船舶节能减排技术现状与发展

徐岩

摘 要：本文阐述了航运业对全球气候变化的影响，分析了船舶节能减排技术的现状。通过搜集资料，数据对比，图片与实例说明等方法，对船舶节能减排技术的发展进行了探讨，得到了包括给新旧船舶安装榖帽鳍的技术方案和开发应用绿色能源等为主要发展方向的节能减排技术。

关键词：船舶;节能减排;现状;发展

中图分类号：U692.5             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0135-02

1 引言

从BDI指数来看，目前世界航运业景气度相对前两年有所回升，但仍处于历史低位。在这种趋势下，优化船队结构，淘汰老旧船舶，改进现有船舶动力装置，订购低能耗、高效率船舶，以满足降低运营成本需求，已成为当今航运界的发展趋势。然而，随着全球气候变化问题日益严峻，应对全球气候变化，减少温室气体排放，是国际社会共同的责任和义务，走低碳发展之路正成为人们的共识。据IPCC（政府间气候变化专门委员会）的排放情况统计，全球每年排放的氮氧化物气体中30%来自海上船舶。因此业内专家大声疾呼：船舶运输对水体和大气的污染日益严重，低碳航运、绿色发展已经刻不容缓！

为了降低船舶运营成本和应对全球温室效应，本文基于这一目标，列举实例，阐述船舶节能减排技术的现状及发展方向。

2 船舶节能减排技术现状

从20世纪90年代发生石油危机以来，油价飞涨，航运企业的经营成本剧增，造成船舶营运成本的构成因素发生显著的变化，燃料费所占的比重急剧增大，现已超过50%。与此同时，随着船舶运输对水体和大气的污染日益严重，减少水上运输的碳排放已经刻不容缓。

因此，船舶节能，降低燃料消耗量和燃油费用、提高装置经济性已成为一个重要课题，使得船舶节能减排工作备受重视。当前，无论是在航运领域、港口行业，还是在造船行业，“绿色”都已经形成一种新的竞争力。

2.1 在螺旋桨毂帽上安装榖帽鳍（FBCF）

螺旋桨榖帽鳍（FBCF）是由日本大阪商船三井船舶株式会社、西日本流体技研和Mikado螺旋桨株式会社联合开发的一种节能装置。榖帽鳍是由在普通螺旋桨后榖帽上适当位置处以某一角度安装的几个小叶片构成，小叶片的数与桨叶数相同如图1所示。这种鳍可以使螺旋桨处出来的榖涡减弱，消除榖涡所引起的诱导阻力，对螺旋桨有整流作用，使螺旋桨效率提高3%～7%。同时使榖涡空泡现象减弱，从而还有利于减少螺旋桨的噪声。由于榖帽鳍构造简单、安装方便、造价较低的特点且无论是新船还是旧船上安装（特别是对于螺旋桨螺距比较大、榖涡比较大的船舶），都可以收到预期效果。

图2以57000DWT散货船为例说明在榖帽鳍在船舶节能减排技术中的运用。在已营运的57000DWT散货船的螺旋桨处加装榖帽，船舶航速可以提高0.16Kn;如果保持速度不变的话，螺旋桨所需功率将减少3%。假设船舶每天消耗30吨燃油的话，那么每天就可以节省1吨燃油。如果每吨燃油700美元的话，加装榖帽鳍的成本，仅需2个月就可以收回且每年可节省约200000美元的燃油费用。

2.2 绿色能源的利用

船舶是典型的耗能大户，在2000t以上的民用运输船舶中，柴油机动力装置就占总艘数的98%以上。自2003年以来，国际原油价格一路走高，走节能降耗之路成为各船舶公司面临的严峻课题。随着石油消耗日渐枯竭，如何实现航运业的可持续发展成为迫在眉睫的事情。

