船舶可以从哪些方面实现碳减排？

海工 2022年2月28日浏览：1871 评论：3 收藏：1

有数据显示，截至2022年1月底，全球新增了40份LNG动力船订单，而去年全球总共订购了240艘LNG动力船。2021年，按载重吨计，绿色动力船舶约占我国新船订单的24.4%。

自2018年国际海事组织（IMO）通过全球温室气体减排战略后，各国海运企业正在为此投入大量的人力、物力和财力，以期能及时实现碳减排目标，来规避未来可能会实行的碳税制度。在可以预见的未来，海运与环保的关系会更为紧密，全球海运企业一定会加大对于绿色供应链和船舶减排技术研发的投资。

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氢燃料动力技术需突破

氢气是一种零碳排放的清洁替代燃料。目前，氢燃料电池主要分为以质子交换膜（PEM）为代表的低温燃料电池，以及以熔融碳酸盐和固体氧化物为代表的高温燃料电池。尽管PEM燃料电池技术已十分成熟，行业正在向产业化、规模化方向发展，但是高温燃料电池具有高功率、高效率、氢气纯度要求低等优势，更适合在船舶上应用，是未来大型船舶发展方向。

因为氢燃料电池车用技术标准与工程经验已经基本完善，所以其在船舶的应用可以借鉴部分车用技术经验。但由于船舶营运条件与车用环境条件有很大不同，并且氢燃料电池不能使用传统的内燃机推进理念，因此许多技术障碍还需要攻破。

国际上一些国家早在2003年就开展了船用氢燃料电池系统研究测试项目。国内的燃料电池船舶研究起步较晚，在动力系统认证和整船方面直至近期才迎来实质性的突破。2021年1月，武汉众宇动力系列燃料电池系统获得由中国船级社颁发的中国首张船用燃料电池产品型式认可证书。随后在2月初，由大连海事大学建造的“蠡湖”号燃料电池游艇顺利通过试航，该船长度为13.9m，由大连化物所开发的70kW氢燃料电池电堆和86kW的锂电池组成混合动力，设计船速18km/h，续航180km，可载乘员10人。

当前，打造绿色供应链并完成减碳目标已成为我国推动水运行业绿色健康发展的重要动力。比如，中国船舶集团设立的“绿色珠江”氢燃料电池示范船舶重大科技专项已于2019年底获得中国船级社（CCS）颁发的我国首艘氢燃料试点船舶设计方案的原理认可证书。该船将采用氢燃料电池作为船舶主动力并辅以锂电池组进行调峰补偿。该船舶还载有35MPa高压氢气瓶组储存氢气燃料，可续航约140公里。

此外，CCS受交通运输部海事局的委托，也开展了氢燃料船舶应用技术的专项研究工作，研究成果将在未来进一步推广船舶氢燃料在我国的应用。

船舶可以从哪些方面实现碳减排？的图1

“达飞巴塔哥尼亚”号双燃料船。

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优化船舶运营节能效果佳

除了使用新型燃料，对船舶运营进行优化也可以取得明显减排效果，有时节能效果甚至可达50％。

比如，船舶可以多使用高效螺旋桨。使用高效螺旋桨不仅可以降低油耗且不需要增加脉动压力水平，甚至可以不改变螺旋桨主尺度。因此，设计使用高效螺旋桨可以成为实现碳减排的一个重要抓手。

又如，可对航速、航线及纵倾进行优化。对船舶的航速进行优化是指将航速作为变量，通过已经获得的风浪和洋流等参数去建立数学模型，然后计算得出这些参数对油耗的影响系数，最后通过动态优化得到最佳节能航速曲线。目前已有根据上述理论而研发出的最佳航速控制系统，实际应用测试显示，节能效果最多可达3％。

船舶的航线优化是指通过选择航线克服风浪和洋流阻力来实现节能，是比较常用的节能措施之一，市场上已有公司提供航线优化系统。如Force Technology公司研发的SeaPlanner已经应用多年，其节能效果可达2％。

此外航运公司还可以考虑对风浪和洋流等参数进行仿真和建模，然后将其对纵倾的实时影响纳入模型，这样就可以实现船舶的动态控制。

总体来说，船舶运输是一个复杂的系统工程，因此只有从整体能效出发来对系统的节能技术进行协调整合，才能达到最优规划、最优控制、减少油耗，最终实现节能减排。

近年来，国际上的节能技术开始对生产全过程进行综合优化和监测。因此有一些综合节能系统开始在市场上出现。这些航行性能监控分析系统整合了船舶的五大性能因数：功率、船型、螺旋桨、燃油消耗率和燃油消耗量。他们通过传感器来采集船舶本身的各种性能数据以及风浪、洋流数据，然后使用数据进行数学建模，最终实现数据的可视化，在操作过程中船员可以看到实时准确的航速和主机功率等参数。

