李銀濤 ＊趙 楠

（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011；2.海裝駐上海地區(qū)第八軍事代表室 上海200011）

引 言

隨著全球氣候出現(xiàn)多變性，冰川融化變成海洋、雪山融化露出石峰、城市雨水酸化、霧霾頻發(fā)、PM2.5居高不下……，人類賴以生存的地球環(huán)境正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，各國政府以及國際組織正不斷通過制定新的政策，發(fā)布新的法規(guī)，鼓勵能源結(jié)構(gòu)調(diào)整來極力減少工業(yè)，航運等給大氣帶來的污染。

根據(jù)挪威船級社（DNV·GL）2018年發(fā)布的《世界能源轉(zhuǎn)型展望-到2050年的全球和區(qū)域預(yù)測》，如圖1所示［1］，目前以及將來世界運輸行業(yè)對能源的需求將一直以公路運輸為主，海運對能源的需求僅次于航空運輸，并在未來數(shù)年內(nèi)保持小幅增長。大部分海運碼頭均位于沿海城市，貨物裝卸期間排放的尾氣對城市大氣有著直接的影響，硫氧化物排放控制區(qū)（SECA）以及氮氧化物排放控制區(qū)（NECA）的設(shè)立是城市藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)中極為重要的一步。

圖1 世界運輸行業(yè)能源需求量

為了滿足SECA和NECA對船舶排放尾氣的限值要求，在燃料上除選擇低硫燃油外，還可以尋求其他可以替代石油燃料的清潔綠色燃料，或是尋求零排放的動力方案。在推進(jìn)動力的方案選擇上，結(jié)合船東實際需求及建造成本，優(yōu)先選用節(jié)能環(huán)保的方案，并根據(jù)實際情況決定是選用綠色的替代燃料還是使用傳統(tǒng)石油燃料并增加尾氣后處理設(shè)備。

1 限值要求

當(dāng)前規(guī)則規(guī)范對船舶排放尾氣中的CO2、SOX，NOX含量有著具體量化的指標(biāo)。新船能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）的實質(zhì)是將船舶能耗折算成CO2排量與船舶有效能耗折算成CO2排量的比值，該比值越高說明船舶能源利用的效率越低。因此，通過對船舶EEDI指數(shù)的控制，即可實現(xiàn)船舶對CO2減排的目的。EEDI指數(shù)與動力系統(tǒng)的傳遞效率、柴油機(jī)的燃油消耗率以及船體性能等均有關(guān)系，本文著重對如何降低尾氣中SOX和NOX的含量進(jìn)行比較分析。

船舶排放尾氣中SOX的來源完全來自于燃料，柴油機(jī)燃燒過程中無法通過柴油機(jī)自身降低SOX的含量，所以對尾氣中SOX的控制主要是依托燃料的選擇或是增加脫硫洗滌塔對尾氣進(jìn)行凈化處理。

船舶排放尾氣中NOX的產(chǎn)生與燃料本身沒有直接關(guān)系，NOX產(chǎn)生于氣缸內(nèi)高溫高壓燃燒使空氣中的氮氣氧化，因此對尾氣中NOX的控制主要依托柴油機(jī)的選型或是增設(shè)如廢氣再循環(huán)（EGR）、選擇催化還原（SCR）等尾氣后處理設(shè)備。

1.1 燃料中硫含量限值要求

MARPOL 公約附則 VI、EU 法令及 CARB 法規(guī)相繼制定或?qū)嵤┝诵碌腟OX排放控制標(biāo)準(zhǔn)，要求船舶在指定區(qū)域（如MARPOL 公約附則VI 規(guī)定的排放控制區(qū)、歐盟港口、加利福尼亞沿岸24 n mile海域及港口）使用硫含量不超過0.10% m/m 的燃油。此外，中國香港特區(qū)以及中國大陸排放控制區(qū)實施方案也相繼實施了新的SOX排放控制標(biāo)準(zhǔn)，要求船舶在指定區(qū)域內(nèi)航行或停泊時使用的燃油硫含量不超過 0.50 % m/m 。［2］

毫無疑問，2020限硫令對航運有著深遠(yuǎn)影響，無論是對油料供應(yīng)商、船東、船廠、設(shè)備商、設(shè)計公司還是對港口當(dāng)局。當(dāng)前全球硫氧化物排放控制區(qū)分布見下頁圖2。［3］

