綠色船舶發(fā)展框架及技術(shù)前沿楊世知

1、 2013 第11期Framework and technology frontier on green ship development綠色船舶發(fā)展框架及技術(shù)前沿楊世知1，王磊22010年4月20日，位于墨西哥灣的“深水地平線”鉆井2012年國外研究機構(gòu)對綠色公約生效時間表做過預(yù)平臺發(fā)生爆炸并大火，隨后沉入墨西哥灣，大量原油測（圖1），其中，EEDI能效規(guī)則以及排放區(qū)已經(jīng)注入墨西哥灣，油污至少蔓延2 000平方英里，生物鏈幾近，瀕危物種或遭滅頂之災(zāi)，浮油威脅至少600種動物生效。但壓載水管理尚未生效，截至2013年6月30日，締約國為37個，占世界船舶總噸位30.32%（來源：IMO），尚未

2、達(dá)到35%的生效條件。從圖1中可以看出未來幾年排放標(biāo)準(zhǔn)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。安全，重創(chuàng)當(dāng)?shù)夭遏~業(yè)，損失不可估量。墨西哥灣原油泄漏牽動全世界的神經(jīng)，其對環(huán)境的影響使得世界人民再一次重新審視環(huán)境問題。20世紀(jì)70年代，水母侵入黑海，嗜食浮游生物、魚卵及魚苗，給鳳尾魚和鯡魚養(yǎng)殖業(yè)帶來了滅頂之災(zāi)。1990年的櫛水母侵入黑海，吞噬了當(dāng)?shù)卮罅康母∮紊铮率购诤ｔ~苗幾乎枯竭，這種水母又了地到了帶來中海。在1999年的考察報告中證實，櫛水母已經(jīng)里海，到2000年已破壞了當(dāng)?shù)氐南到y(tǒng)，并給。目前，有450嚴(yán)重?fù)p失，導(dǎo)致里海系統(tǒng)的物物種地中海，其中5

3、0%以上是通過壓載水傳播。2009年12月7-18日全球氣候會議在丹麥?zhǔn)讏D1 部分防污染公約生效時間表都腦、192個Bella中心舉行，超過85個的環(huán)境部長出席會議商討元首或首議定書一二、綠色船舶技術(shù)期承諾到期后的后續(xù)方案，就未來應(yīng)對氣候變化的全球行動簽署新的協(xié)議。這是一次被喻為“拯救人類的最后一次機會”的會議。環(huán)境問題日益凸顯，低碳、節(jié)能減排已經(jīng)成為世界各本文重點幾種有代表性的綠色船舶技術(shù)。（一）為應(yīng)對能效規(guī)則的出臺，國外船舶設(shè)計、研究機構(gòu)紛紛開展新能源應(yīng)用研究，在推進(jìn)方面，主要研究天帆、太陽能推進(jìn)、核能推進(jìn)（本文未涉及）、LNG雙國關(guān)注的焦點。綠色將成為繼化之后領(lǐng)域公約動力推進(jìn)等等；從減阻

4、方面，主要，線型優(yōu)化設(shè)的又一場。國際海事組織（IMO）作為計、整流裝置以及氣膜減阻等等；在減排方面，開展SOx、COx、NOx洗滌塔等設(shè)計研究。強的踐行者，有關(guān)油污染排放標(biāo)準(zhǔn)日益完備成熟；壓載水管理公約也早已進(jìn)入生效程序，截至2013年6月，締約國超過30個；日前又率先將碳排放納入公約體系，并強制生效；大氣排放限值區(qū)域（ECA）不斷擴大IMO有關(guān)綠色船舶公約框架雛形出具，并日益完善。一、綠色船舶公約體系及框架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)。（二）為應(yīng)對壓載水管理公約的生效，主要載水船型和貫通流船型設(shè)計。1. 天帆設(shè)計無壓天帆（Sky Sails）設(shè)計理念來源于

5、風(fēng)箏，等效于帆船。控，般布置在船艏露天甲板，可于駕駛室遙狀況下可自動切斷，目前最能提供的動力相當(dāng)于6 800hp的主機。40航運經(jīng)緯 ShipLines實船試驗數(shù)據(jù)表明，天帆技術(shù)的使用至少能節(jié)省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10%-15%的燃油，稍加改進(jìn)，可望30%，甚至。設(shè)計上有所，在一艘名為Stena AirMax的船體設(shè)計試目前該技術(shù)還處于前期摸索階段，全球近10艘船配備驗中，利用在船底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4）。在當(dāng)今燃油價格不斷上升，柴油引擎效能開發(fā)幾近頂峰的該推，主要用于可行性、性試驗。優(yōu)點：環(huán)保；性好；缺

