船舶節能減排技術現狀與發展

徐巖

摘 要：本文闡述了航運業對全球氣候變化的影響，分析了船舶節能減排技術的現狀。通過搜集資料，數據對比，圖片與實例說明等方法，對船舶節能減排技術的發展進行了探討，得到了包括給新舊船舶安裝榖帽鰭的技術方案和開發應用綠色能源等為主要發展方向的節能減排技術。

關鍵詞：船舶;節能減排;現狀;發展

中圖分類號：U692.5? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0135-02

1 引言

從BDI指數來看，目前世界航運業景氣度相對前兩年有所回升，但仍處于歷史低位。在這種趨勢下，優化船隊結構，淘汰老舊船舶，改進現有船舶動力裝置，訂購低能耗、高效率船舶，以滿足降低運營成本需求，已成為當今航運界的發展趨勢。然而，隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，應對全球氣候變化，減少溫室氣體排放，是國際社會共同的責任和義務，走低碳發展之路正成為人們的共識。據IPCC（政府間氣候變化專門委員會）的排放情況統計，全球每年排放的氮氧化物氣體中30%來自海上船舶。因此業內專家大聲疾呼：船舶運輸對水體和大氣的污染日益嚴重，低碳航運、綠色發展已經刻不容緩！

為了降低船舶運營成本和應對全球溫室效應，本文基于這一目標，列舉實例，闡述船舶節能減排技術的現狀及發展方向。

2 船舶節能減排技術現狀

從20世紀90年代發生石油危機以來，油價飛漲，航運企業的經營成本劇增，造成船舶營運成本的構成因素發生顯著的變化，燃料費所占的比重急劇增大，現已超過50%。與此同時，隨著船舶運輸對水體和大氣的污染日益嚴重，減少水上運輸的碳排放已經刻不容緩。

因此，船舶節能，降低燃料消耗量和燃油費用、提高裝置經濟性已成為一個重要課題，使得船舶節能減排工作備受重視。當前，無論是在航運領域、港口行業，還是在造船行業，“綠色”都已經形成一種新的競爭力。

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社、西日本流體技研和Mikado螺旋槳株式會社聯合開發的一種節能裝置。榖帽鰭是由在普通螺旋槳后榖帽上適當位置處以某一角度安裝的幾個小葉片構成，小葉片的數與槳葉數相同如圖1所示。這種鰭可以使螺旋槳處出來的榖渦減弱，消除榖渦所引起的誘導阻力，對螺旋槳有整流作用，使螺旋槳效率提高3%～7%。同時使榖渦空泡現象減弱，從而還有利于減少螺旋槳的噪聲。由于榖帽鰭構造簡單、安裝方便、造價較低的特點且無論是新船還是舊船上安裝（特別是對于螺旋槳螺距比較大、榖渦比較大的船舶），都可以收到預期效果。

圖2以57000DWT散貨船為例說明在榖帽鰭在船舶節能減排技術中的運用。在已營運的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%。假設船舶每天消耗30噸燃油的話，那么每天就可以節省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個月就可以收回且每年可節省約200000美元的燃油費用。

2.2 綠色能源的利用

船舶是典型的耗能大戶，在2000t以上的民用運輸船舶中，柴油機動力裝置就占總艘數的98%以上。自2003年以來，國際原油價格一路走高，走節能降耗之路成為各船舶公司面臨的嚴峻課題。隨著石油消耗日漸枯竭，如何實現航運業的可持續發展成為迫在眉睫的事情。

我國現有船舶主要以柴油為動力，燃料消耗高，廢氣排量大，既增加運輸成本，又污染環境。

目前，綠色能源在船舶領域的應用范圍而言，主要有LNG動力，純電力推進/港口岸電和風帆輔助推進等形式。

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現行的以及可見的未來所有相關方面的法規所提出的環保要求。雖然未來幾年時間，航運業選擇低硫燃料油與廢氣洗滌塔的會較多，但采用LNG動力則是遠期趨勢。值得關注的是，隨著LNG動力技術在大型船舶上的應用日趨成熟和LNG加注站點在港口的布局建設，推廣LNG動力船舶對于船舶節能減排技術的發展將有重要的意義。目前，中國船廠在建LNG動力船舶的建造情況來看，LNG船型包括內河散貨船，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，LNG動力船舶朝著船型多元化，船舶大型化，航線全球化發展。圖3為廈船重工建造的全球最大的LNG動力汽車滾裝船“Siem Confucius”號。