1.2 尾氣中NOX的限值要求

除2016年美國海域設(shè)立的NECA外，2021年波羅的海和北海區(qū)域設(shè)置的NECA也即將生效，針對的是2021年1月1日之后鋪龍骨的新建船舶。如下頁圖3所示。

NECA區(qū)域?qū)OX的排放限值對應(yīng)于國際海事組織（IMO）規(guī)定的第3階段排放（Tier III）標(biāo)準(zhǔn)，該限值與柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速有著直接關(guān)系，低速柴油機(jī)與中速柴油機(jī)的NOX排放限值不同，額定轉(zhuǎn)速越高，NOX的限值越低，不同轉(zhuǎn)速下NOX在不同階段的限值如下頁圖4所示。

圖2 硫氧化物排放控制區(qū)分布圖

圖3 氮氧化物排放控制區(qū)分布圖

圖4 柴油機(jī)氮氧化物排放限值

從圖2和圖3可見，所有的氮氧化物排放控制區(qū)都是硫氧化物排放控制區(qū)。交通運輸部關(guān)于印發(fā)船舶大氣污染物排放控制區(qū)實施方案的通知（即“交海發(fā)［2018］168號”文）對排放控制區(qū)有較具體的說明。因此，在沒有裝設(shè)脫硫洗滌塔的情況下，NECA區(qū)域必須使用低硫燃油或不含硫分的燃料。

2 應(yīng)對措施及比較

隨著日趨嚴(yán)格的尾氣排放限值，人們試圖尋找能夠滿足要求的各種燃料。受生產(chǎn)鏈和供應(yīng)鏈等各種因素的影響，目前為止尚未找到一種能夠完全替代石油燃料且能持續(xù)供給的綠色燃料。面對2020限硫令及2021 Tier III，船舶燃料市場出現(xiàn)了多種燃料并存的局面，但每種燃料的使用又遇到了不盡相同的困難。面對這種“亂象”，我們該如何選擇？面對不同燃料，我們又如何去解決主要矛盾？面對將來，我們應(yīng)該進(jìn)行什么樣的知識儲備以應(yīng)對將來新的清潔能源？圖5所列的主要可實施方案中，風(fēng)向標(biāo)指向何方？

圖5 船舶未來的動力燃料風(fēng)向標(biāo)

截止目前，為應(yīng)對該限硫令，主要采用以下4種方案：

（1）高硫燃油+脫硫洗滌塔；

（2）燃用低硫油；

（3）以LNG為燃料；

（4）采用電池提供動力及電力。

為滿足Tier III，目前主要采用的方案有以下4種：

（1）柴油機(jī)采用廢氣再循環(huán)（EGR）；

（2）尾氣采用選擇性催化還原（SCR）；

（3）選用燃?xì)饽Ｊ较拢ㄒ訪NG為燃料）可直接滿足Tier III的內(nèi)燃機(jī)；

（4）采用電池提供動力及電力。

綜上所述，限硫令主要從燃料層面解決，燃料層面沒解決的就在尾氣處理環(huán)節(jié)解決，即增加脫硫裝置。Tier III可以通過柴油機(jī)自身技術(shù)更新解決，如燃用天然氣、機(jī)體增加尾氣處理裝置，柴油機(jī)自身沒解決的，則在尾氣后增設(shè)脫硝裝置。

當(dāng)然，從技術(shù)層面上講，還有其他很多途徑可以滿足限硫令及Tier III的要求，后文也將進(jìn)行初步比較分析。

2.1 高硫燃油+脫硫裝置+脫硝裝置

在2012年之后，國際海域航行的船舶主要使用硫含量不高于3.5% m/m 的燃油，這類船舶如果需要進(jìn)入SECA和NECA，若不更換原有設(shè)備，則需在柴油機(jī)排氣管上增加脫硫裝置和脫硝裝置。

燃料中的硫含量越高，脫硫裝置的尺寸越大，相關(guān)配套服務(wù)的泵組及艙柜容量也越大，設(shè)備越重且耗電量也越大。而脫硝裝置的容量則與柴油機(jī)的輸出功率（煙氣量）息息相關(guān)。圖6羅列出燃用高硫燃油的船舶在滿足SECA和NECA要求時所需要增加的尾氣后處理設(shè)備。

