李 新 初建樹

（中遠海運重工有限公司 上海 200135）

0 引 言

近一個世紀以來，人類大量使用化石燃料（如煤、石油和天然氣等），大量排放出以CO為主的溫室氣體，形成嚴重的溫室效應(yīng)，導致全球變暖，引發(fā)自然災害，致使生物鏈斷裂，威脅人類生存的各個方面。為了人類的共同利益，必須在全球范圍內(nèi)管控碳排放。航運是迄今為止最具成本效益、碳排放最低的貨物運輸方式，國際貿(mào)易的90%通過航運完成。盡管航運的整體環(huán)保性能優(yōu)勢明顯，但世界經(jīng)濟發(fā)展迅速、國際貿(mào)易量不斷擴大、對航運的需求逐步增加，船舶的數(shù)量也相應(yīng)不斷增加，導致航運業(yè)的能源消耗不斷增大，并可能成為全球碳排放增長最快的行業(yè)之一。上述現(xiàn)象已引起國際社會的廣泛關(guān)注。

2018 年，國際航運排放CO達10 億t，占全球CO排放量的2.89%，而2014 年時，這一占比數(shù)據(jù)還只是2.2%。國際海事組織（IMO）預測：由于國際貿(mào)易需求的增長，若不采取有效措施，國際航運2050 年的CO排放量將比2018 年增加5 倍，上述占比將有可能達到15%，如圖1 所示。

圖1 國際海事組織減少船舶溫室氣體排放的遠期計劃

為扼制全球變暖趨勢、全面控制碳排放，聯(lián)合國于1992年制訂《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、1997年達成《京都議定書》、 2016年簽署《巴黎協(xié)定》。這是人類歷史上應(yīng)對氣候變化的3個里程碑式的國際法律文本，是全人類邁向碳中和的堅實腳步。我國在2020年時承諾：力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。但我國所承諾的碳達峰并非自然實現(xiàn)，且從碳達峰到碳中和的時間只有30年，遠低于歐美發(fā)達國家普遍的40~50年及以上。我國在2019年時的碳排放量已占全球總排放量的27%，居全球第1，遠高于排名第2位的美國（美國的碳排放量占比為11%）。可見我國實現(xiàn)雙碳目標難度很大，給碳減排相關(guān)政策的制定帶來重大影響。

IMO為推動航運業(yè)盡快實現(xiàn)碳減排目標，不斷制定出臺節(jié)能減排的強制性規(guī)定。IMO于 2011年通過了船舶能效設(shè)計指數(shù)（Energy Efficiency Design Index，EEDI）；2018 年通過了《減少船舶溫室氣體排放的初步戰(zhàn)略》。這是全球航運業(yè)首次為應(yīng)對氣候變化制定的溫室氣體減排戰(zhàn)略，也是IMO在碳減排談判進程中的重要里程碑，這些國際規(guī)則的制定將決定船舶和航運業(yè)的發(fā)展方向。

英國、日本、挪威和韓國等發(fā)達國家及其部分先進企業(yè)紛紛制定國家級船舶發(fā)展規(guī)劃和措施，并投入巨資以加快新能源、新技術(shù)和新材料的研究和推廣，以期支持本國船舶建造和航運業(yè)盡快滿足國際法律規(guī)定，贏得新一輪船舶及航運市場中的競爭優(yōu)勢。英、日兩國都將2030年作為引入超低或零碳排放船舶的目標時間點，韓國三大造船廠則加緊開發(fā)氨動力船舶。

先進航運公司依據(jù)IMO的規(guī)范正在積極采取行動。2019年在紐約舉行的聯(lián)合國氣候行動峰會上，馬士基、殼牌等航運、能源領(lǐng)軍企業(yè)組建零碳排放聯(lián)盟，致力于推動國際航運業(yè)的脫碳行動。零碳排放聯(lián)盟的目標與IMO的《減少船舶溫室氣體排放的初步戰(zhàn)略》緊密關(guān)聯(lián)，這將促使航運業(yè)的碳排放與《巴黎協(xié)定》保持一致。零碳排放聯(lián)盟致力于到2030年，擁有能夠遠洋航行并具備商用條件的綠色零碳船舶。隨后，韓國現(xiàn)代商船也加入了零碳排放聯(lián)盟。2022年1月12日，馬士基宣布計劃到2040年實現(xiàn)凈零碳排放的目標，這一計劃比之前的2050年目標提前了10年。