目前，Eniram公司开发的清污分析平台，就可以根据长年的船体污损数据，来交叉对比分析在不同海域船舶运行的性能数据。该产品已经在实船上得到应用，检验证明该项节能可达5％。

船舶可以从哪些方面实现碳减排？的图2

LNG双燃料动力纽卡斯尔型散货船“碧玺山”号。陆佳骏摄

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他山之石可以攻玉

2020年5月，日本土地、基础设施、运输和旅游部（简称“日本运输部”）与研究机构和公共机构合作，制定了零排放国际航运路线图，汇总了零排放船舶实用化的进度表。根据进度表，面向完全不排放二氧化碳的氢、氨燃料实用化，到2024年，日本将开发出专用的发动机、涡轮和燃料箱；2026年，在连接日本国内港口的内航船舶上进行实证试验。日本国土交通省和海事界希望推进对于使用氢、氨等新燃料船舶的开发，力争到2028年实现商业航运。

这份日本零排放国际航运路线图重点向业界展示了四个新型“零排放生态船舶”设计概念——氢燃料船、氨燃料船、船上二氧化碳捕获船和超高效液化天然气燃料船。据介绍，上述四个新型“零排放生态船舶”或将实现减少90%以上的温室气体排放量（与2008年排放量相比），并为建造零排放的2万TEU型集装箱船或8万载重吨级散货船提供了技术可行性。

而为了应对全球减碳的需求，马士基集团宣布将于2023年启用以甲醇为燃料的支线集装箱船舶，并且力图使马士基未来所有新建船舶都使用清洁燃料。马士基集团激励燃料供应商扩大新型清洁燃料的生产，希望在未来的三年内解决氨气和酒精燃料的安全性问题，订购使用这些替代燃料的船舶。

马士基甲醇支线集装箱船舶设计运力约为2000TEU，将部署在区域航线网络中。该集团计划使用甲醇或生物甲醇来为该船舶提供动力，面临的最大挑战是找到足够的绿色甲醇来按计划投运零碳货轮。因为生产绿色甲醇的成本极高，目前其总产量仍微不足道（据国际可再生能源署的数据，目前每年约22万吨），即使全部用于运输，也不到该行业年燃料消耗量的1%。要使绿色甲醇供应达到规模，监管者将需要为二氧化碳排放确定较高的价格，或采取类似措施激励（或迫使）企业购买更清洁的燃料。

此外，因甲醇化学性质特殊，航运业需要在世界各地港口为甲醇建造特定的燃料基础设施。

目前，马士基正在推进多种碳中和燃料的应用探索，在未来较长时间内，多种燃料解决方案将并存。马士基宣布，未来几年的绝大部分投资都将用于开发“碳中和燃料”，包括甲醇、生物甲烷和氨。

船舶可以从哪些方面实现碳减排？的图3

全球首艘5000立方米双燃料全压式LPG运输船。

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航运公司应提前应对

当前，我国航运公司需要高度关注减排有关政策动向，深入研究制定应对策略。应尽快摸清船队情况，为后续选择运营能效指标、重点船型以及船队建设和更替等，提前做好策划与安排。

在现有船舶技术能效方面，建议对船队不同船型对船舶能效设计指数（EEDI）的满足情况进行识别，对主力船型和较难满足EEDI要求的船型进行重点关注。对于船队中可通过降低功率来满足EEDI要求的船舶，可及早考虑在降低功率后，对其航线及经营的影响；对降功率仍不能实现EEDI要求的船舶，应提前考虑论证相应的节能技术手段提早对船期及进坞时间进行安排。

对于新造船，在船队更新和中长期规划时应考虑IMO相关战略及政策对使用传统燃料提出的挑战以及低碳（无碳）燃料技术的发展和应用趋势。建议相关设计单位和产品厂商积极开展新船型储备，针对国际上加快并提前实施EEDI要求的趋势，提前进行船队更新的战略部署，优先考虑能够满足EEDI削减40%—50%的高能效新船型，或考虑能够直接满足无碳排放的新能源船型储备。