圖6 使用高硫燃油滿足SECA和NECA的途徑

對于已營運船，為滿足限硫令及Tier III的要求并保持現(xiàn)有燃油類型不變，可直接增加尾氣后處理設(shè)備來降低尾氣中的SOX、NOX含量，這無疑是改動量最小的方案。其加裝周期短，可實施性強(qiáng)。如果增加尾氣后處理設(shè)備后船舶原電站依然夠用，機(jī)艙主要設(shè)備、油艙及供油管路等均不會發(fā)生變化，除機(jī)艙內(nèi)會增加一些為尾氣后處理設(shè)備服務(wù)的艙柜和泵組外，主要變化來自于煙囪布置與擴(kuò)容。

脫硫裝置即脫硫洗滌塔，在陸地上尤其是火力發(fā)電廠上的應(yīng)用相當(dāng)成熟，維護(hù)較簡單，日常消耗主要是氫氧化鈉（NaOH）溶液，其基本原理是用堿性的NaOH溶液中和煙氣中的SOX，主要反應(yīng)過程式為

脫硫洗滌塔系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和混合式系統(tǒng)，目前已經(jīng)安裝脫硫洗滌塔的項目多數(shù)選擇了簡單的開式系統(tǒng)，但開式系統(tǒng)將對大氣的污染轉(zhuǎn)移到了對海洋的污染，因此當(dāng)前已有數(shù)十個國家及港口（如中國、新加坡、比利時、德國、愛爾蘭、挪威、立陶宛和巴拿馬等）已明確禁止裝有開式脫硫洗滌塔系統(tǒng)的船舶進(jìn)入其水域，并且這個團(tuán)體成員還在不斷增加。

廢氣再循環(huán)（EGR）脫硝主要是在柴油機(jī)內(nèi)部完成，即將燃燒后的部分廢氣送入到氣缸參與燃燒，以減小燃燒過程中的含氧量，降低燃燒過程的壓力峰值，從而實現(xiàn)減少NOX生成的目的。圖7所示為安裝有EGR的低速柴油機(jī)。

圖7 配套EGR的低速柴油機(jī)

選擇性催化還原裝置（SCR）的主要工作原理是用尿素溶液中含有的NH3成分來將尾氣中的NOX通過催化還原成N2，其主要反應(yīng)過程為：

根據(jù)催化還原時廢氣的壓力，SCR系統(tǒng)可分為高壓SCR系統(tǒng)（HP SCR）和低壓SCR系統(tǒng)（LP SCR）。由于低速柴油機(jī)增壓器后的廢氣溫度較低，有時達(dá)不到催化還原所需的溫度，為了提高廢氣溫度，可先使氣缸內(nèi)排出的高溫廢氣進(jìn)入SCR裝置，凈化處理后的廢氣再進(jìn)入增壓器。這種安裝在增壓器進(jìn)氣前的SCR裝置稱為HP SCR，反之，安裝在增壓器廢氣排出口后的SCR裝置稱為LP SCR。

圖8和圖9分別表示了HP SCR系統(tǒng)和LP SCR系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及基本工作流程。

圖8 配套HP SCR裝置的低速柴油機(jī)

圖9 配套LP SCR裝置的低速柴油機(jī)

低速柴油機(jī)配套LP SCR系統(tǒng)依然存在因廢氣溫度低而無法正常工作的情況，此時我們需要在SCR反應(yīng)器內(nèi)或之前增設(shè)助燃裝置來提高煙氣溫度以滿足催化還原的溫度需求。通過初步比較，HP SCR一般僅用作低速柴油機(jī)，其設(shè)備主要占用機(jī)艙空間，外部排氣管路較為簡單。LP SCR的反應(yīng)器一般布置在機(jī)艙煙囪內(nèi)，排氣管路布置較為復(fù)雜，同等功率的反應(yīng)器尺寸較HP SCR系統(tǒng)大很多，需要較大的煙囪空間。因此，對于低速機(jī)，在主機(jī)廠家許可時，一般優(yōu)先選用HP SCR方案，避免設(shè)備尺寸過大引起的設(shè)備過重、重心過高難以布置以及增加助燃裝置等額外問題。對于中高速柴油機(jī)，因渦輪增壓器廢氣進(jìn)口沒有廢氣集合管，只能通過增加LP SCR達(dá)到尾氣脫硝的目的。