1 碳減排對于船舶產(chǎn)品的要求

碳減排是大勢所趨，及早提供符合IMO各階段排放標準的低能耗、低碳甚至零碳排放的船舶產(chǎn)品，這是船舶建造企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上的價值所在。對船舶產(chǎn)品的要求，主要來自兩方面：一是國家的雙碳目標，二是IMO的法律規(guī)范。

1.1 雙碳目標的廣義碳減排要求

雙碳指的是碳達峰和碳中和。碳達峰是量變，碳中和是質(zhì)變，關(guān)鍵還是在于碳中和。碳中和將對下一步產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)、重組和國際標準的更新產(chǎn)生深遠影響。比如：某件產(chǎn)品要實現(xiàn)碳中和，首先負責組裝生產(chǎn)該產(chǎn)品的企業(yè)自身要實現(xiàn)碳中和，同時為其提供零部件和原材料的上游企業(yè)生產(chǎn)流程、環(huán)節(jié)也要實現(xiàn)碳中和，以此類推，即該產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈上的所有環(huán)節(jié)都要實現(xiàn)碳中和。

雙碳目標對于船舶產(chǎn)品的直接要求主要來自于航運業(yè)碳排放管控的需求。對于船舶產(chǎn)品來講，一方面產(chǎn)品自身要實現(xiàn)碳中和，向航運業(yè)交付達標的船舶產(chǎn)品，另一方面還要船舶建造企業(yè)生產(chǎn)船舶產(chǎn)品過程達到碳中和，并且對其產(chǎn)業(yè)鏈上游也需選擇碳中和的企業(yè)供應(yīng)設(shè)備、材料等。當然，船舶建造企業(yè)自身的生產(chǎn)運營也同樣受雙碳目標的要求影響。

故雙碳目標對船舶產(chǎn)品并進而對船舶建造企業(yè)的生產(chǎn)運營都有碳減排的要求，涵蓋內(nèi)涵廣泛，可稱之為廣義碳減排要求。

1.2 IMO法規(guī)的狹義碳減排要求

IMO的法律規(guī)范更著重船舶產(chǎn)品本身的碳減排。EEDI通過發(fā)證的方式對新造船舶進行審核管控，將其作為控制船舶碳排放的主要手段，以期監(jiān)管航運業(yè)碳排放的初始設(shè)計水平。隨著EEDI的逐步實施，如果新造船舶沒有取得 EEDI認證，某些國家或港口將不準駛?cè)?，對于航運企業(yè)而言，這將影響其全球運營能力。因此，航運企業(yè)把EEDI作為新造船的硬性指標，在商務(wù)談判階段就要求船舶建造企業(yè)提供EEDI計算值，并將該指數(shù)納入技術(shù)規(guī)格書。這就要求船舶建造企業(yè)不僅要按照EEDI實施階段要求提前完成設(shè)計計算，交付指標合格的船舶，還要取得相應(yīng)證書。這對船舶建造企業(yè)的船舶設(shè)計、新能源應(yīng)用、節(jié)能減排配套設(shè)備應(yīng)用和輔助動力研究應(yīng)用等提出了更高要求，迫使船舶建造企業(yè)采用各種方法來降低新造船的 EEDI值，以使自己的船舶有資格進入市場。而從另一個角度看，EEDI促進了船舶行業(yè)新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、船型升級換代，將對新造船市場復蘇方面起到非常關(guān)鍵的推動作用。

《減少船舶溫室氣體排放的初步戰(zhàn)略》對航運業(yè)應(yīng)對氣候變化的行動作出總體安排，確定了碳減排的量化目標及階段性減排措施：第1階段，將2008年CO排放量作為基數(shù)，國際航運每單位運輸活動的平均排放量到2030年至少降低 40%；第2階段，與 2008 年相比，到 2050 年國際航運的年度CO總排放量至少降低 50%，國際航運每單位運輸活動的平均排放量到2050年 至少降低 70%。

