 19.8

燃料油 21 98 20.6

計算燃料氧化后轉化為二氧化碳的方法有很多種，下面僅介紹一種有代表性的。該計算公式根據上述說明的，基于燃料的消耗量和二氧化碳的排放因子得出：

二氧化碳排放量=∑（燃料消耗量×二氧化碳排放因子） （2）

其中燃料消耗量中的燃料可以是柴油、汽油或其它燃料（如液化石油氣）；二氧化碳排放因子與燃料含碳量和氧化率有關。

由（1）、（2）兩式綜合可以得出燃料燃燒時碳排放量的計算公式：

二氧化碳排放量=（44×燃油消耗量×燃油含碳量×碳的氧化率）/12

目前船舶上大多使用柴油，即重柴油或是輕柴油，下面只論述柴油的二氧化碳排放量。燃油的含碳量近似認為與市場所售的燃油種類有關。由于船舶到港或駛離碼頭等情況時，柴油機會變負荷，加上柴油機的老化和燃油黏度的變化，都會使柴油機的噴油泵霧化效果變差，反應到公式中即是碳的氧化率變化。在理論計算中，一般認為燃油中的碳全部轉化為二氧化碳，即碳的氧化率取1。所以，理論計算得出二氧化碳排放量的值通常都會比實際測得的值稍大，此類理論計算與實際測得值相比稍大的結果在相關資料中也可以看出。

內河船舶減排優化方案

1、影響碳排放的因素

通過上述討論，船舶的碳排放只與燃油的消耗量有關。出于節約成本和環保的考慮，內河船舶要減少二氧化碳的排放，就要減少船舶的油耗。內河船舶油耗增加的因素主要有：

1.1淺水效應

當船舶在淺水區時，船體受到阻力增加，使船舶能耗增加，在同樣航速下比在深水航道要燃燒更多的燃料。設船舶在直流航道深水區受到的阻力為R，船舶在淺水航道受的阻力為RS，則有如下關系：RS=KS·R 。其中KS為船舶阻力換算系數，其表達式為：

式中h為航道水深；T為船舶吃水；V為船舶實際航速。

1.2狹窄航道

船舶行駛在狹窄航道中時，船舶的兩弦距岸距離變短，船體與水流之間的摩擦隨之增加。另外狹窄航道容易產生擁水現象，進而增加船舶的額外阻力。設船舶在深水航道中受到阻力為R，相同航速下狹窄水道船舶受到的阻力為：RN=KN·R，式中RN為狹窄航道阻力，KN為阻力換算系數。KN表達式為：

式中為船舶方形系數；n為航道過水斷面系數（航道過水斷面與船舶橫向中剖面入水面積之比）。

1.3彎曲航道

當船舶駛過彎曲的航道時，如果偏至航道一側會產生岸推、岸吸現象，船舶會受到額外的阻力。該附加阻力的大小與船舶在航道中的位置和速度有關，公式為：Rb=Kb·R

式中Rb為船舶在彎曲的航道中受到的阻力；Kb為阻力換算系數（Kb>1，Kb與彎道半徑和V2有關）；R為船舶在深水航道中受到的阻力。

2、碳排放的減排措施

通過上述，得知船舶二氧化碳的排放不僅與柴油機的燃燒效率、選用的燃料有關，還與船舶的使用有關，如船舶在狹窄水道、淺水效應、彎道引起船舶阻力增加均會增加船舶的油耗，進而增加二氧化碳的排放。

彎曲航道引起的阻力增加，不僅與船速有關，還與彎道半徑有關。船舶在駛過彎道時，除了降低速度外，還應采取以下措施降低阻力：

2.1順流過彎

船舶順流通過彎曲航道時，應使船舶保持在航道的中線位置上，根據彎道的彎勢及水流速度，以較低的航速和較小的舵角平緩轉向，盡量保持船舶跡線與水流方向一致。

2.2頂流過彎

在船舶頂流過彎道的時候，船舶應靠近凹岸一側航行，根據水流速度的大小，調整合適的舵角，順著凹岸側轉彎的彎勢連續平滑轉向，盡可能的讓船首尾的連線與水流方向一致。

總結

國際海事組織海洋環境保護委員會第六十三次會議，對如何引入市場減排機制治理全球海運碳排放作為會議的重要議題之一，以確定碳減排量或者碳稅價格等。這些關于碳排放的話題都將是現在及以后重點研究的內容?？梢灶A計在不久的將來，關于內河船舶的碳排放強制政策將出臺。航運企業將面臨來自船舶碳排放指標的限制要求。對于不滿足碳排放指標的船舶，將會出臺政策對其營運及交易進行限制。海事部門將會強制對這些不滿足要求的船舶重點關注，并依據政策法規采取相應措施。

