EEDI需求下的船舶新能源应用进展及前景分析

吴剑锋 陈建邺

摘要：在能源危机和新能源开发的背景下 ，船舶新能源的应用问题成为学界关注的一个重点。新能源有其开发利用上的优点 ，与船舶特点相结合 ，可满足船舶供电等需求 ，实现能源的节约利用 ，同时可有效降低污染 ，实现社会经济的可持续发展。

关键词：新能源;船舶;应用;进展

EEDI是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。其分母表示船舶在规定的船速下与载货量之乘积，而分子可概括主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，及采用新的节能技术减少燃油消耗。航运业的节能减排技术已经引起了国际社会的高度重视。针对节能减排技术领域的研究、开发和利用，各国在给予政策扶持的同时，更投入了大量的人力、物力和财力以期能着实有效地实现节能减排这一根本性的目标。随着科学技术的不断进步，以风能、太阳能、核能、生物质能和潮汐能等为典型代表的新能源在节能减排方面所具有的独特优势和所能产生的效益已经越来越显著，其在船舶交通运输行业的应用和推广已呈潮涌之势。

1、风能在船舶上的应用进展

人类社会对于风帆助航的理解和认识有着悠久的历史，工业科技水平的不断提升对于风帆技术的应用起到了巨大的推动作用，根据风帆的形式及其对风力利用性质的不同，衍生出了普通翼帆、特种翼帆（包括单转子-翼帆组合体帆、转柱帆、转带帆、Walker型风帆）、三角帆、天帆、Magnus效应帆（涡轮帆、转筒帆）和仿生帆等众多船舶风帆结构。其中以三角帆和普通翼帆技术应用水平较高，其他帆型形式在船舶上的应用多是带有试验性质的技术探索。

2、太阳能在船舶上的应用进展

将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。1997年，瑞士在日内瓦湖上从洛桑到圣叙尔皮斯区投入使用了两艘太阳能驱动客运船。2007年我国沈阳泰克太阳能应用有限公司研制了“001”号太阳能旅游船，可载9人，时速约10 km左右。船体的设计可分为单浮筒、双浮筒和三浮筒三种型号。2008年日本邮船株式会社与新日本石油公司合作耗资1.5亿日元在旗下一艘船长200 m滚装船Aurig a Leader）号上安装了太阳能光伏系统，电池阵列328块太阳光板组成，电能输出功率可达40 kW，能满足6.9%的照明需求或0.2%-0.3%的动力需求。2010年亚洲最大的全太阳能船在台湾高雄下水并投入正式营运，搭配54 kW/h锂蓄电池组，两台20 kW电动机，航速最高可达9 kn。

3、生物质能在船舶上的应用进展

2008年使用生物质能的新西兰、环球竞赛号（Earthrace）高速环保机动船完成环球航程。该船装备两台康明斯∃水星QSC型8.3 L、397 kW全电控船用发动机，虽然此型号柴油机可以使用B20混合生物柴油（由20%生物柴油和80%普通柴油混合而成），但是在整个航程中燃用B100 混合生物柴油（100% 生物柴油）。2010年AVIVA與香港大学合作推出香港第一艘环保船，该船采用B5混合生物柴油（5% 生物柴油、95% 超低硫柴油）作为燃料，燃烧后的污染物较一般超低硫柴油可减少10%黑烟、5%一氧化碳及10%的碳氢化物。2010年3月马士基与英国劳氏船级社开展为期两年的船用发动机生物柴油燃料试验。试验船舶为马士基旗下Maersk Kalmar号集装箱船。在试验初期，燃料中将使用5%-7%的生物柴油混合，然后比例逐步增加，测试第一代生物燃料在船舶上应用的可行性。2010年4月美国海军与美国农业部签署一项备忘录，合作开发生物燃料和其他可再生能源，将大规模使用生物燃料作为石油的替代能源。

4、核能在船舶上的应用进展

发展民用核动力对我国船舶行业而言是一个崭新的课题。纵观世界船舶发展历史，已经有若干国家在此方面迈出了第一步，美国的“萨娃娜”号于1962年建成，在其商务部海运局的支持下进行商业运营。德国矿石运输船“奥托汉”号于1968年月12月建成，在围绕英国一周以及在南太平洋（赤道附近）、北极海、西太平洋（西印度群岛）进行了实验航海。日本“陆奥”号在1974年8月28日开始的功率提升试验过程中发生了放射性泄漏事故。其后对反应堆屏蔽进行改造及安全总检查，并改变了用途，作为核动力实验船重新进行了功率提升试验。1991 年在北太平洋海面上进行了4次实验航海。俄罗斯共建成了9艘核动力破冰船，如超级号破冰船（Super Icebreaker，破冰能力在3.5 m以上）和佩贝克（Pevek）号破冰船。

5、海洋能在船舶上的应用进展

浙江大学提出了便携式船用发电机的设计思想，从船用便携式发电机的发电效率、海流能的利用率、叶片的受力分析及便携性等方面进行了详细的分析和设计，该研究为海流能利用装置的小型化及民用化提供了理论依据。山东菏泽张庆忠等申请了一种趸船水轮机发电设备的专利，该趸船水轮机发电设备利用江河自由水的落差，把水能转换为机械能，再把机械能转换为发电、抽水或其他能，具有适用范围广、能耗小的优点。随着这些成果的研究和进一步开发，有望在灯船、航标船、趸船及某些渔船和小型船舶上得到推广应用。

从优化EEDI指数的要求考虑，必须加大可再生能源和清洁能源在船舶动力中的比重。新能源在船舶上的应用趋势将主要体现在如下两方面。

1）从船舶设计阶段，就要充分考虑新能源的利用。这样一是有利于船舶新能源的充分利用，优化EEDI指数;二是有利于降低船舶的制造或改装成本，同时提高船舶的可靠性。

2）太阳能、风能、海洋能等清洁能源都是低密度能源，单一的清洁能源作用有限，因此，必须实现各种新能源的混合利用。

参考文献：

[1] 王分良.EEDI时代的船舶减排[J].中国船检.2009（8）：62-65.

[2] 卢晓平，魏光普，张文毓.太阳能动力船舶发展综述[J].海军工程大学学报.2008， 20（4）：63-94.

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

[4] 田永淑.新型秸秆气化炉及净化工艺[J].可再生能源.2013.4.

[5] 赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M].科学出版社.2015.

[6] 赵争鸣，周德佳.太阳能光伏发电技术现状及其发展[J].电气应用.2015.10.

[7] 魏伟，许胜辉.风力发电及相关技术综述[J].微电机.2015.4.

[8]朱俊生.中国新能源和可再生能源发展状况[J].可再生能源.2012（02） .