同時，為盡快消除國際航運產(chǎn)生的CO排放，又制定了3個措施：一是短期措施（2018—2023年），改善新船和現(xiàn)有船舶的技術(shù)和運行能效，發(fā)起研究開發(fā)替代性燃料等新技術(shù)的行動；二是中期措施（2023—2030年），引入替代性低碳和零碳燃料，加強技術(shù)合作與能力建設(shè)等；三是長期措施（2030年以后），引入零碳燃料，鼓勵廣泛采用可能的新型減排機制。

IMO關(guān)于船舶碳減排的初步戰(zhàn)略將于2023年正式轉(zhuǎn)為最終戰(zhàn)略，相關(guān)國際規(guī)則的變化將決定船舶、航運業(yè)的發(fā)展方向。這2份法規(guī)目標一致，相互支撐。IMO的法律規(guī)范要求對于船舶建造企業(yè)而言主要是對船舶產(chǎn)品提出的，具有較強的針對性，可稱之為狹義碳減排要求。

1.3 國際同業(yè)競爭引發(fā)船舶產(chǎn)品碳減排的緊迫性要求

廣義碳減排要求和狹義碳減排要求對船舶產(chǎn)品有其結(jié)果的一致性，但在實現(xiàn)節(jié)點上由于國際航運業(yè)和船舶建造企業(yè)同業(yè)競爭，時間節(jié)點更加緊迫；廣義碳減排要求（即國家雙碳目標）是在2060年前實現(xiàn)碳中和。狹義碳減排要求規(guī)劃到21世紀末前實現(xiàn)船舶零碳排放，但國際航運業(yè)、船舶建造業(yè)先進公司推進步伐明顯更快。如引言所述，預計2030年將有零碳排放的船舶投入商用，馬士基計劃于2040年實現(xiàn)凈零碳排放。

我國是目前世界第1的船舶建造大國，接單量、交付量連續(xù)多年位居世界前列；但我國還不是造船強國，相較于日韓等先進船舶建造企業(yè)在綠色船舶技術(shù)研發(fā)及關(guān)鍵船舶配套設(shè)備方面，我國依然較落后。盡管當前在碳減排等環(huán)保方面基本滿足IMO現(xiàn)階段法律規(guī)范要求，但在面向下一階段的碳減排要求以及對于前瞻性技術(shù)儲備的研發(fā)方面，仍與歐盟、日韓等國有較大差距，特別是在對后續(xù)行業(yè)標準更新將產(chǎn)生重大影響的碳減排技術(shù)研發(fā)方面相對滯后，我國船舶建造及航運業(yè)還未提出零碳排放船舶的交付運營計劃。

可見，國內(nèi)船舶建造企業(yè)作為船舶產(chǎn)品的上游提供方，盡管來自國家的雙碳目標和IMO法律規(guī)范的壓力已十分巨大，但來自國際同業(yè)競爭的影響更大、更為緊迫。我國船舶建造及配套企業(yè)唯有抓住機遇、加緊研發(fā)、迎頭趕上，否則就將被新的技術(shù)壁壘隔離在后，陷入大而不強受制于人的不利局面。

本文針對當前船舶產(chǎn)品狹義碳減排的較緊迫要求，圍繞如何有效降低EEDI，調(diào)研了多方面的相關(guān)研究文獻，對各項主要碳減排舉措進行綜合分析。

2 IMO EEDI 基本解析

2.1 EEDI的歷史由來

船舶能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）是對船舶建造企業(yè)及船舶產(chǎn)品有深遠影響的。2008年MEPC58次會議上，溫室氣體減排問題被擺在顯著位置，尤其是CO排放問題。IMO認為MEPC57大會上提出的“新造船CO設(shè)計指數(shù)”過于強調(diào)減排，而從提高船舶能效角度對新造船的設(shè)計和建造提出標準才更符合發(fā)展趨勢，因而將新造船CO設(shè)計指數(shù)修改為能效設(shè)計指數(shù)（EEDI），形成了“新造船EEDI計算方法臨時導則草案”，且在2009年3月對EEDI計算方法進行了調(diào)整，并已于2013年1月1日開始實施。

