牟繼冰 MU Ji-bing

（1.大連海事大學(xué) 交通運(yùn)輸管理學(xué)院，遼寧 大連 116000；2.大連楓葉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （大連港務(wù)專修學(xué)院），遼寧 大連116036）

近年來，節(jié)能減排成為全世界關(guān)注的話題。氣候變暖帶來的全球性災(zāi)難已經(jīng)觸目驚心。2011年11月德班氣候大會(huì)宣布將制定法律工具或法律成果來約束各國的減排工作。在已采取的一系列行之有效的措施中，本文將就各國海運(yùn)船舶采用的節(jié)能減排方式作一簡單介紹。

1 全球環(huán)境下的節(jié)能減排目標(biāo)

國際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2010年全球二氧化碳排放量達(dá)到有史以來的最高值306億噸。荷蘭環(huán)境評估局公布的數(shù)據(jù)顯示，2007年中國二氧化碳排放量約占世界總體的四分之一，居世界首位。人均碳排放總量超過5噸，2010年則達(dá)到6.8噸。2009年哥本哈根氣候大會(huì)，中國承諾，2020年，我國單位GDP二氧化碳排放量將比2005年減少40%~45%。在國內(nèi)，交通運(yùn)輸部在 “十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出，到2020年，中國營運(yùn)船舶的單位運(yùn)輸貨物周轉(zhuǎn)量能耗要降低15%，二氧化碳排放量減少16%。

2 海運(yùn)船舶常見的節(jié)能減排方式

海運(yùn)船舶節(jié)能減排方式有很多，包括采用新型的更為清潔的能源作為船舶動(dòng)力、采用新型材料建造船舶。或者從航運(yùn)角度，采用經(jīng)濟(jì)航速。無論站在哪個(gè)角度，世界各國都展開了很多的嘗試。

2.1 新能源船舶

柴油，是目前世界上各類船舶的主要能源。由于其燃燒后產(chǎn)生的NOX、SO2等氣體對大氣的嚴(yán)重污染，迫使船舶制造商不得不為船舶尋找更為清潔的新型能源作為動(dòng)力。近年來，造船業(yè)所采用的新型能源主要有太陽能、氫能、風(fēng)能、核能、天然氣、生物能、海洋能等。

2.1.1 太陽能

太陽能是一種新型的可再生能源，現(xiàn)代科技利用太陽能發(fā)電為船舶提供動(dòng)力。

2011年8月，世界最大的太陽能動(dòng)力船舶 “星球太陽能號(hào)”抵達(dá)香港，這是它環(huán)球之旅的其中一站。該船的太陽能板約500多平方米，最高航速達(dá)15海里，即使在缺乏陽光的情況下，一次充電的能量也可維持3天的航行。該船造價(jià)為1 000萬歐元，耗時(shí)13個(gè)月。

太陽能安全無污染，不消耗其他地球資源，不會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)。船舶行駛在海面上有絕佳的采光條件，敞露的輪船表面又適宜鋪置大面積太陽能板。這些優(yōu)勢使太陽能在全球領(lǐng)域節(jié)能減排的呼聲下，受到航運(yùn)界的更多關(guān)注。

2.1.2 氫能

氫能，是氫的化學(xué)能，屬于二次能源，目前廣泛應(yīng)用于宇航飛船。它是最清潔的可再生能源之一，對環(huán)境的友好度很高，因此成為船舶的又一種新型動(dòng)力。

氫能來源于水，燃燒后又還原成水，不污染環(huán)境。氫氣無味無毒，即使發(fā)生泄漏，也會(huì)遠(yuǎn)離地面，在純度高于75%時(shí)，性質(zhì)更為穩(wěn)定，發(fā)生爆炸的系數(shù)較低。

現(xiàn)有的船舶常規(guī)動(dòng)力機(jī)械稍加改造，既可用氫代替煤和石油作為動(dòng)力，這使得氫能更加受到環(huán)保組織的關(guān)注。當(dāng)船舶行駛在海上，周圍存在著取之不盡的電解水——海水。利用海上的有利條件，收集太陽能，既可以在陽光充足的時(shí)候利用太陽能作為動(dòng)力，又可以利用太陽能電解海水制氫，作為儲(chǔ)備能源。無需像柴油船舶一樣，靠岸獲取能源。

2007年，冰島氫能公司利用歐特克解決方案設(shè)計(jì)出了世界上第一艘配備氫能的商用船。這是一艘重達(dá)130噸、可搭乘150名乘客的觀鯨旗艦船。該項(xiàng)舉措，為船舶搭載氫能注入了一劑興奮劑。

2.1.3 風(fēng)能

風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。風(fēng)能在地球上分部廣泛，儲(chǔ)量很大，可再生，永不枯竭，而且不產(chǎn)生任何污染。

