绿色船舶生态矩阵

本刊记者 张向辉

节能减排无止境，技术创新不停歇，相信未来绿色船舶的发展“没有最绿，只有更绿”。

如今，“绿色船舶”已经成为一个曝光率极高的词汇，绿色船舶技术更是风靡全球。在倡导低碳经济和航运市场低迷的今天，绿色船舶已成为船舶工业迫切转变经济发展方式的“助推器”，船舶工业正在经历由传统船舶技术向绿色船舶技术和环保节能技术的悄然升级。那么，发展至今绿色船舶到底有多“绿”？未来，绿色船舶又将驶向何方？

“绿色”轨迹

“绿色”概念是从船舶的设计建造开始，贯穿其营运乃至船舶被拆解的整个生命周期，而国际海事法规、公约和规则的制定和升级构成了“绿色”概念标准体系的底线,也引导着绿色船舶的演变轨迹。

20世纪中期，海洋环境保护成为世界范围内日益关注的问题。随着国际航运的日益繁荣，船舶对于海洋污染的影响所占比重也越来越大。船舶海难事故所造成海洋污染已经达到了难以忍受的程度，国际海事组织相继出台了一系列提高船舶强度和安全性能的法规，IMO相应制订了《国际海上人命安全公约》（SOLAS公约）、《国际载重线公约》（ICLL）、《国际散装运输化学品船舶规则》（IBC）和《国际散装运输液化气体船舶规则》（IGC）等与保障船舶海上安全有关的公约和规则。此时，法规、公约和规则中的“绿色”理念主要以船舶安全为主。

20世纪70年代开始，“绿色”理念逐步转向到以“海上安全和海洋环境防止污染”为主，除SOLAS公约和ICLL外，制订了《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）。这些公约、规则成为国际航行船舶设计、建造和营运必须遵循的强制性要求。

1968年，是全球有史以来最热的一年，全球气候变暖为人类敲响了警钟。气候变化和环境问题成为了全球关注的焦点。2009年12月，在哥本哈根召开了举世瞩目的联合国气候大会。航运业承担着全球90%的货物运输，每年航运业的排放约为10亿吨的二氧化碳，占全球总排量的3%左右。如果不采取任何措施，到2050年，其二氧化碳的排放量将达到全球总量的20%。虽然此次会议没有明确提出航运业的排放问题，但哥本哈根会议已经推动了欧盟出台区域性CO2减排法规的进程。专家指出，《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》所确定的目标和框架已成为成员国共同遵守的行动准则。有效控制全球气候变暖，节能减排已经成为世界各国关注的焦点，在这种背景下，世界航运业的节能减排无疑也是大势所趋。

从目前情况来看，国际海事对船舶对海洋环境污染的控制不仅仅局限在传统的油类、操作废弃物，而且扩展到压载水的排放、气体排放物的控制、石棉制品的使用限制以及船舶退役后船体和组件都能拆解利用等。在欧洲和美洲还设定了针对SOX排放限制区域（ECA），对船舶的减排提出了更高的要求，这些要求进一步催生了船舶“绿色化”升级换代。

当前，船舶绿色理念进入到一个更高的层次，目标型新造船标准、船舶涂层性能标准、压载水管理公约、香港公约也已经向世人走来。IMO在不断完善控制船舶污染公约和标准的同时，近年来将工作重心转移到了节能减排、提高船舶能效方面，如：新船能效设计指数（EEDI）、船舶能效管理计划（SEEMP）、能效营运指数（EEOI）等。

全国政协委员、江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一认为，公约、规范和标准的发展过程，体现了从安全标准向绿色标准转变的历程，从切合国际社会对环境保护的需求出发，陆续完善以实现安全、环保、节能等方面要求为目标，构成了未来船型升级发展的“绿色”底线。在未来随着公约、规范和标准的进一步更新和完善，绿色船舶的标准体系也在不断升级。

“绿色”成熟度

在“绿色浪潮”下，国际海事公约规范不断发生变化，从而引发航运、造船、生态的重大改变。特别是在后金融危机时代，航运业再次陷入低谷之际，绿色船舶是航运和造船业船型结构升级换代的重要方向和产品结构调整的切入点。满足最新公约规范要求的绿色船型、绿色技术成为船企争夺市场份额的重要砝码。同时，需要注意的是，满足公约、规范和标准只是绿色船舶标准的“底线”，在此基础上，绿色船舶还应具备更加丰富的内涵。胡可一认为：“绿色船舶的设计需要满足必要的环保规则规范；在船舶设计建造中应用了最新、成熟的绿色技术；在船舶的生命周期过程中，达到安全、环境友好、能效最优和职业健康的目的并在船舶退役后船体和组件都能拆解利用达到对环境的影响最小化；绿色船舶的建造成本应该是船东可以接受的。概括成一个简单的等式就是，绿色船舶=成熟的技术+必须满足的法规+可接受的成本”。