2.2 EEDI的計算公式

EEDI用船舶消耗的能量換算成CO排放量與船舶運載能力的比值作為衡量船舶能效水平的指標。CO排放量的計算是通過船舶在設(shè)計載貨狀態(tài)下，以一定航速航行時，所需主推進動力和相關(guān)輔助功率消耗的燃油計算得出，計算公式如下：

上述公式分為分子和分母兩部分。其中分子部分表示船舶航行過程中消耗的燃油轉(zhuǎn)化成的CO排放量，由4部分組成：（1）：為船舶主機保證一定航速運輸該裝載量所需的主推進功率與所消耗燃油之乘積，g；（2）：為保證主機在所述的狀態(tài)下工作所需的副機功率與所消耗燃油之乘積，g；（3）：為當船舶有軸帶電機與廢熱回收系統(tǒng)時對軸功率的貢獻與副機燃油消耗之乘積，g；（4）：為采用新的節(jié)能技術(shù)減少燃油消耗所帶來的船舶能效的提高，g。分母部分f為裝載量修正系數(shù)，補償因規(guī)定要求或技術(shù)而限制了船舶的裝載能力；是載重量，t；是該載重量下的航速，kn；f 為耐波性系數(shù)，包含因浪高、波浪頻率和風速導致船舶減速的因素。

上述公式較為復雜，究其本意可簡化為：

式中：CO排放量包括所有主輔機、鍋爐等消耗燃料設(shè)備所釋放的CO排放總量，g；當船舶上采用新能源技術(shù)時，所產(chǎn)生的能量從CO排放量中扣減。

2.3 EEDI的實施階段

EEDI對于新造船而言，要求EEDI計算值小于基線值。EEDI要求值的折減可分為3個階段：初始階段從2013—2014年，保持現(xiàn)在的基線值；第1階段折減從2015—2019年，較基線值下降10%；第2階段從2020—2024年，較基線值下降20%；第3階段從2025—2030年，較基線值下降30%。其中集裝箱船等部分船型的折減率進一步提高，并將生效時間提前至2022年。

2.4 EEDI的達標認證

某艘新造船所得到的EEDI稱為A ，將其所需的EEDI稱為R，若A≤R則符合規(guī)范，辦理認證；若A＞R，則表示不符合，表明該新造船不能被認可。

通過降低EEDI值來實現(xiàn)節(jié)能減排是當前和未來一個時期內(nèi)船舶設(shè)計中最重要的要求之一。低EEDI值船舶產(chǎn)品是高水平船舶建造企業(yè)的重要標志，故本文以EEDI及其計算公式作為船舶建造企業(yè)應(yīng)對CO減排舉措研究的切入點。

3 船舶產(chǎn)品碳減排舉措——降低EEDI 值

EEDI作為當前IMO控制船舶溫室氣體排放的主要手段，其數(shù)值越低代表船舶碳排放越低。因此，如何降低碳排放，便轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾谓档虴EDI值。依據(jù)EEDI計算公式，若要減小EEDI，即需增大分母或者減小分子。改變的關(guān)鍵因素是載重量、相應(yīng)航速及所需能源排放的CO量，采用新型節(jié)能科學技術(shù)和設(shè)備是重要補充（圖2）。此計算公式中的系數(shù)是用以修正各種船型、不同噸位，以及主機不同工況、不同海況的，對某一具體船舶而言，由于其相應(yīng)航行狀態(tài)和各項系數(shù)為常數(shù)，故其對EEDI的影響可以不作考量。下面分別從增大分母和減小分子兩方面分析降低EEDI值以及船舶碳減排的舉措。