隨著科技的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的成本一降再降，現(xiàn)在已經(jīng)遠(yuǎn)低于太陽能發(fā)電。研究表明，風(fēng)力發(fā)電的成本為4~8美分/（kW·h），而太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱力發(fā)電的成本分別是50~100美分/（kW·h）和12~30美分/（kW·h）。與煤電相比，風(fēng)力發(fā)電將減少CO2 820~910 t/（GW·h）。目前，風(fēng)力發(fā)電成本已經(jīng)降到了20世紀(jì)80年代的六分之一，并且繼續(xù)下降[1]。

風(fēng)在海洋上的強(qiáng)度要比陸地大很多，船舶行駛在海上有很合適的條件利用風(fēng)能。但是，海洋上的風(fēng)分布也不是很均勻，有些地方可能風(fēng)平浪靜，有些地方又可能狂風(fēng)大作以至于折損風(fēng)帆?？紤]到以上的各種情況，各國在制造利用風(fēng)能為動(dòng)力的新能源船舶時(shí)，也采用了相應(yīng)的對策。

1980年8月，世界上第一艘風(fēng)帆油輪 “新愛德丸號(hào)”建造于日本，截止到2004年日本已有14艘以風(fēng)作輔助動(dòng)力的船只航行在海上，它們的耗油量僅為普通機(jī)動(dòng)船的75%[2]。

這些船舶雖然采用了風(fēng)能這種新型能源，但仍然以主機(jī)為主，風(fēng)帆為輔，同時(shí)也注意到，當(dāng)風(fēng)向不合適的時(shí)候，可調(diào)整風(fēng)帆的角度，風(fēng)力過大時(shí)，也可將其放倒。至于風(fēng)力的儲(chǔ)存，德國柏林的普倫茨勞啟用的一座風(fēng)力混合發(fā)電站，可將風(fēng)能以氫的形式儲(chǔ)存起來，在無風(fēng)情況下繼續(xù)提供 “綠色能源”。船舶在利用風(fēng)能的時(shí)候，也可以考慮是否能將能量儲(chǔ)存以備不時(shí)之需，或者干脆采用包含了風(fēng)能的混合動(dòng)力。

2.1.4 核能

核能，是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。核能發(fā)電作為船舶的動(dòng)力，是一種近乎零排放的清潔能源，全球有相當(dāng)數(shù)量的潛艇正在使用這種能源。此外，最引人注目的是，少量的核燃料就能夠產(chǎn)生巨大的能量。一艘新型核動(dòng)力航空母艦可以航行10多年而不必加燃料，一艘3萬噸級油輪在不計(jì)補(bǔ)充核燃料條件下，航行一萬海里僅消耗一公斤U 235，同樣這條油輪若采用燃油航行同樣距離，則要消耗1 200噸柴油[3]。

1962年美國商用船舶 “薩娃娜”號(hào)建成，并于1964年下水航行，1970年退役。其中，在1968年曾經(jīng)換過一次核燃料。俄羅斯則有9艘核動(dòng)力破冰船。德國、日本等也都在商用船舶上采用過核能源作為船舶動(dòng)力。

但是，核能源仍然飽受爭議。迄今為止，仍有一些港口拒絕搭載核燃料的船舶?？?。不僅因?yàn)榉派湫晕镔|(zhì)危險(xiǎn)性非常大，一旦污染港口、城市或者街道將帶來難以估量的損失；而且很多非政府組織一直在持續(xù)抗議核設(shè)施的應(yīng)用，這給當(dāng)?shù)卣矌砗芏鄩毫?。商用船舶若采用核?dòng)力行駛在海上，在當(dāng)今的國際形勢下，也必須加大保安力度，以防止恐怖分子打什么算盤。再者，核廢料該如何處置？處理不當(dāng)?shù)暮筮z癥和所需的費(fèi)用也需要仔細(xì)思考。

2011年日本地震所引發(fā)的核泄漏，讓很多人又想起切爾諾貝利核電站的事故。因此，核能應(yīng)用在商用船舶上，仍然有一段艱難的路需要走，包括技術(shù)上的和民眾心理接受程度上的。

2.1.5 天然氣

天然氣談不上是純粹的新能源，因?yàn)樗紵螽a(chǎn)生的依然是二氧化碳，只是排放量要少很多，同樣熱值下比石油少30%，比煤炭少50%。再者成本低廉，天然氣發(fā)電的成本僅為太陽能成本的六分之一。另外還有清潔干凈、安全性較高等優(yōu)點(diǎn)。因此，也成為船舶動(dòng)力可以考慮的能源之一。

2011年12月，山東內(nèi)河第一艘液化天然氣混合動(dòng)力船在京杭大運(yùn)河中首航。該船由普通原動(dòng)力船舶改裝而成，天然氣的能耗約占70%，柴油30%，改裝后節(jié)能達(dá)25%。

2.1.6 其他能源

包括生物能、海洋能等等。它們作為新型能源也受到很多關(guān)注，但目前應(yīng)用仍然不是特別廣泛。

2.2 新材料船舶

玻璃鋼，又稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料，是一種將玻璃纖維和合成樹脂復(fù)合在一起的材料。它可以代替鋼和木材建造小型船舶，如漁船、游艇等。

