大力发展长江绿色航运助推长江经济带建设

张文芬 严新平

（1.武汉理工大学智能交通系统研究中心，湖北 武汉430070；2.国家水运安全技术研究中心，湖北 武汉430070）

1 长江航运的作用与地位

长江是货运量位居全球内河第一的黄金水道，全长6300余km，横贯我国东部、中部和西部三大经济区，也是连接丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的重要纽带。长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11省市，面积约205万km2，人口和生产总值均超过全国的40%。长江航运是流域经济社会发展的“主动脉”和综合运输体系的“主架骨”，为长江经济带建设提供强劲的支撑。

长江航运在“一带一路”“长江经济带”国家发展战略中具有重要地位，对带动沿江经济发展及产业布局具有十分重要的作用。近年来，长江航运蓬勃发展，长江航道尺度大幅提升，运力结构持续优化，长江航运已成为沿江综合运输体系的核心组成。2016年长江干线货物吞吐量达到23.1亿t，规模以上港口完成货物吞吐量22.7亿t，集装箱吞吐量1520万TEU，亿吨大港总数达14个，长江干线货船平均吨位1490t。目前，长江航运承担了沿江钢铁企业生产所需85%的铁矿石、沿江电厂所需85%的电煤和上游地区90%的外贸集装箱运输，在煤炭、金属矿石、水泥、矿建材料等大宗散货运输和集装箱运输中发挥了重要作用，是冶金、石化、汽车、电力等产业要素横向运动和资源配置的重要通道。

长江流域提供了中国36.5%的水资源，48%的可开发水电资源，52.5%的内河通航里程。长江航运对经济的拉动作用达1∶38，长江航运每年对GDP的直接贡献超过700亿元，间接贡献达1万亿元，拉动沿江省市GDP保持年均两位数增长，带动间接就业逾千万人，是长江流域经济社会发展的重要支撑。

绿色是航运的内在属性，长江航运运量大、距离长，具有占地少、能耗低、污染小的优势，创造了极大的“生态红利”。长江航运多利用天然河道，航道整治与堤防建设、滩涂围垦相结合。相关数据显示，公路、铁路、长江航运产生单位运输周转量所需占地比是167∶13∶1，公路、铁路、长江航运每千吨公里运输周转量能耗比是14∶2∶1，长江航运污染物单位排放量是公路的1/15、铁路的1/1.2，长江航运能有效缓解土地、能源和环境压力，发挥水资源的综合效益。

2 长江绿色航运发展面临的问题与挑战

近年来，长江航运的蓬勃发展导致的大气污染、水污染、噪声污染、生态污染等问题日益凸显[1]，因此，如何兼顾长江航运的生态效益与社会效益，实现“绿色航运”对发挥黄金水道功能、服务长江经济带具有重要意义。当前，长江绿色航运发展面临着巨大挑战。

2.1 船舶柴油机污染严重

长江沿岸共计有319个集中式饮用水水源地，长江水质状况直接影响着流域5亿万群众饮水安全。长江航运船舶90%以上采用柴油机作为动力，船舶柴油机动力系统在船舶营运过程中，不可避免产生油污水，如果不经过任何处理，一艘船舶每年排放的机舱油污水约为其总吨的10%，含油率一般为2%～5%。相关数据显示，长江上有约20万条船舶常年运营，每年产生的含油废水、生活污水达3.6亿t，若直接排入水中，对流域水环境构成严重威胁[2]，影响饮用水质安全，危及水下生物的生存繁衍。

近年来，雾霾在全国肆虐，航运污染成为继机动车尾气、工业企业排放之后的第三大大气污染来源。中国船舶燃油平均含硫率高达2.8%～3.5%，且多未进行有效的尾气处理，烟尘废气排放严重[3][4]。船舶噪声主要来源于船舶动力装置及其他辅助装置自身振动及吸排气，柴油机作为柴油机船舶的心脏，也是船上最强的噪声源[5]。强噪声环境容易掩盖危险信号，阻碍船员间信息交流。