圖2 EEDI改善技術(shù)途徑示意圖

3.1 降低EEDI值的舉措——增大分母

增大分母，指基于一定能源消耗的碳排放量下著力提升載貨量和航速。當前主攻研究方向包括減輕空船質(zhì)量、提升推進效率和降低船舶阻力等。

3.1.1 減輕船舶空船質(zhì)量以提升載貨量

減輕船舶空船質(zhì)量最有效的辦法是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用有限元計算等方式，使船舶強度得到優(yōu)化，減輕鋼材使用質(zhì)量；其次是應(yīng)用高強度鋼材代替普通鋼材，降低鋼材厚度，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量；再者，得益于新材料、3D打印以及合金激光焊接等先進材料及加工技術(shù)的飛速發(fā)展，碳纖維、高強度鋁鎂合金等新型材料因其強度高、質(zhì)量輕，在船舶產(chǎn)品中代替鋼材的范圍逐步擴大，特別是在郵輪、游艇等項目上，可有效減輕船舶空船質(zhì)量。總之，通過想方設(shè)法減輕空船質(zhì)量以提升載貨量。

3.1.2 提升推進效率以提升航速

提升推進效率意味著在同樣功率下提高航速。螺旋槳將主機通過軸傳遞的動力轉(zhuǎn)化為船舶推力，總推進效率可表示為船體效率、螺旋槳敞水效率、相對旋轉(zhuǎn)效率和軸效率的乘積。通常情況下，只有約三分之二的主機動力被轉(zhuǎn)化為推進動力來推進船體。提升推進效率的主要空間在于提升船體效率（通常為1.1~1.4）、螺旋槳敞水效率（通常為0.35~0.75）和相對旋轉(zhuǎn)效率（通常為1.0~1.07），這與應(yīng)用高效螺旋槳、利用推力鰭、整流鰭和各種導流裝置改善尾流分布及螺旋槳的設(shè)計建造質(zhì)量相關(guān)。優(yōu)化舵系設(shè)計來提升推進效率也是研究方向之一。

3.1.3 降低船舶阻力以提升航速

降低船舶阻力同樣可以達到同等功率即同樣碳排放下增加航速。船舶以一定的速度移動，需要消耗能量以克服阻力，在輸出的船舶推力不變的情況下，船舶阻力降低，意味著可以取得更高的航速；而在已取得設(shè)計航速的情況下，船舶阻力降低，可以降低所需的功率，從而減少燃料消耗和CO排放。船舶阻力在很大程度上受到航行速度、排水量以及船體型線的影響。在設(shè)計航行速度和排水量確定后，船體型線就是船舶阻力決定因素。船舶總阻力R由許多阻力源組成，主要可以分為R摩擦阻力、R波浪阻力、R黏壓阻力和R空氣阻力，見圖 3。

圖3 船舶阻力構(gòu)成

R、R、R取決于水下部分的船體，而R則取決于水上部分的船體。R對低速船（散貨船和液貨船）占據(jù)船舶總阻力的70%~90%，而對高速船（游輪和客船）而言，其占比相對較低。R是船舶航行時興起波浪而造成的能量損失、R是指船體造成水流分離在船尾形成的黏壓阻力，通常這兩項阻力要占低速船舶總阻力的8%~25%，高速船舶則達到40%~60%。R通常占船體總阻力的2%左右，而對集裝箱船而言，頂風航行時可達到總阻力的10%。

從上述分析可以看出，水下部分的船舶型線對船舶阻力有著重要的影響，故船舶的型線優(yōu)化對降低船舶阻力有著重要的意義，這也是船舶設(shè)計一直以來的重點。經(jīng)過不斷的研究創(chuàng)新，船舶型線優(yōu)化對于降低船舶阻力已取得了非常巨大的成效。隨著人工智能及大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展，船型多維度參數(shù)大范圍優(yōu)化成為可能。美、日、韓、歐等著手開展船型數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)構(gòu)建和三維型線設(shè)計等技術(shù)研究，并在此基礎(chǔ)上初步開展了人工智能在船型設(shè)計方面的探索研究。

除了船舶型線的優(yōu)化外，氣泡潤滑技術(shù)是降低水下部分阻力的有效方式。顧名思義，氣泡潤滑就是將空氣從船底外殼上的小孔中快速泵出。這時蜂巢狀的氣泡會迅速聯(lián)合起來，在船體外形成1~2 cm厚的空氣層，起到潤滑作用并干擾漩渦的產(chǎn)生，延遲高度耗散型紊流，從而降低船舶摩擦阻力并達到船舶節(jié)省燃料的目的。氣泡潤滑技術(shù)最多可節(jié)省10%的燃料，目前已有應(yīng)用該技術(shù)的實船投入運營。