玻璃鋼輕質(zhì)高強(qiáng)，能夠提升船舶的航速，減少阻力。玻璃鋼船比同尺寸鋼船節(jié)省燃料近10%，減少了對環(huán)境的污染。耐腐蝕性能好，在海洋中行駛，可以減少海水和微生物的腐蝕，使用壽命更長，維修費(fèi)用降低。另外，它的電性能良好，微波透過率高，不反射雷達(dá)波。

世界上的玻璃鋼船已有200多萬艘，目前，美國近海捕撈的漁船，幾乎皆為玻璃鋼制造，木質(zhì)漁船已全部淘汰，每年用于造船的玻璃鋼量達(dá)20萬噸以上[4]。

以太陽能為動(dòng)力的 “星球太陽能號(hào)”幾乎全部采用輕質(zhì)高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料制成，船體主要材料為碳纖維，中心船體由碳纖維增強(qiáng)外殼和高密度芯材構(gòu)成，目前正在進(jìn)行環(huán)球航行。

2.3 經(jīng)濟(jì)航速

船舶在建造時(shí)，都已經(jīng)確定了一個(gè)設(shè)計(jì)航速。航行時(shí)的實(shí)際航速，通常與設(shè)計(jì)航速相近。此時(shí)，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，燃燒最充分， “每千瓦小時(shí)油耗”也最低。

在燃油價(jià)格攀升，貿(mào)易量減少以及海員工資待遇提升等一系列問題出現(xiàn)的時(shí)候，航運(yùn)企業(yè)成本加大，這時(shí)最適宜采用經(jīng)濟(jì)航速，不僅減少航運(yùn)企業(yè)的損失，而且也為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。船舶航行一海里所需費(fèi)用最低的航速稱之為船舶的經(jīng)濟(jì)航速，即 “每海里燃油消耗”最低的航速。這個(gè)速度可以減少燃油消耗，降低成本，減少了排放量。如果航速降低10%，則主機(jī)功率下降27.1%，燃油消耗量減少19%；如果航速降低20%，則主機(jī)功率下降48.8%，燃油消耗量減少36% ，從而可以看出采用經(jīng)濟(jì)航速，節(jié)能效果明顯[5]。但是為了保證柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不宜偏離設(shè)計(jì)航速太多，比較理想的結(jié)合點(diǎn)應(yīng)為航速降低10%左右。

3 關(guān)于節(jié)能減排方法的認(rèn)識(shí)

海運(yùn)船舶節(jié)能減排的方式有很多，各有其優(yōu)勢與不足。在目前的情況下，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，航運(yùn)界可以采用經(jīng)濟(jì)航速。從成本的角度上，造船業(yè)可以改進(jìn)現(xiàn)有的船舶設(shè)備，以達(dá)到節(jié)能減排并且節(jié)省資金投入的目的。若從長遠(yuǎn)看，采用新能源才是更有效的、更值得關(guān)注的節(jié)能減排方式。正如上文所述，一些新能源不僅減排，而且?guī)缀跏橇闩欧牛粍t保護(hù)了環(huán)境。二來隨著地球的能源缺口越來越大，造船業(yè)有義務(wù)尋找新的能源替代品，這會(huì)促進(jìn)造船業(yè)和航運(yùn)界的可持續(xù)發(fā)展，也為人類其他行業(yè)提供了一個(gè)方向和希望。

雖然，各種新能源仍然在試用階段，或者還有很多美中不足的地方，比如風(fēng)能在獲取方面的不穩(wěn)定性、太陽能初期投入的資金比較多、核能危險(xiǎn)性比較大等，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，相信很多問題都有可以解決的方法。新能源，必將成為未來最受矚目的節(jié)能減排方式。

4 結(jié)束語

節(jié)能減排是需要全世界共同行動(dòng)起來的事情，它關(guān)系到人類未來的發(fā)展，每個(gè)行業(yè)甚至每個(gè)人都有義務(wù)關(guān)注并踐行節(jié)能減排的各種方式。對海運(yùn)船舶而言，無論是造船技術(shù)中采用了環(huán)保能源或者新型材料，還是航運(yùn)界考慮到了經(jīng)濟(jì)航速，都會(huì)給我們的環(huán)境帶來更多的希望。

[1] 趙世明，姜波，徐輝奮,等.中國近海海洋風(fēng)能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景分析[J].海洋技術(shù)，2010（4）：117-121.

[2] 吳新憲.太陽能和風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用分析[D].武漢：武漢理工大學(xué) （碩士學(xué)位論文），2010.

[3] 李箭.淺談船舶節(jié)能和環(huán)保能源的利用[J].中國水運(yùn)，2007(8):33-34.

[4] 錢自行，朱杰俊，刁有明.我國應(yīng)大力發(fā)展玻璃鋼漁船[J].裝備制造技術(shù)，2011(2):111-112.

[5] 鄭守巖.淺析船舶節(jié)能減排之有效途徑[J].天津航海，2009(3):12-13.