我国现有船舶主要以柴油为动力，燃料消耗高，废气排量大，既增加运输成本，又污染环境。

目前，绿色能源在船舶领域的应用范围而言，主要有LNG动力，纯电力推进/港口岸电和风帆辅助推进等形式。

LNG作为清洁型能源，大幅度降低氮氧化合物和二氧化碳的排放，杜绝了硫化物的微小颗粒等其他有害物的排放。尽管使用LNG作为船用燃料改建或新建的初始投资成本较高，但能够一劳永逸地满足IMO以及EU现行的以及可見的未来所有相关方面的法规所提出的环保要求。虽然未来几年时间，航运业选择低硫燃料油与废气洗涤塔的会较多，但采用LNG动力则是远期趋势。值得关注的是，随着LNG动力技术在大型船舶上的应用日趋成熟和LNG加注站点在港口的布局建设，推广LNG动力船舶对于船舶节能减排技术的发展将有重要的意义。目前，中国船厂在建LNG动力船舶的建造情况来看，LNG船型包括内河散货船，豪华客滚船，大型集装箱船，成品油船，大型滚装船等。由此可见，LNG动力船舶朝着船型多元化，船舶大型化，航线全球化发展。图3为厦船重工建造的全球最大的LNG动力汽车滚装船“Siem Confucius”号。

电力推进是指以电力为动力的推进方式，船舶依靠电能来驱动舰船运动的推进方式，应用至今已有160余年的历史。早期技术条件下的电力推进装置由于增多了能量转换环节，带来了设备昂贵、传动效率低、维护保养工作量大等一系列缺点，故船舶电力推进应用在很长一段时间里并没有得到广泛应用。随着“限硫令”实施和锂电池技术与岸电设施的发展，电能作为清洁能源，现已成为船舶动力行业的热点之一。电动船舶具有噪音小，碳、硫等废气污染物及PM2.5颗粒实现零排放等优点。但纯电动船舶的续航能力较差、充电时间较长，且改造成本较高，比较适用于区域性游览船、轮渡、公务船和航程短吨位较小的货船。目前，国内首艘大型全电动旅游船——“君旅号”是国内纯电动船发展的代表，其运行噪音仅50分贝左右，6小时充满电可续航8小时。而现有船舶靠港期间使用岸电，可有效减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，减少噪音污染，是最有效的减排方式。根据浙江省港航管理中心最近一份报告显示，“2019年浙江全省岸电使用量突破500万千瓦时，减少船舶二氧化碳排放3500多吨。” 可见船舶岸电的使用有力地促进了节能减排。而我国新修订出台的船舶法定检验技术规则对船岸电设施安装提出了要求，《船舶靠港使用岸电管理办法》明确新建和已建中国籍船舶岸电设施安装应当符合船舶法定检验技术规则，这为促进我国船舶岸电的使用提供了技术法规支撑。

人类利用风力推动船舶航行已有5000多年历史。自近代以来，随着使用内燃机、蒸汽轮机和燃气轮机的舰船相继问世，帆船这一古老的船舶类型逐渐趋于衰退。如今，常规的船舶设计技术手段的节能潜力正在逐步减小。为此，人们在寻找新的方法提高船舶能效设计指数时，自然会将目光转向风能这一绿色能源的利用。目前，船舶风帆结构形式主要有旋筒风帆和翼型风帆，因其高效的辅助推进效率，逐步成为利用风能提高船舶能效的首选。根据全球知名的风力辅助系统开发商Norsepower报道，2014年，该公司将生产的旋筒风帆应用于芬兰船东Bore公司旗下的一艘9700载重吨级的滚装船“M/S Estraden”轮上，该轮安装的两个较小的旋筒风帆被证实可以减少大约6.1%的燃料油消耗，相当于每年可节约400吨燃料油。若以当前（2019年2月份）鹿特丹港轻柴油（MGO）价格计算的话，每年可减少约213200美元的燃料油成本。而且这一数字相当权威，已由著名的海事数据分析机构和服务提供商NAPA进行了测算和独立验证。可喜的是，2018年由我国大连船舶重工集团建造的全球首艘安装风帆装置的30.8万吨超大型原油船（VLCC ）80号船“凯力”轮成功交付，标志着我国在掌握了翼型风帆研发、设计、制造与应用关键技术上取得重大突破，且“凯力”轮首航至今初步统计每天减少3%左右的油耗。图2-4为大船重工建造的全球首艘安装风帆辅助推进装置的VLCC。

3 结论

本文通过对船舶节能减排技术的现状与发展角度分析，为船舶的螺旋桨加装榖帽鳍和推广使用LNG动力船舶，纯电动船/港口岸电以及船舶风帆助推技术等节能减排技术措施，为实现船舶节能减排，降低船舶营运成本与绿色航运可持续发展提供了有益参考。

参考文献：

[1]彭斌.船舶节能技术综述[J].舰船科学技术，2005（S1）：3-6+30.

[2]岳孟强.风帆助推技术在大型船舶上的应用及风险分析[J].中国船检，2017（12）：80-82.