关于船舶行业低碳化的研究

1、关于船舶行业低碳化的研究与实践摘要 在新船型开发方面，要根据市场形势和航运模式的变化，开发既能提高运营效率，降低排放，又能降低运营成本、安全环保的船型。此外，船舶设计单位要自始至终加强与船东的沟通合作。比如：通过安装压载水处理设备、提高柴油机性能或将船舶废热进行回收利用等措施，可以提高船舶的运营效能。关键字 低碳船舶，新船能效设计指数EEDI，绿色造船，HSE安全管理体系，节能减排，IMO,绿色海运，气腔，风帆系统一引言走发展低碳经济之路，加快转变经济发展方式是我国当前的一项重要任务，同时也是当今世界的一大潮流。船舶行业作为我国十大振兴产业之一，落实低碳发展也有着极大的现实意义。因此，我国船舶

2、行业的发展无论从长远利益还是从可持续发展战略角度考虑，走“绿色造船”的发展之路是大势所趋。二绿色造船现实背景的调研报告2.1国际海事组织新标准自2000年起，国际海事组织IMO开始对温室气体效应进行研究。IMO海洋环境保护委员会规划指出，未来将针对新船舶设定CO2排放指数加以规范，并考虑制定船舶营运时CO2的操作指数、CO2测量的基本方法、CO2的减排机制(包括碳税全球征收、温室气体交易或清洁发展等机制)、最佳实务指导书等方案。2009年7月，国际海事组织IMO通过了一揽子自愿性的技术，制定了新船能效设计指数（EEDI）计算方法临时导则和能效设计指数自愿验证临时导则，推出了“新造船舶能效设计指

3、数”这一概念作为新造船舶能效衡量标准。 EEDI指数是衡量船舶能效水平的一个指标，简单来说，其公式是根据二氧化碳排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。这一概念将新造船二氧化碳设计指数采用的排放与效益之比改为节能，减排和效益之比，进一步强调了国际船舶的节能减排增效目标。此外，根据IMO的规定，2010年满25年的单壳船须拆解，未满25年的可以在港口国和船旗国的批准下继续运营到2015年。2008年8月IMO发布技术规范，要求2009年1月1日后开始建造的客货船必须满足最新修订的SOLAS（国际海上人命安全公约）规范，包括油船和散货船共同结构规范CSR、涂层新标准PSPC、燃油舱保护规则以及船舶

4、气体排放标准等规范，这对造船业也提出了更大的挑战。2.2船舶业的排碳现状船舶系统一向被认为是最清洁的运输方式，但IMO的一组研究报告数据显示，2007点船舶行业排放10.46亿吨二氧化碳，约占全球排放总量的3.3%，到2020年估计将进一步增长。国际油轮独立船东协会也发布了类似的研究报告。这些报告显示全球远洋航运与海贸的快速成长和燃油消耗增加了二氧化碳对全球环境的影响。报告称，若再不加以改善，至2020年，水运船舶排放二氧化碳量将在目前温室气体的排放量基础上增加75%，达每年14.75亿吨。2.3我国低碳造船的基本要求目前，国际上许多知名船厂和航运公司都纷纷出台措施，积极应对低碳时代的到来。而

5、这一情况对我国这个新兴的造船大国来说，冲击和影响将是多方面的。面对低碳要求，积极开发新技术，转变产业发展方式，加速船舶产品结构调整与优化升级，促进船舶从建造到运营,拆解的全寿命周期的绿色环保是中国造船业最现实和必然的选择，也是中国造船业应对低碳挑战，顺应世界造船业发展的突破之路。具体来说，船舶企业应加快步伐，多管齐下，从船舶的设计阶段开始，到船舶建造，运营的全过程，始终贯穿低碳理念，通过运用新技术、采用新设备和开发新船型打造低碳船舶，为增强在未来船舶市场中的竞争力增添筹码。三各国造船业低碳化现状比较 目前世界各国都在积极探索低碳技术在造船业上的应用，日本，韩国和欧盟各国都在各方面取得了突破，研

