EEDI需求下的船舶新能源應用進展及前景分析

吳劍鋒 陳建鄴

摘要：在能源危機和新能源開發的背景下 ，船舶新能源的應用問題成為學界關注的一個重點。新能源有其開發利用上的優點 ，與船舶特點相結合 ，可滿足船舶供電等需求 ，實現能源的節約利用 ，同時可有效降低污染 ，實現社會經濟的可持續發展。

關鍵詞：新能源;船舶;應用;進展

EEDI是衡量船舶能效水平的一個指標，簡單地說，EEDI公式是根據CO2排放量和貨運能力的比值來表示船舶的能效。其分母表示船舶在規定的船速下與載貨量之乘積，而分子可概括主輔機的功率與所消耗燃油之乘積，及采用新的節能技術減少燃油消耗。航運業的節能減排技術已經引起了國際社會的高度重視。針對節能減排技術領域的研究、開發和利用，各國在給予政策扶持的同時，更投入了大量的人力、物力和財力以期能著實有效地實現節能減排這一根本性的目標。隨著科學技術的不斷進步，以風能、太陽能、核能、生物質能和潮汐能等為典型代表的新能源在節能減排方面所具有的獨特優勢和所能產生的效益已經越來越顯著，其在船舶交通運輸行業的應用和推廣已呈潮涌之勢。

1、風能在船舶上的應用進展

人類社會對于風帆助航的理解和認識有著悠久的歷史，工業科技水平的不斷提升對于風帆技術的應用起到了巨大的推動作用，根據風帆的形式及其對風力利用性質的不同，衍生出了普通翼帆、特種翼帆（包括單轉子-翼帆組合體帆、轉柱帆、轉帶帆、Walker型風帆）、三角帆、天帆、Magnus效應帆（渦輪帆、轉筒帆）和仿生帆等眾多船舶風帆結構。其中以三角帆和普通翼帆技術應用水平較高，其他帆型形式在船舶上的應用多是帶有試驗性質的技術探索。

2、太陽能在船舶上的應用進展

將太陽能光伏發電應用于船舶是目前綠色船舶發展的一個重要方向。1997年，瑞士在日內瓦湖上從洛桑到圣敘爾皮斯區投入使用了兩艘太陽能驅動客運船。2007年我國沈陽泰克太陽能應用有限公司研制了“001”號太陽能旅游船，可載9人，時速約10 km左右。船體的設計可分為單浮筒、雙浮筒和三浮筒三種型號。2008年日本郵船株式會社與新日本石油公司合作耗資1.5億日元在旗下一艘船長200 m滾裝船Aurig a Leader）號上安裝了太陽能光伏系統，電池陣列328塊太陽光板組成，電能輸出功率可達40 kW，能滿足6.9%的照明需求或0.2%-0.3%的動力需求。2010年亞洲最大的全太陽能船在臺灣高雄下水并投入正式營運，搭配54 kW/h鋰蓄電池組，兩臺20 kW電動機，航速最高可達9 kn。

3、生物質能在船舶上的應用進展

2008年使用生物質能的新西蘭、環球競賽號（Earthrace）高速環保機動船完成環球航程。該船裝備兩臺康明斯?水星QSC型8.3 L、397 kW全電控船用發動機，雖然此型號柴油機可以使用B20混合生物柴油（由20%生物柴油和80%普通柴油混合而成），但是在整個航程中燃用B100 混合生物柴油（100% 生物柴油）。2010年AVIVA與香港大學合作推出香港第一艘環保船，該船采用B5混合生物柴油（5% 生物柴油、95% 超低硫柴油）作為燃料，燃燒后的污染物較一般超低硫柴油可減少10%黑煙、5%一氧化碳及10%的碳氫化物。2010年3月馬士基與英國勞氏船級社開展為期兩年的船用發動機生物柴油燃料試驗。試驗船舶為馬士基旗下Maersk Kalmar號集裝箱船。在試驗初期，燃料中將使用5%-7%的生物柴油混合，然后比例逐步增加，測試第一代生物燃料在船舶上應用的可行性。2010年4月美國海軍與美國農業部簽署一項備忘錄，合作開發生物燃料和其他可再生能源，將大規模使用生物燃料作為石油的替代能源。

4、核能在船舶上的應用進展

發展民用核動力對我國船舶行業而言是一個嶄新的課題。縱觀世界船舶發展歷史，已經有若干國家在此方面邁出了第一步，美國的“薩娃娜”號于1962年建成，在其商務部海運局的支持下進行商業運營。德國礦石運輸船“奧托漢”號于1968年月12月建成，在圍繞英國一周以及在南太平洋（赤道附近）、北極海、西太平洋（西印度群島）進行了實驗航海。日本“陸奧”號在1974年8月28日開始的功率提升試驗過程中發生了放射性泄漏事故。其后對反應堆屏蔽進行改造及安全總檢查，并改變了用途，作為核動力實驗船重新進行了功率提升試驗。1991 年在北太平洋海面上進行了4次實驗航海。俄羅斯共建成了9艘核動力破冰船，如超級號破冰船（Super Icebreaker，破冰能力在3.5 m以上）和佩貝克（Pevek）號破冰船。

5、海洋能在船舶上的應用進展

浙江大學提出了便攜式船用發電機的設計思想，從船用便攜式發電機的發電效率、海流能的利用率、葉片的受力分析及便攜性等方面進行了詳細的分析和設計，該研究為海流能利用裝置的小型化及民用化提供了理論依據。山東菏澤張慶忠等申請了一種躉船水輪機發電設備的專利，該躉船水輪機發電設備利用江河自由水的落差，把水能轉換為機械能，再把機械能轉換為發電、抽水或其他能，具有適用范圍廣、能耗小的優點。隨著這些成果的研究和進一步開發，有望在燈船、航標船、躉船及某些漁船和小型船舶上得到推廣應用。

從優化EEDI指數的要求考慮，必須加大可再生能源和清潔能源在船舶動力中的比重。新能源在船舶上的應用趨勢將主要體現在如下兩方面。

1）從船舶設計階段，就要充分考慮新能源的利用。這樣一是有利于船舶新能源的充分利用，優化EEDI指數;二是有利于降低船舶的制造或改裝成本，同時提高船舶的可靠性。

2）太陽能、風能、海洋能等清潔能源都是低密度能源，單一的清潔能源作用有限，因此，必須實現各種新能源的混合利用。

參考文獻：

[1] 王分良.EEDI時代的船舶減排[J].中國船檢.2009（8）：62-65.

[2] 盧曉平，魏光普，張文毓.太陽能動力船舶發展綜述[J].海軍工程大學學報.2008， 20（4）：63-94.

[3] 嚴新平.新能源在船舶上的應用進展及展望[J].船海工程.2010：111-115.

[4] 田永淑.新型秸稈氣化爐及凈化工藝[J].可再生能源.2013.4.

[5] 趙爭鳴.太陽能光伏發電及其應用[M].科學出版社.2015.

[6] 趙爭鳴，周德佳.太陽能光伏發電技術現狀及其發展[J].電氣應用.2015.10.

[7] 魏偉，許勝輝.風力發電及相關技術綜述[J].微電機.2015.4.

[8]朱俊生.中國新能源和可再生能源發展狀況[J].可再生能源.2012（02） .