其他降低摩擦阻力的途徑還有諸如：提升結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量從而實現(xiàn)外板光順，避免凸凹不平的“瘦馬型”外板；應(yīng)用環(huán)保且光潔度更高的涂料，減少乃至避免外板附著海生物等。

對于大型集裝箱船而言，空氣阻力占比較大，因此對其空氣阻力的優(yōu)化對降低EEDI值具有相當重要的意義。當前的研究主要是應(yīng)用風壓減阻技術(shù)在駕駛臺側(cè)翼部和支柱部的前方，安裝呈楔形的箱型結(jié)構(gòu)，在船舶航行時降低生活區(qū)風壓阻力。通過對實體模型進行風洞實驗，測試出該技術(shù)可以降低約10%的風壓阻力。

3.2 降低EEDI值的舉措——減小分子

減小分子，指基于一定載貨量和航速下推動船舶實現(xiàn)更少的碳排放。其途徑包括：應(yīng)用低碳或零碳燃料提供動力，及應(yīng)用各項新設(shè)計提供輔助動力，減少燃料消耗以降低碳排放，應(yīng)用碳捕捉技術(shù)直接減少碳排放，研發(fā)應(yīng)用創(chuàng)新節(jié)能船舶配套設(shè)備以減少能源消耗等。

3.2.1 應(yīng)用LNG作為船舶燃料

在過去的10年里，雙燃料船用柴油發(fā)動機被開發(fā)并應(yīng)用于普通商船，包括使用LNG、液化石油氣和甲醇和等作為燃料，主要是為了滿足IMO NOIII級法規(guī)要求。目前雙燃料主輔機技術(shù)已經(jīng)成熟，正逐步應(yīng)用于新船建造中。從供應(yīng)端來看，未來一個時期內(nèi)具備應(yīng)用基礎(chǔ)的低碳燃料主要以LNG為主。使用LNG作為船舶燃料，幾乎可以100%減排SO，并能減少85%～90%NO和15%～20%的CO排放，能在大幅減少氮和硫排放的同時，有效降低碳排放。該技術(shù)已相當成熟，同時LNG價格較低、經(jīng)濟性好，是目前應(yīng)對EEDI第3階段要求最為有效的舉措。

就具體船型而言，集裝箱船、小型油船和散貨船使用LNG作為燃料并輔以其他減排措施，能夠達到EEDI降低50%的目標；但對于大型船舶（尤其是VLCC及好望角型散貨船）來講，滿足EEDI降低50%的目標還有一定難度。此外，LNG會有少量燃燒不充分而直接排放到大氣中，由于其主要成分甲烷是一種強效溫室氣體，這將減少其降低CO排放所獲得的收益。不過，對于實現(xiàn)船舶零碳排放的最終目標，在尋找確定其他零碳排放的燃料前，LNG是一個很好的過渡產(chǎn)品。

3.2.2 應(yīng)用氫和氨等零碳新型燃料

氫能是一種二次清潔能源，也是一種零碳排放燃料，擁有“清潔、高效、安全、可持續(xù)”這四大特點，被譽為未來世界能源架構(gòu)的核心。從碳排放角度來看，氫可以由多種可再生能源生產(chǎn)，并且氫燃燒而產(chǎn)生的碳、硫等排放接近零，因此，可再生氫被認為是化石燃料的理想替代品。

氫氣按照生產(chǎn)來源分為“灰氫”、“藍氫”和“綠氫”?！盎覛洹笔侵?6%的氫氣來自化石燃料，制氫成本較低但碳強度最高；“藍氫”是“灰氫”的“升級版”，配合了碳捕捉和存儲技術(shù)，碳強度相對較低但成本較高；“綠氫”是利用可再生能源電解，零碳排放，當前成本較高。此外，由于氫是一個全新的燃料，其儲存和分銷需要新建基礎(chǔ)設(shè)施，這就意味著巨額投資，同時安全管控方面還需要建立相應(yīng)的標準。

以氫作為替代燃料盡管有很多優(yōu)勢，也還有很多挑戰(zhàn)要克服，重點是要降低制造、運輸、存儲成本及制定相關(guān)安全、操作標準。不過，隨著相關(guān)領(lǐng)域難點的逐步攻克，其前景可期。