6、发出了许多实用的低碳船舶技术，以下是现状的比较：国家低碳船舶发展发展现状欧盟欧盟船用超低排放燃烧高效率柴油机研发项目现已完成第一阶段，实现了燃烧消耗降低1.4%，NOx减排50%，SOx减排90%，碳氢化合物减排20%。同时欧盟还致力于研究利用风能，太阳能，液化天然气的情节能源作为船舶动力的技术。德国开发出世界第一艘风动力货船“白鲸天帆号”；挪威船级社已设计出一艘利用液化天然气作为燃料的新概念集装箱船；荷兰DK集团已开发出气腔系统技术，用气腔代替船底表面，能减少摩擦阻力，提高燃油效率。韩国正在开发新的、价值高的产品，结合海上平台和传统轮船的技术，注重研发高科技的，以节能环保为代表的低碳船舶产品

7、。韩国ST X研发出“绿色之梦”生态环保船舶，最多可节省50%的燃料费用，在节约燃料，利用太阳能等方面走在前列。现已建造了世界上第一艘搭载太阳能电池面板的“AURIGALEADER”号。日本已开发能够将二氧化碳排放量削减30%的新型环保船舶和可以减少五成的二氧化碳排放得环保型汽车运输船，目前已经先后开发出了“降低风压居住区”、“船用吸收式冷冻机”和“MT-FAST”等多种船舶环保配套产品。日本大岛造船目前已经基本开发完毕能够降低30%温室气体排放量的新型巴拿马型散货船，另外大岛造船还在大灵便型散货船、煤炭运输船等领域研发节能环保新型船舶。旨在降低氮氧化物排放的“还原脱硝装置”将在2011年5月

8、完工的9万吨运煤船上实现实船搭载。中国中船集团公司第七八所现已出新型宽体4700TEU集装箱船船型。通过优化船舶线型，合理配置推进装置，该船在低速航行时性能良好，排放指数低，能满足最新的规则、规范要求；大连船舶重工集团有限公司开发的11万吨阿芙拉型成品油船在新船能效设计指数方面更是大幅低于目前丹麦和中国各自提出的基线值，具有很强的超前性。其新开发的新型32万吨VLCC是目前国内满足结构共同规范的载重量最大的VLCC，满足新涂层标准；在管理方面沪东中华造船建立的HSE（健康、安全、环保）安全管理体系已被认为行之有效。四船舶业低碳化的具体措施4.1以低碳理念贯穿设计和制造过程中国船舶工业正在面临一

9、个发展模式转型的过程，建设资源节约型的船舶工业迫在眉睫。业内人士指出，包括船型开发、设计、制造、营运和全生命周期的服务，中国造船业摆脱低成本竞争的出路在于采用绿色模式，以低碳技术提升行业竞争力。总的来说要从设计环节抓起，使各类船舶产品符合绿色标准，一方面是开发替代能源船型，包括风能、核能、太阳能以及混合能源的船型；另一方面就是在船型设计、制造和营运过程中尽量减少碳排放。 在推动低碳船舶发展过程中，船舶设计是关键，因此，从船舶设计之初就要有低碳的理念。具体来说：首先，从船舶自身特性角度考虑，优化船舶的线型设计是降低船舶航行阻力的最直接有效的方法，而船舶的线型是整个船舶设计过程中含金量最高的环节，

10、既需要丰富的设计经验为背景，也需要有先进的流场分析软件做辅助，同时还需要在成熟的水池进行多次的拖模实验做保证。其次，船舶推进系统的匹配程度也是影响船舶能效性的一个重要方面，为了避免出现“小马拉大车”和“大马拉小车”等不经济的匹配形式，需要对推进系统进行认真分析，而这种分析的衡准具有很高的难度，国内的船企和研究院所一直以来都在进行这方面的深入研究。此外，各种改善船体伴流场的辅助装置已经得到了广泛的应用，同时余能回收再利用的技术也在不断的进步中，所有这些都在共同促进船舶实现更低的能耗。在新船型开发方面，要根据市场形势和航运模式的变化，开发既能提高运营效率，降低排放，又能降低运营成本、安全环保的船型

