2019年5月13日，國(country)際海事組織(IMO)海上(superior)環境保護委員會(MEPC)第74屆會議在(exist)倫敦召開，有關降低船舶碳排放的(of)措施成爲(for)國(country)際關注重點。作(do)爲(for)全球航運業監管機構，IMO一(one)直以(by)來(Come)都在(exist)推動航運業溫室氣體減排工作(do)。2018年4月，IMO制定了(Got it)航運業溫室氣體減排初步戰略，提出(out)到(arrive)2050年航運業溫室氣體排放相比2008年至少降低50%，這(this)也是(yes)全球航運業首個(indivual)關于(At)溫室氣體減排的(of)戰略。面對碳減排目标，船舶工業将從何處着手，未來(Come)船舶低碳技術将何去何從。本文對當前船舶低碳技術進行了(Got it)彙總分析，并在(exist)此基礎上(superior)對未來(Come)低碳技術發展重點方向進行分析，旨在(exist)爲(for)行業提供參考。當前船舶低碳技術發展現狀

　　船舶能效設計指數(EEDI)作(do)爲(for)當前IMO控制船舶溫室氣體排放的(of)主要(want)手段，其數值越低代表船舶CO2排放越低。2011年，IMO通過了(Got it)船舶能效設計指數，該指數代表船舶将單位載重量貨物運輸單位距離産生(born)的(of)溫室氣體排放。根據IMO要(want)求，船舶EEDI從2015年開始分三個(indivual)階段實施，目前處于(At)第一(one)階段，EEDI要(want)求低于(At)基準線10%;第3階段将從2025年1月1日開始，船舶EEDI需低于(At)基線30%。

　　從當前新建船舶滿足EEDI要(want)求來(Come)看，基本滿足EEDI第二階段要(want)求，部分船舶也能滿足第三階段要(want)求，但大(big)型船舶(尤其是(yes)散貨船和(and)油船)滿足EEDI第三階段的(of)難度較大(big)。而從IMO近期動向來(Come)看，其關于(At)EEDI的(of)要(want)求逐漸趨嚴，在(exist)MEPC 74會議上(superior)，針對集裝箱船、普通雜貨船、LNG運輸船、非傳統推進郵輪和(and)15000DWT及以(by)上(superior)氣體運輸船等12種船型的(of)船舶EEDI第三階段實施時(hour)間已經提前至2022年，其中集裝箱船EEDI折減率根據不(No)同噸位在(exist)原有基礎上(superior)有所提升。

　　從目前EEDI的(of)執行力度來(Come)看，其距離IMO實現2050年航運業溫室氣體減排50%的(of)目标還有差距，當前的(of)EEDI規定或将僅是(yes)航運業乃至船舶工業低碳排放過程的(of)一(one)個(indivual)階段性政策工具，未來(Come)不(No)排除繼續修訂更爲(for)嚴格的(of)碳排放減排規定，甚至很有可能緻力于(At)實現航運業零排放，如若實現，船舶工業将面臨嚴峻挑戰。

　　目前業界較爲(for)公認的(of)降低EEDI的(of)措施主要(want)包括使用(use)新燃料(如LNG、甲醇、乙烷等)、新能源(如風能、太陽能、燃料電池等)、船型優化、安裝節能裝置、低速航行等。國(country)外船舶企業已在(exist)相關領域開展了(Got it)大(big)量研究，技術水平處于(At)世界領先，尤其是(yes)在(exist)前瞻性技術研究方面。例如MAN、瓦錫蘭、羅·羅等企業是(yes)雙燃料發動機和(and)純氣體機領域的(of)市場領導者;芬蘭Norsepower公司旋筒風帆已應用(use)于(At)豪華客滾船;ABB正在(exist)開展燃料電池在(exist)船舶上(superior)的(of)應用(use)研究;日本郵船正在(exist)開展零排放船舶研究等。

　　除了(Got it)船舶企業積極開展綠色船舶研發，一(one)些航運公司也在(exist)大(big)力推動綠色船舶運營。2018年12月，丹麥馬士基航運公司宣布計劃到(arrive)2050年旗下船隊實現溫室氣體零排放，并且2030年首先實現零排放集裝箱船的(of)商業運營，這(this)一(one)目标與IMO提出(out)的(of)2050年溫室氣體減排50%相比也大(big)幅提高。