此外，氨也是一種零碳排放燃料。與氫類似，氨可以從化石燃料、生物質(zhì)或其他可再生資源中獲得。與氫相比，氨的體積能量密度更高、沸點較高，相對于LNG和氫，氨易于液化儲存，更容易生產(chǎn)、處理和分銷，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施完善。這些優(yōu)勢使氨成為一種非常有吸引力的船舶燃料替代品，具有較好的商業(yè)可行性。瓦錫蘭（W?rtsil?）和曼恩能源解決方案公司（MAN Energy Solutions）都計劃在2021年開始測試氨燃料主機，后續(xù)進度方面，瓦錫蘭希望在2023年將其發(fā)動機安裝到船上，而曼恩表示到2024年將其原型機投放市場。

3.2.3 采用燃料電池作為輔助動力降低燃油消耗

燃料電池是一種把燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，沒有機械傳動部件、沒有噪聲污染、排放出的有害氣體也極少。當前投入使用的各種燃料電池總體轉(zhuǎn)換效率較高（達40%~60%），這使燃料電池成為一種很有發(fā)展前景的動力裝置。燃料電池的CO排放主要取決于其燃料。氫燃料在當前的生產(chǎn)、存儲技術(shù)和成本等問題有效得到解決后，將是燃料電池的最佳選擇，可以實現(xiàn)零碳排放。燃料電池在效率、動態(tài)響應(yīng)、成本和壽命等方面還需要進一步的技術(shù)發(fā)展和性能改進。混合動力電站的設(shè)計、能源管理策略的制定和整體系統(tǒng)的優(yōu)化也是研究重點。燃料電池在船舶上應(yīng)用可以作為很好的輔助動力源。

3.2.4 應(yīng)用軸帶發(fā)電機

一般船舶主機的功率都有＞10%的裕量，而船舶上所安裝的發(fā)電機功率基本都小于此數(shù)值，并且主機油耗比發(fā)電機油耗更低，因此軸帶發(fā)電機的應(yīng)用可以有效節(jié)約燃油消耗。船舶燃油費用大約占船舶營運費的53%左右,節(jié)約燃油可立竿見影地提升經(jīng)濟效益，同時可有效降低CO的排放量。然而，應(yīng)用軸帶發(fā)電機的不足是前期一次性投資較大，航運企業(yè)需進行運營測算。

3.2.5 應(yīng)用廢熱回收系統(tǒng)

在熱機中，船用柴油機的熱效率最高，約為50%~55%，目前進一步提高效率的可能性不大。然而，由于25%~30%的能量通過高溫廢氣排放損失，10%~15%的能量通過冷卻水損失，因此應(yīng)用廢熱回收系統(tǒng)回收廢氣和冷卻水中的余熱可以顯著提高總熱效率。除了傳統(tǒng)的廢氣渦輪增壓和廢氣鍋爐外，將廢熱回收系統(tǒng)應(yīng)用于船舶也具有巨大的潛力。

3.2.6 利用可再生的風能和太陽能提供輔助動力

風能利用裝置主要包括風帆、風筒和天帆等，其能為船舶航行提供推力，以降低主機燃料消耗減少碳排放。風力在航運歷史上一直是主要的船舶動力，直到被蒸汽機、內(nèi)燃機系統(tǒng)取代。如今，為了實現(xiàn)碳減排及降低燃料成本，風能輔助動力被重新研究。風帆、風筒通常安裝于船甲板，產(chǎn)生額外的空氣推進動力；天帆系統(tǒng)則利用一個大風箏將風的動能轉(zhuǎn)化為船舶推力。風能利用裝置已有實船建造應(yīng)用案例。

此外，太陽能也是提供船舶輔助動力選擇之一。船舶的大部分上層甲板和上層建筑表面都暴露在陽光下，具備安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)的條件，可用以提供電能，減少燃料消耗且降低CO排放量。美中不足的是光伏板布設(shè)面積有限，發(fā)電量較小。

