綠色船舶發(fā)展框架

CCS江蘇分社 楊世知

圖1.全球ECA分布圖

環(huán)境問題日益凸顯，低碳、節(jié)能減排已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點。綠色經(jīng)濟正在成為繼信息化之后經(jīng)濟領(lǐng)域的又一場重大革命。國際海事組織（IMO）作為聯(lián)合國負責海上航行安全和防止船舶造成海洋污染的專門機構(gòu)，一直致力于海洋防污染和航行安全公約的制定和相關(guān)技術(shù)的推廣。目前，有關(guān)油污排放標準日益完備成熟，壓載水管理公約也已進入生效程序，截止至2013年6月，締約國超過30個；同時，EEDI被寫入MARPOL公約，并于今年強制生效；大氣排放限制區(qū)域（ECA）不斷擴大。IMO有關(guān)綠色船舶公約框架雛形初具，并日益完善。

綠色船舶公約體系

綠色船舶分綠色造船和綠色航運，本文著重探討新型船舶及綠色航運技術(shù)。綠色船舶公約體系目前主要由以下幾個公約和規(guī)則組成?！禡ARPOL公約》、《船舶能效規(guī)則》、《防污底公約》、《拆船公約》（尚未生效）、《壓載水管理公約》（尚未生效）、《噪聲規(guī)則》（2014年7月1日生效）、《國際干預(yù)公海油污事故公約》1969、《國際油污損害民事責任公約》、《國際油污損害賠償基金公約》、《1972國際防止廢棄物和其他物質(zhì)傾倒污染海洋公約》《1990國際油污防備、反應(yīng)和合作公約》（OPRC）。

圖3.部分防污染公約生效時間表

2012年國外研究機構(gòu)對綠色公約生效時間表做過預(yù)測（圖3），其中，EEDI能效規(guī)則以及北美排放控制區(qū)以及生效。但壓載水管理尚未生效，截止至2013年6月30日，締約國為37個，占世界船舶總噸位30.32%，尚未達到35%的生效條件。從圖3中可以看出未來幾年排放標準不斷收緊，有關(guān)大氣排放幾近苛刻，如不從設(shè)計上、能源替代上做出調(diào)整，航運成本將大大增加。

綠色船舶技術(shù)

為應(yīng)對能效規(guī)則的出臺，國外船舶設(shè)計單位、研究機構(gòu)紛紛開展新能源應(yīng)用研究，在推進方面，主要研究包括天帆、太陽能推進、核能推進、LNG雙燃料動力推進等等；從減阻方面，主要包括，線型優(yōu)化設(shè)計、整流裝置、以及氣膜減阻等等；在減排方面，開展SOx、COx、NOx洗滌塔設(shè)計研究。為應(yīng)對壓載水管理公約的生效，主要包括無壓載水船型和貫通流船型設(shè)計。

1、天帆設(shè)計

天帆（Sky Sails）設(shè)計理念來源于風箏，等效于帆船。天帆系統(tǒng)一般布置在船艏露天甲板，可于駕駛室遙控，危險狀況下可自動切斷，目前最大天帆能提供的動力相當于6800hp的主機。

實船試驗數(shù)據(jù)表明，天帆技術(shù)的使用至少能節(jié)省10%～15%的燃油，稍加改進，可望突破30%，甚至更多。

目前該技術(shù)還處于前期摸索階段，全球近10艘船配備該推進系統(tǒng)，主要用于可行性、經(jīng)濟性試驗。

優(yōu)點：環(huán)保、經(jīng)濟性好。

缺點：成本較高、使用過程中對于船舶的穩(wěn)性影響較大，對于船員操縱要求較高（可應(yīng)急切斷）、收帆操縱難度較大。

圖4.天帆設(shè)計實例

2、太陽能船舶

MS Turanor Planet Solar是一艘碳纖維雙體太陽能動力船舶，由新西蘭LOMOcean設(shè)計，德國基爾Knierim Yaehtbau船廠建造，掛瑞士旗。該船中心船體的外殼長30米，寬15米，由4mm厚的碳纖維增強外殼和50mm厚的C70.130高密度芯材構(gòu)成。船重60噸，其上層配備了約600平方米的太陽能電池板。據(jù)制造商稱，該船儲存的能量能在缺乏陽光的情況下進行大約3天旅行，最高時速約15海里。2010年9月27日，MS Turanor PlanetSolar從摩納哥出發(fā)，開始環(huán)球之旅。它寧靜的航行在蔚藍色的海洋上，向世界展示可持續(xù)能源的發(fā)展前景。