（作者單位：江西省廬山區地方海事處）endprint

摘 要：在環保意識逐漸增強的今天，國家大力實施節能減排措施，以適應不斷增強的環保要求。隨著經濟的增長，船舶越來越多，船舶的碳排放問題也逐漸引起重視。本文就船舶碳排放的計算，及船舶減少碳排放的措施進行探討。

關鍵詞：碳排放 燃油 船舶 減排

據統計，2013年中國超過美國成為世界第一大貨物貿易國，同時也向大氣中排放了100億噸二氧化碳，占全球總排放量近1/3，人均碳排量超過歐盟。在被許多國家詬病的同時，中國政府也在為減少碳排放不懈的努力。中國船級社發布的《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》中船舶能效的評估，即是以碳排放量作為批判船舶能效等級的依據?？梢灶A測未來以碳排放為指標的船舶碳排放政策將會出臺。如何減少碳排放，提高燃油利用率，正成為航運企業關注的焦點。

內河船舶柴油機燃油供給系統

內河船舶的主機供油系統大致可以分為三種方式。第一種方式是通過設置在燃油單元上的三通轉換閥將輕重柴油輸送到主機中，與大部分海船的供油模式相同。第二種方式是輕柴油不經過燃油單元，直接進入主機的進油總管，只有重柴油經過燃油單元再進入主機系統。第三種方式是船舶僅使用輕柴油，供油系統比較簡單，是通過高置油箱，利用重力作用將燃油送入噴油泵。內河船舶中使用第三種方式的最多，因為內河船舶噸位普遍較小，其耗電量和蒸汽消耗量都很少，沒有設置鍋爐或加熱系統，增設鍋爐及加熱系統不僅增加了設備管理負擔而且增加了成本。

碳排放的計算

現代船舶的主柴油機及發電用柴油機所用燃料主要為柴油。為節省開支，船運企業通常使用重柴油作為主機的主要燃料，由于黏度大，在冬天或較寒冷的條件下，會使用鍋爐等產生的蒸汽使重油產生足夠的流動性。發電機一般使用輕柴油作為燃料。隨著技術的進步及環保意識的增強，現在已有船舶使用LNG與柴油混合燃料的動力設備，但船舶上應用較少，以后可能會越來越多。不管是重柴油或是輕柴油，它們的含碳量都是固定的，與氧氣燃燒產生二氧化碳。其產生的二氧化碳量與其消耗的燃料量成正比關系。所以，要計算碳排放量，只要通過燃油消耗量乘以一個比例系數即可得出，這個比例系數被稱作二氧化碳排放因子。當然，存在燃油與氧氣的不充分燃燒情況，我們暫且不考慮此因素。因此，認為燃料燃燒與燃燒過程無關，僅與燃料中碳的含量有關。根據上述定義，二氧化碳的排放因子可以通過下式表述：