2.2 船舶防污清污设施缺乏

油污水接收设施是“水上清道夫”，长江沿线港口船舶油污水接收设施存在配置不足、不合理、油污水接收作业不规范等问题。大型港口和油码头到港船舶数量多，船舶油污水接收需求量大，能满足油污水接收公司的运营需求。但部分小港，船舶油污水较少，船舶油污水接收设施作业量低，油污水接收公司难以生存。此外，尽管油污水接收设施以油污水接收船舶为主，但需要建设大的油污水处理池，占地面积大，接收管路和接收船只及处理设备需要维护与保养，使得油污水接收公司投资大，建设资金的“短板”使得港口船舶油污水接收设施不足。依据长江海事局2015年防治船舶污染基础资料数据库，长江内河船舶污染物接收设施以污染物接收船舶为主，仅122艘，且多针对本企业所属船舶提供油污水接收服务。

2.3 绿色环保船有效供给不足

我国是世界第一造船大国，但绿色船舶设计和建造在长江航运市场中推广应用不普遍。长江航运船舶还存在大量船况差、设备陈旧、技术落后的非标准船舶，目前还处在优化船舶技术装备、淘汰高能耗船舶的阶段，正式投入生产运营的新能源船舶、混合动力船舶等绿色船舶数量非常少，且集中在旅游客运船，新能源货船仍处在研发阶段。绿色船舶的原材料、加工工艺、制造要求相对传统船舶要高，生产成本价格昂贵，劣币驱逐良币问题比较普遍，且岸电、低硫油及环保船舶船只的供给，涉及经信、环保、交通、海事、船级社等诸多部门，部门之间协同不力，难以为绿色能源及环保产品打开应用市场。

2.4 航运污染监管治理水平低

受河流水体和船舶流动性影响，船舶污染监管和治理困难。据统计，长江航运污染事件中，操作性事故和人为故意排放占据四分之三以上。长江船员整体素质较低，环保意识不强，为逃避海事检查和节约运营成本，船舶非法排污的现象十分普遍。长江航运污染监管覆盖面和精细度有限，船舶排污监测中心和监管设备配置不足，相关职能部门多采取普通船舶随机抽查、重点船舶全面排查的形式。且船舶非法排污具有隐蔽性和复杂性，船舶防污监管人员专业技能水平有限，现场发现和查处船舶非法排污概率低，加之船舶污染惩罚力度小，给航运污染提供了存在的环境和土壤。

长江航运船舶自愿性减排约束力缺乏，船舶油污水处理装置和尾气处理装置使用频率低，成为应付海事部门、船舶检验部门检查的摆设，且部分老旧船舶没有安装环保设备，成为长江航运污染隐患。此外，船舶配备的清污工具和设备有限，编制的船舶污染应急处置预案针对性、有效性不够，船员操作技能不强，一旦发生船舶污染事故，自身污染应急能力普遍较差，污染事故处置和环境修复严重依赖地方海事和政府部门，航运污染防治效果不理想。

3 发展长江绿色航运的技术途径

2017年8月4日交通运输部印发的《推进长江经济带绿色航运发展的指导意见》强调，推广清洁低碳的绿色航运技术装备，持续提升船舶节能环保水平。因此，攻克绿色船舶设计与制造关键技术，包括新能源船舶技术、岸基能源船舶技术、艉轴承水润滑技术、无轴轮缘推进器技术等，培育壮大绿色水运装备，已成为长江绿色航运的主要发展方向。

3.1 新能源船舶技术

面对全球范围的能源冲击，新能源正席卷能源消费的各个领域，新能源的开发和利用是我国经济社会发展战略的重要选择，以太阳能、风能、波浪能、核能等为典型代表的新能源在船舶中应用越来越广泛，节能环保效益日益凸显[6]。

