張文芬 嚴(yán)新平

（1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心，湖北 武漢430070；2.國(guó)家水運(yùn)安全技術(shù)研究中心，湖北 武漢430070）

1 長(zhǎng)江航運(yùn)的作用與地位

長(zhǎng)江是貨運(yùn)量位居全球內(nèi)河第一的黃金水道，全長(zhǎng)6300余km，橫貫我國(guó)東部、中部和西部三大經(jīng)濟(jì)區(qū)，也是連接絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的重要紐帶。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11省市，面積約205萬(wàn)km2，人口和生產(chǎn)總值均超過(guò)全國(guó)的40%。長(zhǎng)江航運(yùn)是流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的“主動(dòng)脈”和綜合運(yùn)輸體系的“主架骨”，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)提供強(qiáng)勁的支撐。

長(zhǎng)江航運(yùn)在“一帶一路”“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要地位，對(duì)帶動(dòng)沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局具有十分重要的作用。近年來(lái)，長(zhǎng)江航運(yùn)蓬勃發(fā)展，長(zhǎng)江航道尺度大幅提升，運(yùn)力結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，長(zhǎng)江航運(yùn)已成為沿江綜合運(yùn)輸體系的核心組成。2016年長(zhǎng)江干線貨物吞吐量達(dá)到23.1億t，規(guī)模以上港口完成貨物吞吐量22.7億t，集裝箱吞吐量1520萬(wàn)TEU，億噸大港總數(shù)達(dá)14個(gè)，長(zhǎng)江干線貨船平均噸位1490t。目前，長(zhǎng)江航運(yùn)承擔(dān)了沿江鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)所需85%的鐵礦石、沿江電廠所需85%的電煤和上游地區(qū)90%的外貿(mào)集裝箱運(yùn)輸，在煤炭、金屬礦石、水泥、礦建材料等大宗散貨運(yùn)輸和集裝箱運(yùn)輸中發(fā)揮了重要作用，是冶金、石化、汽車、電力等產(chǎn)業(yè)要素橫向運(yùn)動(dòng)和資源配置的重要通道。

長(zhǎng)江流域提供了中國(guó)36.5%的水資源，48%的可開(kāi)發(fā)水電資源，52.5%的內(nèi)河通航里程。長(zhǎng)江航運(yùn)對(duì)經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用達(dá)1∶38，長(zhǎng)江航運(yùn)每年對(duì)GDP的直接貢獻(xiàn)超過(guò)700億元，間接貢獻(xiàn)達(dá)1萬(wàn)億元，拉動(dòng)沿江省市GDP保持年均兩位數(shù)增長(zhǎng)，帶動(dòng)間接就業(yè)逾千萬(wàn)人，是長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐。

綠色是航運(yùn)的內(nèi)在屬性，長(zhǎng)江航運(yùn)運(yùn)量大、距離長(zhǎng)，具有占地少、能耗低、污染小的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造了極大的“生態(tài)紅利”。長(zhǎng)江航運(yùn)多利用天然河道，航道整治與堤防建設(shè)、灘涂圍墾相結(jié)合。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，公路、鐵路、長(zhǎng)江航運(yùn)產(chǎn)生單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量所需占地比是167∶13∶1，公路、鐵路、長(zhǎng)江航運(yùn)每千噸公里運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗比是14∶2∶1，長(zhǎng)江航運(yùn)污染物單位排放量是公路的1/15、鐵路的1/1.2，長(zhǎng)江航運(yùn)能有效緩解土地、能源和環(huán)境壓力，發(fā)揮水資源的綜合效益。

2 長(zhǎng)江綠色航運(yùn)發(fā)展面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

近年來(lái)，長(zhǎng)江航運(yùn)的蓬勃發(fā)展導(dǎo)致的大氣污染、水污染、噪聲污染、生態(tài)污染等問(wèn)題日益凸顯[1]，因此，如何兼顧長(zhǎng)江航運(yùn)的生態(tài)效益與社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)“綠色航運(yùn)”對(duì)發(fā)揮黃金水道功能、服務(wù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶具有重要意義。當(dāng)前，長(zhǎng)江綠色航運(yùn)發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2.1 船舶柴油機(jī)污染嚴(yán)重

長(zhǎng)江沿岸共計(jì)有319個(gè)集中式飲用水水源地，長(zhǎng)江水質(zhì)狀況直接影響著流域5億萬(wàn)群眾飲水安全。長(zhǎng)江航運(yùn)船舶90%以上采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，船舶柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)在船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，不可避免產(chǎn)生油污水，如果不經(jīng)過(guò)任何處理，一艘船舶每年排放的機(jī)艙油污水約為其總噸的10%，含油率一般為2%～5%。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)江上有約20萬(wàn)條船舶常年運(yùn)營(yíng)，每年產(chǎn)生的含油廢水、生活污水達(dá)3.6億t，若直接排入水中，對(duì)流域水環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅[2]，影響飲用水質(zhì)安全，危及水下生物的生存繁衍。