6、點：成本較高；使用過程中情況下，這將為全球船舶設(shè)計者帶來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： 35 t；航速：5kn；主機：2x10kW。性的新選擇。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 氣膜減阻船模型試驗（縮尺比：112）4. LNG動力船據(jù)全統(tǒng)計，船舶采用柴油LNG雙動力后，柴圖2 天帆設(shè)計實例油的平均替代率達(dá)到60%70%，可實現(xiàn)硫氧化合物減排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LOMOc

7、ean設(shè)計，德國基爾Knierim85%90%，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Yaehtbau船廠建造，掛旗。該船中心船體的外殼長30的根本是公約、法規(guī)體系的之后，目前國內(nèi)正在開展米，寬15米，由4毫米厚的碳纖維增強外殼和50毫米厚的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)C70.130高密度芯材。船重60噸，其上層配備了約600管理規(guī)定等性文件有望近期生效出臺。北歐一些平方米的太陽能電池板。據(jù)商稱，該船儲存的能量能大力推廣LNG最為船舶動力，其LNG加注設(shè)施網(wǎng)絡(luò)已在缺乏陽光的

8、情況下進(jìn)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187立方米，載重84噸（圖5）。發(fā)，開始之旅。它寧靜的航行在蔚藍(lán)色的海洋上，向世界展示可持續(xù)能源的發(fā)展前景。圖3 全球首艘3. 氣膜減阻航行的太陽能動力船舶圖5 LNG動力船及LNG加注船5. 節(jié)能型船型設(shè)計瑞典著名油船公司（Stena）經(jīng)過7年研發(fā)，終海事 4

9、1 2013 第11期圖6 Rolls-Royce公司開發(fā)的節(jié)能型船首和整合型槳舵系統(tǒng)Rolls-Royce公司從上世紀(jì)70年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，能有效圖7 貫通船體（Through-Flow System Hull）和傳統(tǒng)壓載水船原理的螺旋槳尾流，減少推力損失。數(shù)據(jù)表明，僅整合型槳舵推一項技術(shù)就可有望使船舶的效率提高4-9。

10、三、影響分析近幾年IMO就環(huán)境保護等陸續(xù)出臺若干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，從壓載水的管理，到無石棉的要求，再到2013年1月1日的理而產(chǎn)生的海洋生物危害巨大，因此國內(nèi)外部分研究能效規(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分為三種，分別為：性。目前壓載水船舶理念有大致可密西根大學(xué)研發(fā)設(shè)計的貫通流系系列議題在全世界范圍引起廣泛熱議，其中以世就碳界氣候大會的召開尤為突出。和發(fā)達(dá)統(tǒng)船體（Thro

11、ugh-Flow System Hull）造船研究中心排放標(biāo)準(zhǔn)、碳排放的責(zé)任劃分等展開激烈角逐，最終諸國（SRC）提出的無壓載水船舶（NOBS）理念、荷蘭特大學(xué)試造的單一結(jié)構(gòu)船體。無果而返，和西方發(fā)達(dá)無法就碳排放的控制問題、分工問題達(dá)成一致。另一方面，以西方發(fā)達(dá)為其本和荷蘭的無壓載水理念較相近，均是以改主導(dǎo)的IMO強制通過了碳排放標(biāo)準(zhǔn)及生效日期。且不談碳排放責(zé)任分?jǐn)傊贫鹊暮侠硇裕贗MO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，如何讓的造船業(yè)走出低效、低端、低競爭力的局面是我們

12、整個社會層面需要重視和探討的問題。我國雖是造船大國，但躋身造船強國行列尚需時日。變船體浮性以達(dá)到無壓載水目的（在此不作）。貫通土生物船體設(shè)計目標(biāo)既可阻止壓載水中的非本，又無需使用昂貴的殺菌。嚴(yán)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(dá)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(jìn)入，船尾排出，并形成的流場。從某種意義上來說，這種船舶更像潛艇，部分船體是開放的，緩慢的海水始終充滿了整個船底目前，我國造船業(yè)的最大問題，主要是各方各自為戰(zhàn)，部以取代壓載水的作用。由于采用的始終是當(dāng)?shù)睾Ｓ虻暮＜惫?，技術(shù)上淺嘗輒止，管理上停滯不前。如今水，因此造成外來物種這一情況。性、安全性、裝載量等方面發(fā)展已步入一個十字路口，造船業(yè)向左轉(zhuǎn)、還是從結(jié)構(gòu)上來講，為了在向右轉(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，同于典型遠(yuǎn)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，