使用高硫分脫硫洗滌塔最大的好處是船東可以繼續(xù)使用硫含量不高于3.5% m/m的高硫燃油，在低硫油價格高且無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，高硫分脫硫洗滌塔在實際解決方案中比其他方案略勝一籌。LP SCR系統(tǒng)不涉及到柴油機(jī)自身的改裝，因此老船改造項目多使用LP SCR系統(tǒng)。對于新造船上的低速機(jī)，優(yōu)先考慮使用EGR或HP SCR系統(tǒng)進(jìn)行脫硝；對于中高速機(jī)，一般使用LP SCR系統(tǒng)進(jìn)行脫硝。

2.2 低硫燃油+脫硝裝置

相對于高硫燃油增加尾氣后處理的方案，使用低硫燃油可以不需要脫硫洗滌塔即可滿足在SECA航行的要求。

因NOX主要產(chǎn)生于燃油在氣缸內(nèi)的燃燒過程，使用低硫燃油后的脫硝方案原理與上節(jié)高硫方案相同。圖10為使用低硫燃油時滿足SECA和NECA要求的配置方案，除不需要脫硫洗滌塔外，其他原理與圖6相同。

圖10 使用低硫燃油滿足SECA和NECA的途徑

不過在限硫令實施之初，低硫燃油相對于傳統(tǒng)燃油高昂的價格讓很多船東望而卻步，并且目前低硫油尚未形成完整的供應(yīng)鏈，各國以及各個低硫油供應(yīng)商所供應(yīng)的低硫燃油差異性較大，實際使用過程中極易導(dǎo)致柴油機(jī)運行不穩(wěn)定或發(fā)生故障。目前低硫燃油的獲得途徑主要有以下3種：

（1）通過加工低硫原油生產(chǎn)低硫重質(zhì)燃料油，獲取過程如圖11所示。受低硫原油資源限制，這種低硫重質(zhì)燃料油的產(chǎn)量難以滿足全球所有船舶的燃料需求。

圖11 對低硫原油加熱獲取低硫燃油

（2）調(diào)和低硫油，即將低硫含量的燃油與高硫含量的燃油，按一定比例混合調(diào)制生產(chǎn)出滿足IMO及ISO 8217要求的低硫燃油。

（3）對渣油進(jìn)行降硫煉化加工，需要對現(xiàn)有燃油加工廠進(jìn)行升級改造，需要有良好的市場前景讓決策者決心投資改造。

為滿足SECA要求，老船改造項目中，除加裝脫硫洗滌塔外，也有大量船舶選擇對船舶燃油系統(tǒng)進(jìn)行低硫燃油改造。在對柴油機(jī)、鍋爐等燃油設(shè)備進(jìn)行低硫油改造的同時，應(yīng)完善不同燃油間的切換程序及管道內(nèi)高硫含量燃油的清洗程序，確保有足夠的時間將管道內(nèi)高硫的燃油置換成低硫燃油；同時針對未來使用的低硫燃油特性，需要確認(rèn)燃油系統(tǒng)是否需要冷卻或冷凍來確保燃油進(jìn)機(jī)前的黏度。新船設(shè)計時，大部分船東直接選擇了按照低硫油進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，尾氣后處理僅考慮使用脫硝裝置。

2.3 LNG燃料+脫硝裝置（按需）

相對于常規(guī)油燃料，LNG作為一種已經(jīng)被廣泛認(rèn)可的清潔能源，越來越多地被用作船舶推進(jìn)及電力燃料。LNG作為燃料時可減少20%～25% CO2排放量，減少85%～90% NOX排放量，且?guī)缀鯖]有硫氧化物及可吸入顆粒物的排放［4］。表1［5］列出了當(dāng)量熱值條件下，LNG燃料與柴油的質(zhì)量比較。由該表可見，單位質(zhì)量的LNG燃料能量密度更高。

表1 當(dāng)量熱值天然氣與柴油對比表

LNG燃料中幾乎不含有硫成分，可完美解決其作為燃料時尾氣中SOX及PM排放問題，但NOX是空氣中的氮氣在氣缸內(nèi)高溫高壓的燃燒過程中氧化產(chǎn)生，與燃料的成分無關(guān)。部分柴油機(jī)在以LNG為燃料的燃?xì)饽Ｊ竭\行時，尾氣中的NOX需要經(jīng)脫硝裝置處理后才能達(dá)到Tier III的排放標(biāo)準(zhǔn)。使用LNG和其他氣體燃料時滿足硫氧化物及氮氧化物排放的途徑參見圖12。