近年來(lái)，霧霾在全國(guó)肆虐，航運(yùn)污染成為繼機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)企業(yè)排放之后的第三大大氣污染來(lái)源。中國(guó)船舶燃油平均含硫率高達(dá)2.8%～3.5%，且多未進(jìn)行有效的尾氣處理，煙塵廢氣排放嚴(yán)重[3][4]。船舶噪聲主要來(lái)源于船舶動(dòng)力裝置及其他輔助裝置自身振動(dòng)及吸排氣，柴油機(jī)作為柴油機(jī)船舶的心臟，也是船上最強(qiáng)的噪聲源[5]。強(qiáng)噪聲環(huán)境容易掩蓋危險(xiǎn)信號(hào)，阻礙船員間信息交流。

2.2 船舶防污清污設(shè)施缺乏

油污水接收設(shè)施是“水上清道夫”，長(zhǎng)江沿線港口船舶油污水接收設(shè)施存在配置不足、不合理、油污水接收作業(yè)不規(guī)范等問(wèn)題。大型港口和油碼頭到港船舶數(shù)量多，船舶油污水接收需求量大，能滿足油污水接收公司的運(yùn)營(yíng)需求。但部分小港，船舶油污水較少，船舶油污水接收設(shè)施作業(yè)量低，油污水接收公司難以生存。此外，盡管油污水接收設(shè)施以油污水接收船舶為主，但需要建設(shè)大的油污水處理池，占地面積大，接收管路和接收船只及處理設(shè)備需要維護(hù)與保養(yǎng)，使得油污水接收公司投資大，建設(shè)資金的“短板”使得港口船舶油污水接收設(shè)施不足。依據(jù)長(zhǎng)江海事局2015年防治船舶污染基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，長(zhǎng)江內(nèi)河船舶污染物接收設(shè)施以污染物接收船舶為主，僅122艘，且多針對(duì)本企業(yè)所屬船舶提供油污水接收服務(wù)。

2.3 綠色環(huán)保船有效供給不足

我國(guó)是世界第一造船大國(guó)，但綠色船舶設(shè)計(jì)和建造在長(zhǎng)江航運(yùn)市場(chǎng)中推廣應(yīng)用不普遍。長(zhǎng)江航運(yùn)船舶還存在大量船況差、設(shè)備陳舊、技術(shù)落后的非標(biāo)準(zhǔn)船舶，目前還處在優(yōu)化船舶技術(shù)裝備、淘汰高能耗船舶的階段，正式投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的新能源船舶、混合動(dòng)力船舶等綠色船舶數(shù)量非常少，且集中在旅游客運(yùn)船，新能源貨船仍處在研發(fā)階段。綠色船舶的原材料、加工工藝、制造要求相對(duì)傳統(tǒng)船舶要高，生產(chǎn)成本價(jià)格昂貴，劣幣驅(qū)逐良幣問(wèn)題比較普遍，且岸電、低硫油及環(huán)保船舶船只的供給，涉及經(jīng)信、環(huán)保、交通、海事、船級(jí)社等諸多部門，部門之間協(xié)同不力，難以為綠色能源及環(huán)保產(chǎn)品打開(kāi)應(yīng)用市場(chǎng)。

2.4 航運(yùn)污染監(jiān)管治理水平低

受河流水體和船舶流動(dòng)性影響，船舶污染監(jiān)管和治理困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江航運(yùn)污染事件中，操作性事故和人為故意排放占據(jù)四分之三以上。長(zhǎng)江船員整體素質(zhì)較低，環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，為逃避海事檢查和節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，船舶非法排污的現(xiàn)象十分普遍。長(zhǎng)江航運(yùn)污染監(jiān)管覆蓋面和精細(xì)度有限，船舶排污監(jiān)測(cè)中心和監(jiān)管設(shè)備配置不足，相關(guān)職能部門多采取普通船舶隨機(jī)抽查、重點(diǎn)船舶全面排查的形式。且船舶非法排污具有隱蔽性和復(fù)雜性，船舶防污監(jiān)管人員專業(yè)技能水平有限，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)和查處船舶非法排污概率低，加之船舶污染懲罰力度小，給航運(yùn)污染提供了存在的環(huán)境和土壤。

長(zhǎng)江航運(yùn)船舶自愿性減排約束力缺乏，船舶油污水處理裝置和尾氣處理裝置使用頻率低，成為應(yīng)付海事部門、船舶檢驗(yàn)部門檢查的擺設(shè)，且部分老舊船舶沒(méi)有安裝環(huán)保設(shè)備，成為長(zhǎng)江航運(yùn)污染隱患。此外，船舶配備的清污工具和設(shè)備有限，編制的船舶污染應(yīng)急處置預(yù)案針對(duì)性、有效性不夠，船員操作技能不強(qiáng)，一旦發(fā)生船舶污染事故，自身污染應(yīng)急能力普遍較差，污染事故處置和環(huán)境修復(fù)嚴(yán)重依賴地方海事和政府部門，航運(yùn)污染防治效果不理想。