11、。此外，船舶设计单位要自始至终加强与船东的沟通合作。比如：通过安装压载水处理设备、提高柴油机性能或将船舶废热进行回收利用等措施，可以提高船舶的运营效能。然而，这些设计将会带来船舶设计和建造成本的上升。因此，船舶设计单位应该与船厂和船东充分沟通协商，找到一个船舶环保性能与成本之间的平衡点。除此以外，船舶设计环节不仅决定着新造船的型式、尺寸、结构、生产成本和建造周期，而且对船舶的使用效率及排放性能也有极大影响。基于此，船舶设计人员应彻底改进线型设计、结构布局、轮机性能、船体涂层等方面的设计方法，大胆采用新技术、新材料，使船舶在燃油效率、排放标准、动态航行能力、尾部涡流能量利用以及低养护率等方面具有

12、独到之处，从细节着手，充分迎合乃至引导船东对绿色船舶的设计需求。在具体设计层面，由于一些设计院所目前尚缺乏充分的计算工具，新船的船体一般是根据其在平静水域航行中的最佳性能而设计的，而在实际海上航行时，船体往往会受到诸如海浪、海风等外力影响，增加船体航行阻力。因此，优秀的船体设计应该既考虑平静水域，也要考虑海上航行情形，提高船舶航行过程的航向保持能力以及耐波性能，进而提高船舶主机的推进效率。同时，鉴于采用诸如玻璃纤维复合夹芯板、玻璃钢材料等轻质材料可以使船舶在现有基础上有效地降低自重、提高装载能力，进而降低船舶油耗和二氧化碳排放量，船舶设计人员应主动寻求船板的替代品，设计出更加环保的船舶。轻质材

13、料可大大降低船舶的运行成本，在船舶建造过程中，要充分考虑到对环境的影响。在这一方面，沪东中华造船建立的HSE（健康、安全、环保）安全管理体系值得借鉴。这种低碳建造方式是采用先进的适用技术和工艺，推行精细化和数字化造船，以减少或消除环境污染，提高资源和材料的利用率；同时使用大量低碳材料，也就是容易回收、便于加工、无毒无害、性能高效的材料；此外采用低碳管理方法在造船生产管理过程中，不断改善作业环境，不断提升现场管理水平，同时采用先进设备，高效使用材料和能源，减少对环境的污染。此外，平沙江龙船舶公司制造的两艘上海世博会游览船荣获了“15周年特别奖”，这是广东省唯一一个制造世博会船获奖的企业。这两艘获

14、奖的世博船船体采用钢板制作，上层建筑部分采用玻璃钢制作成型，这种复合型造船工艺属国内先进技术。它充分将钢质船的防碰撞、平稳性、安全性等特点与玻璃钢外型优美的良好工艺相结合。 在这两艘船上部都设有太阳能板，选用了风、光互补电作为清洁能源，可利用风力发电机及太阳能收集到的能量用于夜间装饰照明及舱内照明用电，契合了世界节能环保的思想。这一设计理念也有很大的借鉴价值。目前，我国在低碳船舶的研发方面尚处于起步阶段，但国内一些先进的船舶设计单位和船舶建造企业近年来在这方面已经进行了积极的探索，并取得了一定的成果。相信在可以预见的将来，低碳船舶将成为未来船舶市场的主导，国内船企没有别的出路，只能尽快投身到低

15、碳船的开发中去，才能在未来的船舶市场竞争中抢得先机。 4.2发展低碳化的船舶营运作为世界经济的晴雨表，航运业的碳减排受到国际社会的广泛关注。根据国际油轮独立船东协会的研究报告，航运业每年排放的二氧化碳约占全球总排放量的6%。自2009年哥本哈根会议之后，低碳经济的概念被提升到了前所未有的高度，而低碳船舶必然是未来船舶的发展方向。海运业的温室气体排放尽管尚未纳入减排义务范畴，但这个行业在积极减少本行业排放问题。海运业至少有四个方面发因素导致海运减排压力巨大，首先是日常航运过程中温室气体排放，其次是船只本身的排污问题，第三是船只解体后的处理问题，第四是日常运输过程中的污染物。海运减排空间巨大，以运

16、输过程中温室气体排放为例，通过调整船速即可大幅度减少海船发动机的排放，同时还可以达到减少燃料成本的效果。尽管世界经济正遭受金融危机的冲击，造船业的发展也受到影响，但金融危机让各国更加关注长远的，战略性的可持续发展，能够在危机中率先采取行动进行改造的行业与企业，必将在经济回暖时成为赢家。目前，IMO实施船舶CO2减排政策，将进一步推进我国海运业进行深入、细致的技术改造和综合管理水平的提高，提高中国企业的综合竞争实力。因此，短期可能会有一定的经济成本，但长期有利于企业的竞争力，有利于社会的进步。 综合来看，IMO实施船舶温室气体减排，势必对我国海运业产生冲击，但这是低碳经济发展的必然趋势，相关业界