　　我(I)國(country)在(exist)綠色船舶領域也開展了(Got it)大(big)量研究，取得了(Got it)一(one)系列成果，部分技術研究處于(At)世界先進水平。例如外高橋開發的(of)32萬噸VLCC EEDI低于(At)基準線37.5%，達到(arrive)第三階段要(want)求，是(yes)目前獲得船級社認可的(of)最大(big)噸位雙燃料超大(big)型油船;安慶中船柴油機有限公司研制的(of)具有自主知識産權的(of)純天然氣發動機已獲得批量訂單;中遠海運已在(exist)汽車運輸船“中遠騰飛”号上(superior)安裝了(Got it)太陽能面闆等。

　　總體來(Come)看，我(I)國(country)在(exist)綠色船舶領域的(of)研究能夠滿足現階段IMO相關綠色環保要(want)求，但面向未來(Come)更高綠色環保要(want)求的(of)前瞻性技術研究仍落後于(At)國(country)外，而且我(I)國(country)建造的(of)綠色船舶部分核心配套設備如雙燃料發動機、尾氣減排裝置等仍大(big)量依賴國(country)外産品。

　　船舶低碳技術發展重點方向

　　從船舶低碳排放實現手段來(Come)看，目前造船界還沒有成熟的(of)解決方案，DNV GL此前曾表示，航運業要(want)實現IMO溫室氣體減排50%的(of)目标難度很大(big)，潛在(exist)的(of)技術措施包括LNG燃料、碳中性燃料、電池動力等。另外，按照日本郵船推出(out)的(of)零排放船舶概念設計“NYK Super Eco Ship 2050”，其通過使用(use)燃料電池、太陽能面闆、電力推進系統、空氣潤滑系統、輕質材料等技術措施實現航行過程中不(No)産生(born)溫室氣體排放。

　　雖然目前無法預測未來(Come)低排放船舶的(of)具體形式，但從DNV GL和(and)日本郵船的(of)研究來(Come)看，從實現減排目的(of)角度來(Come)看，未來(Come)業界基本将圍繞船舶總體優化和(and)船舶動力變革兩個(indivual)維度展開多種低碳技術的(of)研發與應用(use)。

　　1、船舶總體優化

　　船舶總體優化主要(want)圍繞四個(indivual)方面開展，一(one)是(yes)通過型線優化降低阻力;二是(yes)通過推進系統優化，提高推進效率和(and)燃油效率;三是(yes)應用(use)新材料，通過降低船舶質量降低能耗;四是(yes)通過安轉節能裝置，降低船舶能耗。

　　(1) 船舶型線優化

　　雖然基于(At)傳統的(of)船型優化有段降低船體阻力空間有限，且不(No)同船型減阻效果差異也較大(big)，但随着人(people)工智能及大(big)數據的(of)飛速發展，使得船型多維度參數大(big)範圍優化成爲(for)可能。美國(country)在(exist)汽車車身及零部件、飛機氣動外形、螺旋槳等領域已經成功應用(use)智能化設計技術，提高設計效率的(of)同時(hour)，性能也有顯著提升，而在(exist)船體型線設計領域，美、日、韓、歐等國(country)家也着手開展船型數據庫構建、數據挖掘、專家系統構建和(and)三維型線設計等技術研究，并在(exist)此基礎上(superior)初步開展了(Got it)人(people)工智能在(exist)船型設計方面的(of)探索研究。

　　(2) 推進系統優化

　　得益于(At)數值仿真、拓撲優化等技術的(of)發展，使得新型高效推進裝置成爲(for)可能，如美國(country)Sharrow Engineering公司推出(out)新型高效螺旋槳方案，其結構形式與傳統螺旋槳有較大(big)不(No)同，推進效率較标準系列螺旋槳推進效率提高9%～15%。此外随着信息技術和(and)發動機技術的(of)不(No)斷發展，通過發動機技術改進并配合智能管控系統，也能夠實現降低能耗延長使用(use)壽命的(of)目的(of)。

　　(3) 新材料應用(use)