太阳能具有取之不尽、用之不竭特点，且分布遍及世界各地，不产生污染物或废弃物。光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上锁产生的电能进行调制后加以利用，太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向[7]。

液化天然气（简称LNG）储量丰富，市场价格远低于燃油价格，在相同热值输出下LNG发动机使用寿命较长，已在交通、物流、工业、化工等多个领域被广泛采用，很多国家将其列为首选燃料，大规模建设LNG接收站。LNG已经成为继石油之后全球争夺的热门能源，LNG动力船正受到越来越多的关注。与石油相比，LNG是更清洁、高效、安全的能源，无硫氧化物排放，微小颗粒、氮氧化物排均能较少70%以上，可大幅提高船舶的环保性，LNG船舶的推广和应用将促进国家清洁能源政策的落实和大气水环境优化治理。

燃料电池（Fuel Cell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，常见的燃料为氢和一些碳氢化合物（如天然气）、醇（如甲烷）等，分为质子交换膜、碱性、磷酸、熔融碳酸、固体氧化物等多种类型，工作温度从20～1000℃不等，具有清洁环保、能量转化效率高的优点。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将氢能及燃料电池技术等先进能源技术作为重点发展领域。燃料电池目前在电厂、航天、军事、汽车、船舶领域均有应用。燃料电池船是以氢、天然气、丙烷和甲醇等为燃料，将化学能直接转化为电能进行推进的船舶，燃料电池船的能效比柴油机推进船舶高出50%左右。世界第一艘经公证的燃料电池船为HYDRA，在德国莱比锡市，使用了碱性燃料电池系统，输出功率可达6.5kW。2015年日本研发了首艘燃料电池船一艘渔船，全长12.5m，可乘坐12人。船上搭载450L的氢燃料，通过燃料电池发电并转动马达，速度可达20节[8]。

3.2 岸基能源船舶驱动技术

船舶岸基能源驱动技术是将船舶传统推进形式改为电力推进，由岸基统一为船舶提供电力，并对船舶航行进行智能化管理控制，形成由专用港口码头、航道、船队以及岸基供电系统构成的新型船舶运输系统。岸基能源船舶驱动技术有接触网、动力电池、无线输电三种形式，由岸基（接触网、充电桩、无线电力输送站）为船舶提供电力，船舶无需配备柴油机和相关辅助机械，取消了复杂的船舶柴油机动力系统，节约了舱容，增加了载货量，并能实现船舶的“零排放”目标，该技术具有创新船舶设计、减少大气污染、减少水域污染、减少震动和噪声、经济效益佳的优势。

随着我国清洁能源发电比重不断增加，且发电厂集中控污能力较强，岸基能源船舶运行中无烟尘废气排放，能大大降低大气污染。岸基能源船舶航行时无需使用燃油，无油污水污染，可保护水质安全。基能源船舶采用电力推进的形式，震动和噪声相对较小，船舶舒适性较好。在当前电价、油价水平市场下，相同主机功率的柴油机船舶与岸基能源船舶相比，岸基能源船舶能耗费用约为柴油机船舶的2/3，且岸基能源船舶的运输效率一般能提高15%[9]。采用船舶岸基能源驱动技术是一种实现船舶绿色航运的创新技术，开展这项技术的基础研究和推广应用，有利于实现船舶节能减排，培育和发展绿色船舶，促进长江航运绿色发展。

3.3 艉轴承水润滑技术

船舶艉轴承是船舶推进轴系的关键部件，长江航运船舶油润滑艉轴漏油现象普遍存在。船舶艉轴承水润滑技术是用水替代油，实现船舶艉轴承润滑与冷却的目的。与油润滑艉轴承相比，水润滑艉轴承具有资源节约、环境友好和减少噪音等特点，符合节能、环保和绿色航运的发展需求。