3、氣膜減阻

瑞典著名油輪公司斯特納（Stena）經(jīng)過7年研發(fā)，終于在鋼殼船船底氣墊潤滑，減少鋼板與水接觸的科學(xué)實驗設(shè)計上有所突破，在一艘名為Stena AirMax的船體設(shè)計試驗中，利用在船底制造一個充滿空氣的空腔，減少船身與水摩擦的阻力，可為船舶航行節(jié)省燃油超過20%（圖6）。在當今燃油價格不斷上升，柴油引擎效能開發(fā)幾近頂峰的情況下，這將為全球船舶設(shè)計者帶來革命性的新選擇。

Stena AirMAX設(shè)計模型的技術(shù)參數(shù)：

縮尺比 ：1∶12

船長：15m

船寬：3.3m

滿載吃水：0.9m

滿載排水量： 35t

航速：5kn

主機： 2×10kW。

4、LNG動力船

據(jù)不完全統(tǒng)計，船舶采用柴油LNG雙燃料動力后，柴油的平均替代率達到60%至70%，可實現(xiàn)硫氧化合物減排85%～90%，二氧化碳減排15%～20%，同時，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。目前制約LNG動力船發(fā)展最主要的因素是加氣配置設(shè)施滯后，而國內(nèi)加氣設(shè)施滯后的根本原因是規(guī)范、法規(guī)體系的滯后。目前國內(nèi)正在開展LNG加注躉船試點建造工作，相關(guān)規(guī)范、法規(guī)及主管機關(guān)管理規(guī)定等政策性文件有望近期生效出臺。北歐一些國家大力推廣LNG最為船舶動力燃料，其LNG加注設(shè)施網(wǎng)絡(luò)已基本形成，目前正大力推廣ship to ship的加注模式。2013年3月20日，世界上首艘LNG加注船Seagas在瑞典斯德哥爾摩命名交，該船由car & passenger ferry改裝而成，其LNG儲罐容積187m3，載重84t（圖7）。

圖8.Rolls-Royce公司開發(fā)的節(jié)能型船首和整合型槳舵系統(tǒng)

5、節(jié)能型船型設(shè)計

Rolls-Royce公司從上世紀70年代開始就致力于各種船型研發(fā)，目前推出的新船型中采用穿浪型垂直船首設(shè)計，獨具特色，并迅速搶占新造船市場。穿浪型垂直船首由Rolls-Royce公司和挪威科技大學(xué)共同研制開發(fā)，與傳統(tǒng)的球鼻舷相比，穿浪型船首能夠使船舶所受阻力降低8%～10%。此外，Rolls-Royce開發(fā)的Promas整合型槳舵推進系統(tǒng)，能有效地改善螺旋槳尾流，減少推力損失。數(shù)據(jù)表明，僅整合型槳舵推進系統(tǒng)一項技術(shù)就可有望使船舶的效率提高4%～9%。

6、無壓載水船舶設(shè)計

對于傳統(tǒng)型船舶，壓載水是確保船舶航行的重要手段，是船舶穩(wěn)性管理的重要步驟之一。但伴隨在壓載水管理而產(chǎn)生的海洋生物入侵危害巨大，因此國內(nèi)外部分研究機構(gòu)開始致力于研究——如何在不使用壓載水的情況下確保船舶航行時的穩(wěn)定性。目前壓載水船舶理念有大致可分為三種，分別為：美國密西根大學(xué)研發(fā)設(shè)計的貫通流系統(tǒng)船體（Through-Flow System Hull）、日本造船研究中心（SRC）提出的無壓載水船舶（NOBS）理念、荷蘭代爾夫特大學(xué)試造的單一結(jié)構(gòu)船體。