随着相应的环境保护、新能源、新材料和节能减排技术不断涌现及应用，这些技术直接影响到绿色船型、绿色技术的发展。同时，其成熟程度和可行性将被应用在未来船型的研发之中。发展至今，绿色船舶技术到底“绿”到了什么程度？

船体线型优化技术，可推动船型升级换代，提高EEDI指标。如能在设计阶段合理选择相对较低的航速，减排效果较显著。以某型集装箱船为例，假如航速从24.5节降至22.5节，日燃油消耗可降低23%。对于定长航线，日燃油消耗可降低17%。目前，线型优化已经到了极致，进一步优化难度大、周期长。设计阶段降速取决于船东的接受程度，通常船东更愿意在营运过程中自愿降速。但船舶降速会增加航线上所需船舶的数量。该技术初期成本投资低，成熟度高。

船舶推进器及舵系统优化，其优点是可推动设备升级换代，投资适中，但缺点是难度大、时间长且受船型限制。

主机燃油消耗的不断优化并针对部分负荷和低负荷优化，能降低燃油消耗，减排效果明显，柴油机自身可实现减排，适用范围有一定限制，设计改进可能带来总成本的增加，该技术成熟度高，投资中等。

超长冲程低速柴油机的应用，技术成熟，推进主机升级换代，船东/船厂均易接受（油耗更低、转速更低、螺旋桨直径更大、效率更高）对吃水受限制的船舶效果不明显，排放标准没有根本性的改变。初期投资中等，成熟度高。

主机废热回收系统，有废气动力透平和/或蒸汽透平“发电”或“发电+PTI动力输入”等不同配置，节能减排效果显著，深受船东青睐。但初期投资很高，系统复杂，设计布置困难，系统维护工作量也较大，实际使用效果并非理想，成熟度中等。

船体外置式节能装置如：导流鳍、导管、舵球和艉部附体等可提高静水状态下的航速表现。船体空气润滑装置虽然可降低船体表面的摩擦阻力,但由于试验尺度效应的影响节能装置的实际效果不如预想，且在波浪中和多吃水状态下表现不一,实用性还有待验证。

船舶停港时采用岸电，可有效降低燃油锅炉的油耗，有一定节能减排效果，但需要增加设备和配电板布置，初期投资中等，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，排放减少，可满足ECA区域的排放标准。系统管路布置复杂，增加燃油冷却器，运营成本增加。该技术成熟度高，投资中等。

在清洁能源使用上，采用LNG双燃料动力装置，可大幅度减少排放特别SOX的排放，可满足ECA区域的排放标准，并可降低燃料成本。目前，二冲程机型成熟度低，初期投资高。

核动力是一种成熟清洁能源且营运成本低，但初期投资大、公众压力、政治因素、燃料和系统的后处理等会严重制约核动力的普及。

船体结构采用轻质、复合材料，能够减轻空船重量，提高船舶的装载效率，耐腐蚀性能改善。但材料成本投资高，不适用于大型船舶。

新型防海生物低水摩擦涂料对船舶进坞间隔内的综合表现好，设计制造影响相对小。在新船状态下效果不明显，整体表现取决于新型涂料产品的性能效果。这项技术成熟度中等，成本处于中高水平。

无压载水/最少压载水船舶，比传统设计的船舶要宽，倾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证螺旋桨浸深和减少拍击，无需配置压载水处理装置有利于节能。船舶的造价可能会增加，水动力性能可能会变差，倾斜船底不利于坐墩。该技术投资中等，成熟度中等。

最大限度减少临时或永久性压载水（汽车运输船和集装箱船）不仅可降低推进功率减少排放，同时可减少处理压载水所需的能耗；汽车运输船（PCTC）增加船宽即可减少永久压载水并达到同样的稳性，同时可减少推进功率；集装箱船增加船宽即可在满载状态下不需要压载水，但增加船宽意味着增加船舶的造价和航行阻力。该技术投资低，成熟度高。