由圖12可見，雙燃料中速機(jī)和WinGD品牌的雙燃料低速機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较聼o需脫硫和脫硝裝置，便可滿足排放控制區(qū)內(nèi)SOX及NOX的排放要求。硫分越高的燃油尾氣，后處理系統(tǒng)越復(fù)雜；氣缸內(nèi)工作溫度越高，工作壓力越大的柴油機(jī)，尾氣后處理系統(tǒng)也越復(fù)雜。

圖12 使用LNG滿足SECA和NECA的途徑

以LNG為代表的氣體燃料發(fā)動機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较碌奈矚夂筇幚硐到y(tǒng)雖然簡單，但LNG燃料的處理及供應(yīng)系統(tǒng)卻較為復(fù)雜，涉及到低溫、高壓以及危險區(qū)等眾多普通船員不熟悉的領(lǐng)域。除去LNG燃料的價格因素，LNG燃料的處理與供應(yīng)系統(tǒng)的初期投資以及LNG燃料可獲得的便利性，成為了船東的首要關(guān)注點。

下頁圖13所示為LNG燃料處理與供應(yīng)系統(tǒng)的基本組成，包含LNG燃料儲存艙、加注系統(tǒng)、燃料供給泵、氣化器、緩沖罐以及控制系統(tǒng)等。不同的氣體燃料發(fā)動機(jī)供氣壓力不盡相同，LNG燃料處理及供應(yīng)系統(tǒng)隨供氣壓力的變化而出現(xiàn)較大差異性。一般來說，供氣壓力越高，燃?xì)馓幚砑肮?yīng)系統(tǒng)就越復(fù)雜。

從燃燒產(chǎn)物來看，LNG作為燃料確實是一種理想的綠色能源，但甲烷作為LNG中的主要成分，其泄漏除對設(shè)備及人員存在危害外，對大氣的污染也應(yīng)引起重視。甲烷對大氣造成溫室效應(yīng)的效果是二氧化碳的20多倍，也許將來尾氣中甲烷的逃逸量如同現(xiàn)在的CO2、SOX和NOX，也會作為一項主要的考核指標(biāo)納入法規(guī)。

除LNG外，還有其他類似的烴類、醇類燃料，燃燒后的產(chǎn)物也只有CO2和水，如乙烷，丙烷以及甲醇等，在技術(shù)應(yīng)用上也都有實際業(yè)績，但因為這些物質(zhì)作為燃料的可獲得性較差，目前僅用于專用運輸船上，無法大范圍推廣。如乙烷運輸船上可使用乙烷作為燃料，甲醇運輸船上可以使用甲醇作為燃料等。

圖13 LNG燃料處理及供應(yīng)系統(tǒng)典型組成

隨著天然氣燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)，配套供氣系統(tǒng)及其控制技術(shù)的逐漸成熟，已有越來越多的船舶開始使用LNG為動力及電力燃料，并且覆蓋到幾乎所有的主流船型，此外還有很多處于觀望中的船東在新船建造階段就申請了LNG Ready附加符號，為船舶將來改裝成LNG燃料動力船提供了可實施性方案。這種“預(yù)備”在顯示出觀望態(tài)度的同時也反映了未來船舶燃料的發(fā)展趨勢，但同時也說明了LNG燃料的價格及可獲得性、投資回報等還沒有達(dá)到船東的預(yù)期，當(dāng)前還無法完全替代正在使用的石油燃料。一旦LNG燃料的可獲得性以及成本相對于油燃料有較大優(yōu)勢，LNG作為船舶動力及電力的燃料將會迅速發(fā)展。

2.4 純電池推進(jìn)

隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，已有相當(dāng)數(shù)量的船舶使用了純蓄電池電力推進(jìn)，純蓄電池推進(jìn)最大的優(yōu)點在于可以完全實現(xiàn)尾氣零排放。