　　得益于(At)新材料技術及3D打印、合金激光焊接等先進材料加工技術的(of)飛速發展，碳纖維、高強合金等新型材料在(exist)船舶建造過程中的(of)應用(use)範圍逐步擴大(big)。短期來(Come)看，碳纖維材料雖然更輕，性能也更好，但由于(At)原材料制備及加工成本較高，造船市場廣泛應用(use)仍不(No)現實，主要(want)應用(use)領域将以(by)關鍵構件及小型船艇爲(for)主;高強合金由于(At)強度高、質量輕，在(exist)大(big)型船艇将會有更大(big)應用(use)市場，尤其對于(At)大(big)型客滾船、豪華郵輪、大(big)型渡船等上(superior)部結構較高的(of)船型，合金的(of)應用(use)将有利于(At)重心控制和(and)質量控制。

　　(4) 節能裝置

　　從研發布局來(Come)看，未來(Come)船舶行業比較熱衷的(of)節能裝置将以(by)空氣潤滑系統、節能附體等爲(for)主，其中，空氣潤滑系統由于(At)降阻效果顯著，歐、日、韓等主要(want)造船國(country)家在(exist)開發空氣潤滑系統加大(big)研發和(and)應用(use)力度，日本最新提出(out)的(of)零排放船舶中也有提到(arrive)應用(use)空氣潤滑系統，也表明該裝置具有較好的(of)應用(use)前景;節能附體主要(want)包括米維斯導管、預旋定子等裝置，相關技術已經比較成熟，不(No)過在(exist)不(No)同節能附體組合使用(use)下的(of)效果目前少有研究，有望成爲(for)研究的(of)一(one)個(indivual)熱點。

　　2、船舶動力變革

　　船舶動力變革主要(want)圍繞三類能源方式展開，一(one)是(yes)LNG等清潔燃料;二是(yes)采用(use)電池動力;三是(yes)可再生(born)能源。

　　(1) 清潔燃料

　　從供應端來(Come)看，未來(Come)具備應用(use)基礎的(of)低碳燃料主要(want)以(by)LNG爲(for)主。LNG作(do)爲(for)目前應對EEDI第三階段最爲(for)有效的(of)方式，當前已實現對主要(want)船型的(of)全面覆蓋，包括油船、散貨船、集裝箱船、汽車運輸船、超大(big)型礦砂船、郵輪等。從碳排放角度來(Come)看，對于(At)集裝箱船、小型油船及散貨船，使用(use)LNG等清潔能源作(do)爲(for)動力并輔之以(by)其它減排措施，能夠達到(arrive)碳減排50%的(of)目标;但對于(At)大(big)型船舶尤其是(yes)VLCC及好望角型散貨船來(Come)講，将很難滿足IMO碳排放降低50%的(of)目标，需要(want)尋找其他(he)替代性燃料。

　　(2) 電力驅動

　　從動力來(Come)源來(Come)看，電力驅動主要(want)包括燃料電池和(and)蓄電池兩種動力形式。

　　對于(At)燃料電池動力形式，從應用(use)效果來(Come)看，氫燃料電池是(yes)未來(Come)航運業的(of)首選，尤其是(yes)近年來(Come)燃料電池技術的(of)不(No)斷進步，使得氫燃料電池在(exist)船舶領域的(of)推廣應用(use)奠定了(Got it)一(one)定基礎，但從碳排放角度來(Come)看，當今幾乎所有商業化氫燃料均源自工業生(born)産，按照DNV GL的(of)研究，過程中産生(born)的(of)二氧化碳水平實際高于(At)重油從開采到(arrive)主機消耗過程，而用(use)可再生(born)電力電解水産生(born)的(of)氫氣成本較爲(for)昂貴，諸多限制性因素使得船用(use)氫燃料電池廣泛應用(use)尚不(No)具備基礎，不(No)過随着可再生(born)能源制氫産業的(of)發展以(by)及相關技術的(of)持續改進，氫燃料電池注定會逐步推廣應用(use)，倘若IMO後續繼續出(out)台更加嚴厲的(of)碳排放政策，甚至實現零排放，氫燃料電池無疑是(yes)首選。