17、应抓紧时间，从技术上有所突破，尽快提升核心技术能力，这样才能在新一轮国际标准权益竞争中占得一席之地。我国发展绿色航运，一方面要通过加快船队的更新速度，淘汰老旧船只，实现结构调整，建立一支现代化、能源节约型和环境友好型的船队；另一方面是通过改善管理水平，降低燃油单耗、润滑油单耗和燃油的轻重比例。国家层面来说:由于低碳经济时代到来，改革能源资源类产品定价体制不可避免。为提高资源配置效率，实现产业转型，促使国家经济结构进行根本调整，国内必须推进能源资源类价格改革，建立一套更能反映市场运行规则的能源资源类价格改革机制。一是要组织科技攻关，编制发展规划。在能源科技上取得新突破，是解决日益严重的环境污染和

18、能源问题的根本出路；二是要制定优惠政策，搞好试点示范。政府要高度重视发展低碳经济，要制定优惠扶持政策，用政策来引导低碳经济健康快速发展。从航运企业层面来说：航运企业作为一个市场个体，也要积极应对低碳经济带来的问题，必须提升低碳意识，节约运输成本，提高运输质量和速度。同时引进专业人才，必须加快技术研发，提升产业核心技术能力。否则，一旦被发达国家形成产业标准和技术垄断，中国航运企业将在发展自主环保技术上举步维艰。从现在开始积极准备，以使在未来的竞争中获得技术优势。低碳经济即将到来，将对航运业甚至整个实体经济产生巨大冲击，这几乎是对航运业一次重新洗牌的过程，我国的航运企业必须积极应对，早作准备。作为

19、一个海运大国，我国有责任也必须适应目前的船舶业减排形势。因此在政策上应紧密结合IMO的发展动态，研究出台相关行业管理政策和法规；在产业上应继续强化海运业的能源节约和产业结构优化,加速企业的硬件设施改造 ；在管理上，努力提高企业的综合管理水平，坚持推进船舶节能减排措施，抓好监 督落实，综合控制船舶二氧化碳排放。并始终坚持科技进步和科技创新是提高船舶二氧化碳减排的最有效途径，充分发挥科技进步在船舶二氧化碳减排中的先导性和基础性作用,在船舶工业领域积极创新，大力发展新能源，可再生能源技术和节能新技术,促进碳吸收技术和各种适应性技术的发展,加快科技创新和技术引进步伐为应对船舶二氧化碳减排、增强可持续发

20、展能力提供强有力的科技支撑。此外，应积极参与目前IMO有关船舶二氧化碳减排的研究工作，一方面能够展示我国的积极姿态，另一方面通过积极参与技术规则制定，可以从技术角度为我国相关业界争取主动，有效保护我国海运业的国际竞争能力。为此在交通运输部、工信部的领导下，国内业界积极参与基线公式的验证能效指数公式的制订工作，并在MEPC57、MEPC58以及GHG会间会上提交中国提案，从原则立场以及技术方面抵制对中国的不利因素。 4.3我国船舶业低碳化的成功案例作为国内首屈一指的船舶设计单位，中船集团公司第七八所在低碳船舶设计方面开展了大量研发工作。该所去年与中海集装箱运输股份有限公司合作，从船舶实际运营需求

21、出发，研发出新型宽体4700TEU集装箱船船型。通过优化船舶线型，合理配置推进装置，该船在低速航行时性能良好，排放指数低，能满足最新的规则、规范要求。尽管目前船市低迷，但由于该船型符合市场发展方向，满足了船东需求，刚推出就获得了订单。今年该所针对现有的29.7万吨和30.8万吨VLCC船型，通过与国外同类船型进行全面技术对标，明确了自身的优势和差距并认真收集了船东和船厂的反馈意见，汇总了目前最新的国际规则、规范，分析了未来规范体系的发展趋势，确定了船型优化的目标。该所将围绕低碳船舶设计理念，从船体设计、船用设备系统设计、营运需求和建造便利性等角度出发，对船舶线型进行持续优化，以降低船舶油耗；选