目前，由于人们对水润滑技术的理解和认识不足，普遍认为“长江流域泥沙含量较重，泥沙会加速船舶艉轴承磨损、降低寿命”。实则不然，目前随着新材料技术的发展，水润滑材料具有较好的抗泥沙能力，比如进口的飞龙、赛龙材料，国产的安高材料也有专门针对重泥沙的应用场合。另外，研究表明，适度的细沙可以强化摩擦副，起到减少磨损的作用。此外，如果采用开式水润滑系统，可以降低艉轴承系统的成本。因此，在长江航运中水润滑技术推行从技术上是可行的，利用水润滑技术改造长江航运船舶艉轴承系统是长江绿色船舶的必然趋势。

3.4 无轴轮缘推进器技术

无轴轮缘推进器是一种新型推进装置，将高效永磁直流电动机、轴系、舵及尾推进器高度集成为一体。除控制器之外的推进装置安装在船体外部，不占用舱内空间，具有结构紧凑、体积小、振动噪声小、推进效率高和操控性能好等显著优点。最初主要为小型水下机器人、鱼雷和游艇而研发，2005年美国海军在发布的Tango Bravo计划中将无轴轮缘推进器作为新一代潜艇发展的首要关键技术，进而开始获得广泛关注。

无轴轮缘推进器技术正在受到军用和民用领域的重点关注，在各型船舶上的应用案例越来越多，对舒适性要求高的游轮和巡航船等船舶非常具有吸引力。由于采用水润滑轴承，避免了润滑油泄漏污染的风险，是当前较热门的绿色船舶技术。

4 结论

长江航运绿色可持续发展是长江经济带建设的重要基础。长江绿色航运的发展需要通过顶层设计，统筹全局，从理念、技术、投入、政策、法规五方面助推长江绿色航运技术，从而减少长江航运污染，保护长江生态环境，促进长江经济带建设。

长江是我们的母亲河，通过宣传引导和培训教育，强化长江绿色航运理念，尤其注重培养航运企业和运管人员绿色环保意识。坚持科技创新，建设绿色船舶科技人才队伍，攻克绿色船舶基础研究到推广应用的关键技术，将绿色船舶技术作为国家及省部级项目重点支持领域，开展绿色船舶改造等示范应用工程。鼓励新建船舶采用绿色船舶技术，给予税收优惠和减免政策，对实施绿色改造的旧船，实施货币化补贴，对航行于“特殊保护水体”的绿色船舶，给予一定的政策扶持，提高长江航运防污染基础设施和装备水平。相关部门应制定严格的航运污染监管治理规定，明确相关规范和标准、要求、实施细则等，做到源头严防、过程严管、违法严惩，不给弹性执法留余地，倒逼航运绿色转型升级。

参考文献：

［1］袁群.长江船舶污染调控机制研究[C].全国博士生学术论坛，2005.

［2］黄昕，郭少华，王荣祥.长江船舶油污染风险分析与管理对策[J].中国海事，2013（4）：45-47.

［3］姜涛.天津港环境污染防治分析与治理研究[J].交通信息与安全，2014，32（4）：102-107.

［4］Zhang Y，Yang X，Brown R，et al.Shipping emissions and their impacts on air quality in China.[J].Science of the Total Environment，2017，581-582：186.

［5］杨顺益，罗宏伟，刘燕婕，等.航运对长江生态环境的影响和绿色航运体系研究[J].水运工程，2017（2）：33-38.

［6］孙义存.船舶新能源动力系统现状与发展趋势[J].中国水运月刊，2012，12（7）：87-88.

［7］严新平.新能源在船舶上的应用进展及展望[J].船海工程，2010，39（6）：111-115.

［8］刘继海，肖金超，魏三喜，等.绿色船舶的现状和发展趋势分析[J].船舶工程，2016，38（s2）：33-37.

［9］严新平，万江龙，袁裕鹏，等.运河船舶岸基能源推进技术的系统构建[J].船海工程，2015，44（3）：159-163