船舶最佳纵倾节能已经在业界得到了广泛认同，并已经纳入到IMO船舶节能减排推荐技术手段。最佳纵倾以其节能效果明显、安全可靠、投资成本低、简单易行，不降低船舶运输能力、不降低航速、不影响船舶其他性能等优势在航运界已经开始推广应用。

另外，还有些比较先进的技术，不仅可以用在传统船型，同时也推动了一些新船型的诞生。比如，采用LNG作为燃料的非LNG运输船、宽体集装箱船、无压载水/最少压载水船舶等。

未来“绿色”趋势

向“低碳”经济转型的全球化“绿色浪潮”对未来航运、造船市场将带来深远的影响，积极应对、充分准备、及早行动是企业尽快适应并抢占未来“环保、低碳”航运市场的重大机遇。绿色船舶未来重点发展领域包括，清洁能源的利用，零污染、零排放目标的实现，最优化船型的开发和绿色材料等方面。

对船舶推动系统的改进，是绿色船舶设计最核心的内容。使用可再生的清洁能源作为推动系统能源的来源是改进推动系统的主要发展方向。如何更好地充分利用燃料电池、太阳能、风能等零污染或可再生能源，为船上所有设施提供能量，是业界未来需要不断攻克的课题。对此，世界上一些公司已经开始了探索，并受到了业界广泛关注。比如，2009年国际工程船展上，低排放、高效率设计的发动机成为诸多新闻报道的话题，获得“环境创新奖”第一名的是Alcatraz Cruises LLC公司旗下的Hornblower Hybrid船，它采用太阳能、风能和符合Tier II标准的柴油发电机综合系统。获得第二名的是Carolyn Dorothy船，由Foss Maritime公司建造，也采用柴油发电机驱动电动马达获得混合动力。2010年，一个全尺寸的燃料电池成功地安装到了一艘在北海运营的海洋工程供应船“Viking Lady”号上，这是全球第一艘通过燃料电池技术进行船上发电试验的营运船舶。这项名为FellowSHIP的研究项目预示着未来在船舶动力系统的环保革新。

通过采用可再生能源、无压载水船型，真正实现船舶航行零污染、零排放物的目标，也是未来船舶技术研究的方向。由于采用可再生能源，能量产生过程中伴随的副产品只有纯净水蒸气和热；同时，由于采用燃料电池推进，既消除了船舶噪音又提高了船舶航行的灵活性；此外，通过改变船型结构，如采用多体船结构等，可以使船舶在航行中完全摆脱压载水带来的污染问题的困扰。

LNG燃料船将有望成为“亮点”。多年来，欧洲船东、咨询公司、船厂以及相关权威人士一直关注于LNG燃料船相关技术的研发，不断地将LNG燃料应用到除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区服务。据使用这些船舶的船东介绍，这些船舶的氮氧化物的排放量减少了89%，即每艘船每年减少了159吨的排放物，每年可为船东节省100万美元。此外，二氧化碳的排放物减少了20%，即每艘船每年减少2157吨的排放物。氧化硫排放量则减少了100%。据悉，使用LNG能源可以使船舶的燃料燃烧效率增加30%。另外，Eidesvik近海公司与Vik Sandvik 设计公司联手开发出了LNG燃料平台供应船。Eidesvik表示，与普通船用柴油船相比，使用LNG燃料平台供应船可以使氮氧化物的排放降低84%，二氧化碳排放降低20%。由此可见，LNG燃料船已成为绿色船舶发展的一个方向。

由于太阳能、风能、波浪能等可再生资源的使用，以及推进系统的改进，需要开发出与之配套的船型，从而最大程度地实现零污染、零排放物的目标。具有优化船型的船舶可以更高效的航行，从而降低燃料的消耗。在船型设计方面， 即使是很小的优化也将会对船舶能效带来很大的改善。

材料的绿色特性对船舶的绿色性能具有重要的影响，所以新材料也是绿色船舶技术的一个发展方向。那些便于回收、生产过程简便、易于加工，产生的废料不污染环境的材料；无毒无害，避免生产过程对人体健康造成危害和对环境造成污染的材料；可再生的材料；工艺性能优良的材料等，将会被业界越来越关注。

虽然上述绿色船舶的大规模推广应用还面临着建造成本和营运成本问题，但随着公约、法规和标准的不断完善和升级，绿色船舶技术也将不断发展和成熟。节能减排无止境，技术创新不停歇，相信未来绿色船舶的发展 “没有最绿，只有更绿”。

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”.