作為推進(jìn)的蓄電池體積龐大，碼頭充電時間無法與油燃料的加注時間相比，且蓄電池的續(xù)航力令人堪憂。尤其是遠(yuǎn)洋船舶或是裝卸貨時有較大電力需求的液貨船及液化氣船，蓄電池推進(jìn)可能就遇到了發(fā)展的瓶頸。當(dāng)然，岸電的使用可以有效解決這一矛盾，即蓄電池僅用作海上推進(jìn)，港口停泊工況及裝卸貨工況均可使用岸電，使用岸電作業(yè)過程中可以完成對電池的充電。

受工業(yè)發(fā)展及蓄電池總?cè)萘肯拗?，目前純蓄電池推進(jìn)僅適合于短航程及裝機(jī)功率需求小的船舶。

另外，隨著近年來燃料電池技術(shù)不斷發(fā)展，以氫燃料電池為典型的燃料電池也取得了長足進(jìn)步，實現(xiàn)了小區(qū)域范圍的應(yīng)用。燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，用以取代發(fā)電機(jī)組或直接作為推進(jìn)能源，無運轉(zhuǎn)部件大大降低了噪聲及振動。以氫燃料電池為典型的燃料電池雖然具有很多好處，但當(dāng)前其昂貴的初期投資和營運成本往往令船東無法承受，望而卻步。

2.5 混合動力推進(jìn)

混合動力推進(jìn)兼具傳統(tǒng)動力推進(jìn)系統(tǒng)的便利性以及電池推進(jìn)的環(huán)保性?；旌蟿恿ο到y(tǒng)一般與中速柴油機(jī)配合使用，在排放控制區(qū)外，中速主推進(jìn)柴油機(jī)可以0.5% m/m的燃油為燃料，通過減速齒輪箱驅(qū)動可調(diào)螺距螺旋槳給船舶提供推進(jìn)動力，主機(jī)富裕的功率可以通過齒輪箱PTO驅(qū)動軸帶發(fā)電機(jī)提供正常航行時的船舶用電，并給蓄電池充電。在排放控制區(qū)內(nèi)航行時，主機(jī)及發(fā)電機(jī)均停運，由船上的蓄電池提供推進(jìn)及船舶其他系統(tǒng)設(shè)備的電力需求；港口停泊及裝卸貨期間，使用岸電完成裝卸貨并給蓄電池充電。

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的配置可以根據(jù)船舶的實際需求進(jìn)行個性化的定制，具有極高的靈活性?；旌蟿恿ν七M(jìn)中，船舶推進(jìn)采用了電力推進(jìn)（如圖14所示），但無論采用哪種推進(jìn)型式，使用工況基本一致，即：在排放控制區(qū)外使用油燃料，不設(shè)尾氣后處理設(shè)備，同時完成電池充電；排放控制區(qū)內(nèi)使用蓄電池推進(jìn)，港口作業(yè)使用岸電并完成充電。

圖14 典型混合動力推進(jìn)系統(tǒng)

鑒于目前蓄電池容量及電池空間布置的限制，混合動力推進(jìn)雖然具有常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)的便利性以及蓄電池推進(jìn)的環(huán)保性，但蓄電池的總裝機(jī)容量還無法匹配所有噸位船舶的電力需求，所以實際應(yīng)用需要根據(jù)航線及本船電力需求進(jìn)行可行性論證。

2.6 氫燃料

氫氣作為能源載體的使用才剛剛出現(xiàn)。氫氣作為一種燃燒后僅生成水的清潔能源也逐步進(jìn)入船舶燃料的選項里。以氫氣為燃料能完美解決尾氣排放限值中的CO2、SOX、NOX以及PM等所有問題。

促使氫氣作為燃料的主要有以下兩個因素：

（1）風(fēng)能、太陽能、水勢能等間歇性可再生能源具有季節(jié)性及不穩(wěn)定性，這些能源難以并入電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力輸出，且這些能源大規(guī)模部署后的供電超過了基本需求，電價也較低廉。在這些電能富足且廉價的地區(qū)可通過電解水來制取氫氣，并將氫氣液化儲存，通過管道或槽車，鐵路及船等交通工具運送至需要的地方。

（2）環(huán)保的驅(qū)使。無論是陸地的工廠還是海洋中的船舶，尾氣排放限值要求的提高驅(qū)使人們尋找能夠替代石油的綠色燃料，氫氣無疑就成為最佳綠色燃料。