總體來看，風能和太陽能盡管易受天氣狀況及船舶條件的限制，但仍可作為船舶可再生能源利用的重點發(fā)展方向，為船舶提供輔助動力。

3.2.7 研究應(yīng)用碳捕捉技術(shù)

類似于控制NO和SO的排放，船舶采用了選擇性催化還原和廢氣清潔系統(tǒng)（Exhaust Gas Cleaning Systems，EGCS）等尾氣后處理技術(shù)，CO排放后處理是一個新的重要技術(shù)研究方向。碳捕捉技術(shù)（Carbon Capture and Storage，CCS）直接捕獲排放的CO，然后將其轉(zhuǎn)運并儲存于特定處所。總體上，當前有4種主要的CO捕獲技術(shù)：燃燒前捕獲系統(tǒng)、氧燃料燃燒捕獲系統(tǒng)、燃燒后捕獲系統(tǒng)和工業(yè)過程捕獲系統(tǒng)。捕獲的CO主要通過管道或船舶儲罐運輸，而后存儲在陸地或海上存儲場所。在船舶上應(yīng)用CCS也被研究作為減少CO排放的有效途徑。目前CCS技術(shù)設(shè)備在船舶上應(yīng)用遇到了一定限制，主要是布設(shè)CCS系統(tǒng)需要更多占用船舶空間，運行CCS需增加一定燃料消耗。當前新型的化學吸收和膜分離技術(shù)正在研發(fā)之中，有望改進CCS功能并減小其體積，成為降低船舶CO排放的新方法。據(jù)估算，CCS技術(shù)的潛在CO減排幅度超過70%。

3.2.8 提升船舶智能化水平，應(yīng)用低耗能設(shè)備船舶智能化能夠有效降低能耗；應(yīng)用各種變頻風機、泵等低能耗設(shè)備，改進各種冷卻器、空調(diào)通風系統(tǒng)等也能有效降低能源消耗，減少CO排放。這主要依賴于船舶設(shè)備供應(yīng)商的努力，船舶建造企業(yè)作為采購方，應(yīng)積極促進新技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié) 語

人類歷史上幾次經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和社會關(guān)系大變革都是由于科學技術(shù)及管理的變革而發(fā)生，并深刻影響了人類賴以生存的自然環(huán)境。而此次碳減排則是自然環(huán)境反過來要求人類維護自然環(huán)境的適宜狀態(tài)，問題的解決也只能通過科學技術(shù)及管理的創(chuàng)新來實現(xiàn)，也很可能引發(fā)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和社會關(guān)系的大變革。

當前溫室效應(yīng)的影響已令各項減排舉措勢在必行且迫在眉睫，國際和國內(nèi)碳排放管控不斷加強，新的政策、法規(guī)和標準不斷具體細化，船舶建造企業(yè)作為船舶航運產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)，面臨著越來越嚴峻的生存危機。在做好自身企業(yè)運營、達成國內(nèi)雙碳目標的同時，還要面臨IMO和相關(guān)先進國家及港口對于航運船舶的碳排放達標管控要求。按當前歐盟、日、韓等及一些先進企業(yè)的船舶碳減排規(guī)劃及進展，面對韓日等國家船舶建造企業(yè)的競爭，這方面的壓力會更大、更快。

船舶碳減排是一個系統(tǒng)工程，船舶建造企業(yè)既要立足于自身的生產(chǎn)建造過程達到碳中和，也亟需上游的材料（特別是船舶配套設(shè)備）企業(yè)技術(shù)研發(fā)上的突破，并加強對于上游供應(yīng)鏈的考察選擇，而自身的設(shè)計整合及建造能力無疑是核心關(guān)鍵所在。目前圍繞降低EEDI值的技術(shù)研發(fā)在不斷深入，有些已比較成熟，有些仍處于探索嘗試階段。船舶建造企業(yè)唯有緊扣法規(guī)要求、加大研發(fā)力度、加強與上下游產(chǎn)業(yè)的縱向聯(lián)系，在上述各個方面不斷實現(xiàn)創(chuàng)新突破，方能逐步系統(tǒng)地解決碳排放問題，切實及早實現(xiàn)雙碳目標，交付符合要求的低碳、零碳排放船舶。