22、用合适的动力设备，降低排放指数；选用合适的压载水处理装置等新设备，并进行合理布置，减少船舶对环境的污染；积极采用成熟可靠的技术，实现更高的节能减排目标。虞赉表示，七八所下一阶段将持续对现有三大主力船型的重点船型开展更新换代工作，全面提升船型的能效水平，降低船舶的排放指数，提高其竞争力。 在低碳船舶研发方面，大连船舶重工集团有限公司走在了国内船舶建造企业的前列。据相关负责人介绍，该公司对于低碳船舶的研究始于2008年下半年，正当国际海事组织提出新船能效设计指数（EEDI）之时，大船重工就成立了EEDI研究小组，对世界各国、各非政府组织关于EEDI的相关提案进行了全方位的解读和分析。该小组同时紧随

23、MEPC会间会及MEPC（59）次会议的步伐，针对新船能效设计指数计算、实船能效指数验证、市场机制方面都进行了深入探讨，并形成了新船能效设计指数的计算标准以及实船能效指数验证的相关意见，对大船重工的主力船型进行了全面的普查。在三大主力船型开发方面，大船重工在国内同行中率先考虑了EEDI，新开发的船型顺应市场发展方向，符合低碳经济发展要求，具有一定的市场前瞻性，提高了大船重工新产品开发的原创能力。该公司新开发的11万吨阿芙拉型成品油船在新船能效设计指数方面更是大幅低于目前丹麦和中国各自提出的基线值，具有很强的超前性。其新开发的新型32万吨VLCC是目前国内满足结构共同规范的载重量最大的VLCC，

24、满足新涂层标准，适用于针对2011年以后建造的船舶规定的“NOx排放第二层规定”以及2012年以后可能生效的控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约等国际规则。同时该船的空船重量指标在国内最轻，达到日、韩同类型船的先进水平。该型船一推向市场即受到船东欢迎，一举得到6艘船的订单，这在船市低迷时极为少见。中船集团公司正在加紧设计和研发20种环保型船舶，沪东重机有限公司研制出满足国际海事组织Tier排放标准要求的低速船用柴油机等。这些优秀的船舶设计，不仅可以帮助船企降低建造成本及难度，缩短建造周期，还可以降低船舶使用过程中的运营成本、环保成本和维护成本，为船东节省资金投入。因此，广大船舶设计机构以及船企

25、要充分运用绿色设计理念，开发出高效、环保的优秀船舶，使之成为我国船舶设计产业走向国际的突破口。真正意义上的绿色船舶能够在降低对环境影响的前提下，以更少的燃料运输更多的货物。同时，通过灵活设计，使船舶充分适应于未来航运市场的变化，并保证船舶高效、可靠的操作性能。上海船舶研究设计院船舶设计部专家表示，满足这些特性的船舶势必会成为未来船舶市场的主角，而设计出这类船舶的设计机构及船企无疑将当仁不让地成为市场洗牌游戏里的“庄家”。此外，上海沪东中华船厂，上海外高桥船厂等国内大型船厂在低碳船舶研究方面都有着许多值得借鉴的经验。相信通过众多研发院企的交流互动，我国船舶业的低碳化进程将会实现又好又快发展。五低

26、碳技术的创新设计运用在充分考察和调研的基础上，本人设计了一艘运用风帆动力和气腔底的低碳清洁船。以下是基本原理介绍。首先，风是自然界中取之不尽的能源。大气中所含的风能估计为2700×10(12)W，充分利用风能可以有效缓解对燃油的消耗。该船设置了四叶大风帆，在风力许可的情况下，可以展开风帆，利用风能运行。风帆设置在带有导电线的桅杆上，桅杆可以360°调节转向，并通过导电线连接到蓄电池上，在接受风力力矩的同时，还可以对船用蓄电池进行充电。采用上述技术方案，该风帆船可以利用海上丰富的风力资源来行驶并提供用电设施得电能，并且具有无论顺风、逆风或者侧风行驶，均能获取到足够的风能的特点。其次，船底运用了气腔底技术，旨在替代传统的船体平底表面，通过减少船体表面的