但液態(tài)氫的儲存和運輸溫度較LNG更低，且相關(guān)設(shè)備配套并不成熟，沒有規(guī)模化發(fā)展，所以氫氣雖然是最佳的綠色燃料，但以氫氣為燃料的船用發(fā)動機(jī)卻不成熟，氫氣發(fā)動機(jī)開發(fā)成本高，相對于通用使用氫氣為燃料的燃料電池，缺少市場競爭力。并且目前氫燃料電池的價格和使用成本還較高，所以氫燃料雖然環(huán)保，以氫氣為載體的能源目前還無法大規(guī)模應(yīng)用。

2.7 其他替代燃料

（1）生物燃料。生物燃料最好的例子就是木材、木炭和秸稈等，其最大的優(yōu)點在于其本身存在于大自然中，被認(rèn)為是碳中性（carbon neutral），燃燒后不計入碳排放量。船舶受空間限制，且生物燃料技術(shù)沒有普及，目前尚無船舶使用生物燃料的報道。最有可能得到應(yīng)用的生物燃料是生物柴油。在大多數(shù)情況下，先進(jìn)的生物燃料比化石燃料更昂貴。

（2）風(fēng)能、太陽能、潮汐能等技術(shù)在理論上可以在船上進(jìn)行利用，但受建造成本、空間布置、裝機(jī)容量、發(fā)電效率和持續(xù)穩(wěn)定性等眾多因素影響，僅能作為船舶的輔助能源進(jìn)行利用，也無法大規(guī)模應(yīng)用。

（3）核能也是用于發(fā)電的理想清潔能源，因其優(yōu)越的自持力，目前主要用于軍方船舶及破冰船。核能的利用尚無完整的規(guī)范體系，并且燃料的可獲得性差。所以如生物燃料、風(fēng)能、太陽能和核能等燃料或能源本身是理想的清潔燃料或能源，但僅能小范圍內(nèi)作為輔助進(jìn)行應(yīng)用，不具備大規(guī)模應(yīng)用的可行性。

3 結(jié) 語

對限硫令及Tier III的要求，各單位及部門都在設(shè)法積極應(yīng)對，但縱觀目前所有可行方案，尚無十全十美的方案能解決所有矛盾。本文旨在于對不同燃料及解決方案進(jìn)行簡單分析，以期拋磚引玉，給設(shè)計者及決策者一些啟示。

在未來數(shù)十年內(nèi)，船舶燃料依然會是以石油燃料為主，完善低硫油標(biāo)準(zhǔn)，確保低硫油供應(yīng)質(zhì)量，完善低硫油價格體系，這是大勢所趨。在將來，3.5% m/m的高硫燃油將會比0.1% m/m的低硫燃油更難以獲得。因此，在當(dāng)前限硫令背景下，因經(jīng)濟(jì)性因素，安裝或改裝脫硫洗滌塔相對于使用低硫燃油略勝一籌，脫硫洗滌塔在燃料過渡期得到了良好的應(yīng)用，尤其是老船改裝以及2020年左右建造的船舶。

目前，為滿足船舶經(jīng)濟(jì)性需求及減少排放，船舶設(shè)計中對線型的優(yōu)化，船體節(jié)能附體以及水動力優(yōu)化的需求越來越高。為滿足船舶排放限值的逐步提高，船舶總的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為設(shè)計航速降低，尤其是裝機(jī)功率較大的集裝箱船降速尤為明顯。

隨著環(huán)保要求的提高，石油燃料在能源結(jié)構(gòu)中的比例也在逐步降低。近年來，LNG、蓄電池等新興能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例逐步上升，隨著LNG燃料的可獲得性以及產(chǎn)業(yè)配套的健全，LNG燃料的處理及供應(yīng)系統(tǒng)建造成本也會逐步降低，LNG作為船舶燃料也是未來主要發(fā)展趨勢之一。此外，隨著電池技術(shù)的發(fā)展，混合動力推進(jìn)因其自持能力強(qiáng)，不需要尾氣后處理裝置，以及技術(shù)成熟且對船員沒有額外要求等眾多優(yōu)點，將來會有良好的應(yīng)用前景。

為滿足排放要求，除結(jié)合實際船舶對燃料的需求外，我們還應(yīng)知曉各種應(yīng)對措施的優(yōu)點，并且充分評估各種方案可能帶來的風(fēng)險。