其中，日本和荷蘭的無壓載水理念較相近，均是以改變船體浮性以達到無壓載水目的。

貫通流系統(tǒng)船體設(shè)計目標既可阻止壓載水中的非本土生物入侵，又無需使用昂貴的殺菌設(shè)備。嚴格來講，該型設(shè)計并不是“純”無壓載水船舶，而是采用“活水”以達到壓載目的。具體來講，就是在其水線下?lián)碛幸粋€由大型管道組成的管路網(wǎng)絡(luò)，海水從船首進入，船尾排出，并形成穩(wěn)定的流場。從某種意義上來說，這種船舶更像潛艇，部分船體是開放的，流動緩慢的海水始終充滿了整個船底部以取代壓載水的作用。由于采用的始終是當?shù)睾Ｓ虻暮Ｋ?，因此不會造成外來物種入侵這一情況。

從結(jié)構(gòu)上來講，為了在穩(wěn)定性、安全性、裝載量等方面同于典型遠洋散貨船，該型設(shè)計在船體結(jié)構(gòu)方面需做出不少改變，如為了能布置足夠的壓載水管路，內(nèi)底就需要有所增高，如此一來，為了確保足夠的裝載量，船深必然也隨之加大，目前生產(chǎn)的船舶在性能方面的參數(shù)對此類船舶基本不能滿足，因此該類船舶可能成為后續(xù)研究的方向之一。

圖9.貫通流系統(tǒng)船體（Through-Flow System Hull）和傳統(tǒng)壓載水船原理

影響分析

近幾年IMO就環(huán)境保護等陸續(xù)出臺若干修正案，從壓載水的管理，到無石棉產(chǎn)品的要求，再到2013年1月1日的能效規(guī)則生效，IMO近些年在環(huán)境保護方面大做文章。一方面，全球環(huán)境逐年惡化，空氣污染加劇，氣候變暖等一系列議題在全世界范圍引起廣泛熱議，其中以哥本哈根世界氣候大會的召開尤為突出。發(fā)展中國家和發(fā)達國家就碳排放標準、碳排放的責任劃分等展開激烈角逐，最終諸國無果而返，發(fā)展中國家和西方發(fā)達國家無法就碳排放的控制問題、分工問題達成一致。另一方面，以西方發(fā)達國家為主導(dǎo)的IMO強制通過了碳排放標準及生效日期。且不談碳排放責任分攤制度的合理性，在IMO框架下，公約規(guī)則一旦生效，各國唯有遵照其體系運行，方能在全球航運界立足。因此，唯有做大做強，增加話語權(quán)，躋身游戲規(guī)則制定者行列，才能引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。如何做大做強，如何讓中國的造船業(yè)走出低效、低端、低競爭力的局面是我們整個社會層面需要重視和探討的問題。

雖然我國已躋身造船大國行列，但躋身造船強國行列尚需時日。目前，我國造船業(yè)面臨的最大問題，就是各方各自為戰(zhàn)，急功近利，技術(shù)上淺嘗輒止，管理上停滯不前。如今中國的發(fā)展已經(jīng)步入一個十字路口，造船業(yè)面臨向左轉(zhuǎn)、還是向右轉(zhuǎn)的艱難抉擇。是繼續(xù)低端、繼續(xù)以巨大的環(huán)境代價、資源代價建造低端船舶，還是提升自身的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，因地制宜，形成自身獨特的造船模式以及盈利模式。以科技為主導(dǎo)，提升船舶配套業(yè)的跨越式發(fā)展，以先進的管理理念，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，整合優(yōu)勢資源，才是徹底擺脫船舶產(chǎn)業(yè)低端、被動的根本途徑。