二氧化碳排放因子=燃料含碳量×氧化率×44/12 （1）

其中燃料碳含量=燃料平均碳含量/燃料的平均發熱量。下表為常見燃料碳含量的缺省值。

表1 常見燃料碳含量的缺省值

燃料類型 潛在排碳系數 氧化率 二氧化碳排放因子

汽油 18.9 98 18.5

柴油 20.2 98 19.8

燃料油 21 98 20.6

計算燃料氧化后轉化為二氧化碳的方法有很多種，下面僅介紹一種有代表性的。該計算公式根據上述說明的，基于燃料的消耗量和二氧化碳的排放因子得出：

二氧化碳排放量=∑（燃料消耗量×二氧化碳排放因子） （2）

其中燃料消耗量中的燃料可以是柴油、汽油或其它燃料（如液化石油氣）；二氧化碳排放因子與燃料含碳量和氧化率有關。

由（1）、（2）兩式綜合可以得出燃料燃燒時碳排放量的計算公式：

二氧化碳排放量=（44×燃油消耗量×燃油含碳量×碳的氧化率）/12

目前船舶上大多使用柴油，即重柴油或是輕柴油，下面只論述柴油的二氧化碳排放量。燃油的含碳量近似認為與市場所售的燃油種類有關。由于船舶到港或駛離碼頭等情況時，柴油機會變負荷，加上柴油機的老化和燃油黏度的變化，都會使柴油機的噴油泵霧化效果變差，反應到公式中即是碳的氧化率變化。在理論計算中，一般認為燃油中的碳全部轉化為二氧化碳，即碳的氧化率取1。所以，理論計算得出二氧化碳排放量的值通常都會比實際測得的值稍大，此類理論計算與實際測得值相比稍大的結果在相關資料中也可以看出。

內河船舶減排優化方案

1、影響碳排放的因素

通過上述討論，船舶的碳排放只與燃油的消耗量有關。出于節約成本和環保的考慮，內河船舶要減少二氧化碳的排放，就要減少船舶的油耗。內河船舶油耗增加的因素主要有：

1.1淺水效應

當船舶在淺水區時，船體受到阻力增加，使船舶能耗增加，在同樣航速下比在深水航道要燃燒更多的燃料。設船舶在直流航道深水區受到的阻力為R，船舶在淺水航道受的阻力為RS，則有如下關系：RS=KS·R 。其中KS為船舶阻力換算系數，其表達式為：

式中h為航道水深；T為船舶吃水；V為船舶實際航速。

1.2狹窄航道

船舶行駛在狹窄航道中時，船舶的兩弦距岸距離變短，船體與水流之間的摩擦隨之增加。另外狹窄航道容易產生擁水現象，進而增加船舶的額外阻力。設船舶在深水航道中受到阻力為R，相同航速下狹窄水道船舶受到的阻力為：RN=KN·R，式中RN為狹窄航道阻力，KN為阻力換算系數。KN表達式為：

式中為船舶方形系數；n為航道過水斷面系數（航道過水斷面與船舶橫向中剖面入水面積之比）。

1.3彎曲航道

當船舶駛過彎曲的航道時，如果偏至航道一側會產生岸推、岸吸現象，船舶會受到額外的阻力。該附加阻力的大小與船舶在航道中的位置和速度有關，公式為：Rb=Kb·R

式中Rb為船舶在彎曲的航道中受到的阻力；Kb為阻力換算系數（Kb>1，Kb與彎道半徑和V2有關）；R為船舶在深水航道中受到的阻力。

2、碳排放的減排措施

通過上述，得知船舶二氧化碳的排放不僅與柴油機的燃燒效率、選用的燃料有關，還與船舶的使用有關，如船舶在狹窄水道、淺水效應、彎道引起船舶阻力增加均會增加船舶的油耗，進而增加二氧化碳的排放。

彎曲航道引起的阻力增加，不僅與船速有關，還與彎道半徑有關。船舶在駛過彎道時，除了降低速度外，還應采取以下措施降低阻力：

2.1順流過彎

船舶順流通過彎曲航道時，應使船舶保持在航道的中線位置上，根據彎道的彎勢及水流速度，以較低的航速和較小的舵角平緩轉向，盡量保持船舶跡線與水流方向一致。

2.2頂流過彎

在船舶頂流過彎道的時候，船舶應靠近凹岸一側航行，根據水流速度的大小，調整合適的舵角，順著凹岸側轉彎的彎勢連續平滑轉向，盡可能的讓船首尾的連線與水流方向一致。

總結

國際海事組織海洋環境保護委員會第六十三次會議，對如何引入市場減排機制治理全球海運碳排放作為會議的重要議題之一，以確定碳減排量或者碳稅價格等。這些關于碳排放的話題都將是現在及以后重點研究的內容。可以預計在不久的將來，關于內河船舶的碳排放強制政策將出臺。航運企業將面臨來自船舶碳排放指標的限制要求。對于不滿足碳排放指標的船舶，將會出臺政策對其營運及交易進行限制。海事部門將會強制對這些不滿足要求的船舶重點關注，并依據政策法規采取相應措施。

（作者單位：江西省廬山區地方海事處）endprint