　　對于(At)蓄電池動力形式，在(exist)節能減排的(of)政策逐步趨嚴的(of)大(big)背景下，随着港口及河岸電力設施的(of)逐步完備，全電力推進技術在(exist)内河運輸船及港口作(do)業船等領域應用(use)範圍不(No)斷擴大(big)，但在(exist)長距離運輸船領域應用(use)範圍仍然有限，雖然柴油+電力驅動雖然能夠解決長距離運輸動力供應問題，但與IMO航運業碳排放降低50%的(of)目标仍相差一(one)段距離。一(one)種潛在(exist)的(of)解決方案是(yes)燃料電池+蓄電池動力模式，國(country)外也在(exist)開展相關的(of)研究，在(exist)降低排放和(and)長距離運輸需求的(of)雙重壓力下，燃料電池+蓄電池電力驅動有可能是(yes)未來(Come)船舶低碳技術突破的(of)重要(want)方向。

　　(3) 可再生(born)能源

　　從目前國(country)内外船舶領域可再生(born)能源利用(use)研發力度來(Come)看，未來(Come)船舶可再生(born)能源利用(use)将主要(want)集中在(exist)兩個(indivual)層面，一(one)是(yes)安裝太陽能、風能等可再生(born)能源利用(use)裝置;二是(yes)碳中和(and)燃料。

　　國(country)内外在(exist)太陽能及風能利用(use)方面均已經實現實船應用(use)，從技術應用(use)成熟度來(Come)看，太陽能利用(use)裝置主要(want)包括集中在(exist)太陽能電池闆或薄膜太陽能電池領域，通過太陽能電池産生(born)電能，用(use)于(At)提供輔助性電力供應;風能利用(use)裝置主要(want)包括風帆、風筒、天帆等，用(use)來(Come)在(exist)船舶航行時(hour)提供額外助推力，從而達到(arrive)降低主機能耗的(of)目的(of)。總體來(Come)看，未來(Come)風能和(and)太陽能仍将作(do)爲(for)船舶可再生(born)能源利用(use)的(of)重點方向，但由于(At)易受到(arrive)天氣狀況影響，故隻能作(do)爲(for)輔助性節能措施。

　　碳中和(and)燃料是(yes)可再生(born)能源開發利用(use)的(of)重要(want)方向，國(country)内外在(exist)碳中和(and)燃料研發方面正在(exist)開展積極研究，并取得一(one)系列進展。由于(At)碳中和(and)燃料以(by)生(born)物質爲(for)基礎，來(Come)源廣泛且可再生(born)，使得碳中和(and)燃料成爲(for)未來(Come)船舶燃料推廣應用(use)的(of)重要(want)方向。

　　推動船舶低碳技術發展的(of)建議

　　從國(country)内外船舶發展趨勢來(Come)看，低碳技術在(exist)船舶領域的(of)應用(use)将越來(Come)越廣泛和(and)深入，爲(for)此，筆者提出(out)如下幾點建議：

　　一(one)是(yes)密切關注國(country)際公約動向。一(one)方面做好相關政策應對措施準備，并積極參與公約制定，争取行業話語權;另一(one)方面充分發揮政策導向作(do)用(use)，鼓勵、推動船舶企業及相關科研院所開展船舶低碳技術攻關，做好船型儲備。

　　二是(yes)堅持補齊短闆與重點研發齊頭并進。一(one)方面，建議業界加快雙燃料發動機及新型燃料發動機研發步伐，打造系列化、标準化動力産品供應體系;另一(one)方面建議業界以(by)氫燃料電池産業鏈、LNG燃料電池應用(use)技術、大(big)功率電力儲能系統爲(for)重點突破口，加大(big)研發力度，依托國(country)内市場加快技術推廣應用(use)，形成應用(use)示範效應和(and)規模化應用(use)，全面推動航運業減排。

　　三是(yes)充分借鑒其他(he)行業技術。充分借鑒我(I)國(country)在(exist)光伏、新能源汽車電池技術等領域的(of)成熟技術，圍繞技術同心圓和(and)産業同心圓，充分借鑒國(country)内其他(he)行業成熟技術、發揮産業協同效應和(and)推動技術跨界融合，全面推動船舶低碳技術的(of)發展。

　　來(Come)源：中國(country)船檢