電力推進是指以電力為動力的推進方式，船舶依靠電能來驅動艦船運動的推進方式，應用至今已有160余年的歷史。早期技術條件下的電力推進裝置由于增多了能量轉換環節，帶來了設備昂貴、傳動效率低、維護保養工作量大等一系列缺點，故船舶電力推進應用在很長一段時間里并沒有得到廣泛應用。隨著“限硫令”實施和鋰電池技術與岸電設施的發展，電能作為清潔能源，現已成為船舶動力行業的熱點之一。電動船舶具有噪音小，碳、硫等廢氣污染物及PM2.5顆粒實現零排放等優點。但純電動船舶的續航能力較差、充電時間較長，且改造成本較高，比較適用于區域性游覽船、輪渡、公務船和航程短噸位較小的貨船。目前，國內首艘大型全電動旅游船——“君旅號”是國內純電動船發展的代表，其運行噪音僅50分貝左右，6小時充滿電可續航8小時。而現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。根據浙江省港航管理中心最近一份報告顯示，“2019年浙江全省岸電使用量突破500萬千瓦時，減少船舶二氧化碳排放3500多噸。” 可見船舶岸電的使用有力地促進了節能減排。而我國新修訂出臺的船舶法定檢驗技術規則對船岸電設施安裝提出了要求，《船舶靠港使用岸電管理辦法》明確新建和已建中國籍船舶岸電設施安裝應當符合船舶法定檢驗技術規則，這為促進我國船舶岸電的使用提供了技術法規支撐。

人類利用風力推動船舶航行已有5000多年歷史。自近代以來，隨著使用內燃機、蒸汽輪機和燃氣輪機的艦船相繼問世，帆船這一古老的船舶類型逐漸趨于衰退。如今，常規的船舶設計技術手段的節能潛力正在逐步減小。為此，人們在尋找新的方法提高船舶能效設計指數時，自然會將目光轉向風能這一綠色能源的利用。目前，船舶風帆結構形式主要有旋筒風帆和翼型風帆，因其高效的輔助推進效率，逐步成為利用風能提高船舶能效的首選。根據全球知名的風力輔助系統開發商Norsepower報道，2014年，該公司將生產的旋筒風帆應用于芬蘭船東Bore公司旗下的一艘9700載重噸級的滾裝船“M/S Estraden”輪上，該輪安裝的兩個較小的旋筒風帆被證實可以減少大約6.1%的燃料油消耗，相當于每年可節約400噸燃料油。若以當前（2019年2月份）鹿特丹港輕柴油（MGO）價格計算的話，每年可減少約213200美元的燃料油成本。而且這一數字相當權威，已由著名的海事數據分析機構和服務提供商NAPA進行了測算和獨立驗證。可喜的是，2018年由我國大連船舶重工集團建造的全球首艘安裝風帆裝置的30.8萬噸超大型原油船（VLCC ）80號船“凱力”輪成功交付，標志著我國在掌握了翼型風帆研發、設計、制造與應用關鍵技術上取得重大突破，且“凱力”輪首航至今初步統計每天減少3%左右的油耗。圖2-4為大船重工建造的全球首艘安裝風帆輔助推進裝置的VLCC。

3 結論

本文通過對船舶節能減排技術的現狀與發展角度分析，為船舶的螺旋槳加裝榖帽鰭和推廣使用LNG動力船舶，純電動船/港口岸電以及船舶風帆助推技術等節能減排技術措施，為實現船舶節能減排，降低船舶營運成本與綠色航運可持續發展提供了有益參考。

參考文獻：

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