3 發(fā)展長(zhǎng)江綠色航運(yùn)的技術(shù)途徑

2017年8月4日交通運(yùn)輸部印發(fā)的《推進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色航運(yùn)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》強(qiáng)調(diào)，推廣清潔低碳的綠色航運(yùn)技術(shù)裝備，持續(xù)提升船舶節(jié)能環(huán)保水平。因此，攻克綠色船舶設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)，包括新能源船舶技術(shù)、岸基能源船舶技術(shù)、艉軸承水潤(rùn)滑技術(shù)、無(wú)軸輪緣推進(jìn)器技術(shù)等，培育壯大綠色水運(yùn)裝備，已成為長(zhǎng)江綠色航運(yùn)的主要發(fā)展方向。

3.1 新能源船舶技術(shù)

面對(duì)全球范圍的能源沖擊，新能源正席卷能源消費(fèi)的各個(gè)領(lǐng)域，新能源的開(kāi)發(fā)和利用是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要選擇，以太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能、核能等為典型代表的新能源在船舶中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，節(jié)能環(huán)保效益日益凸顯[6]。

太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭特點(diǎn)，且分布遍及世界各地，不產(chǎn)生污染物或廢棄物。光伏技術(shù)是對(duì)太陽(yáng)光中的短波輻射能照射于硅質(zhì)半導(dǎo)體上鎖產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)制后加以利用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用于船舶是目前綠色船舶發(fā)展的一個(gè)重要方向[7]。

液化天然氣（簡(jiǎn)稱LNG）儲(chǔ)量豐富，市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于燃油價(jià)格，在相同熱值輸出下LNG發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命較長(zhǎng)，已在交通、物流、工業(yè)、化工等多個(gè)領(lǐng)域被廣泛采用，很多國(guó)家將其列為首選燃料，大規(guī)模建設(shè)LNG接收站。LNG已經(jīng)成為繼石油之后全球爭(zhēng)奪的熱門能源，LNG動(dòng)力船正受到越來(lái)越多的關(guān)注。與石油相比，LNG是更清潔、高效、安全的能源，無(wú)硫氧化物排放，微小顆粒、氮氧化物排均能較少70%以上，可大幅提高船舶的環(huán)保性，LNG船舶的推廣和應(yīng)用將促進(jìn)國(guó)家清潔能源政策的落實(shí)和大氣水環(huán)境優(yōu)化治理。

燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，常見(jiàn)的燃料為氫和一些碳?xì)浠衔铮ㄈ缣烊粴猓⒋迹ㄈ缂淄椋┑?，分為質(zhì)子交換膜、堿性、磷酸、熔融碳酸、固體氧化物等多種類型，工作溫度從20～1000℃不等，具有清潔環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將氫能及燃料電池技術(shù)等先進(jìn)能源技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。燃料電池目前在電廠、航天、軍事、汽車、船舶領(lǐng)域均有應(yīng)用。燃料電池船是以氫、天然氣、丙烷和甲醇等為燃料，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行推進(jìn)的船舶，燃料電池船的能效比柴油機(jī)推進(jìn)船舶高出50%左右。世界第一艘經(jīng)公證的燃料電池船為HYDRA，在德國(guó)萊比錫市，使用了堿性燃料電池系統(tǒng)，輸出功率可達(dá)6.5kW。2015年日本研發(fā)了首艘燃料電池船一艘漁船，全長(zhǎng)12.5m，可乘坐12人。船上搭載450L的氫燃料，通過(guò)燃料電池發(fā)電并轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，速度可達(dá)20節(jié)[8]。

3.2 岸基能源船舶驅(qū)動(dòng)技術(shù)

船舶岸基能源驅(qū)動(dòng)技術(shù)是將船舶傳統(tǒng)推進(jìn)形式改為電力推進(jìn)，由岸基統(tǒng)一為船舶提供電力，并對(duì)船舶航行進(jìn)行智能化管理控制，形成由專用港口碼頭、航道、船隊(duì)以及岸基供電系統(tǒng)構(gòu)成的新型船舶運(yùn)輸系統(tǒng)。岸基能源船舶驅(qū)動(dòng)技術(shù)有接觸網(wǎng)、動(dòng)力電池、無(wú)線輸電三種形式，由岸基（接觸網(wǎng)、充電樁、無(wú)線電力輸送站）為船舶提供電力，船舶無(wú)需配備柴油機(jī)和相關(guān)輔助機(jī)械，取消了復(fù)雜的船舶柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，節(jié)約了艙容，增加了載貨量，并能實(shí)現(xiàn)船舶的“零排放”目標(biāo)，該技術(shù)具有創(chuàng)新船舶設(shè)計(jì)、減少大氣污染、減少水域污染、減少震動(dòng)和噪聲、經(jīng)濟(jì)效益佳的優(yōu)勢(shì)。

隨著我國(guó)清潔能源發(fā)電比重不斷增加，且發(fā)電廠集中控污能力較強(qiáng)，岸基能源船舶運(yùn)行中無(wú)煙塵廢氣排放，能大大降低大氣污染。岸基能源船舶航行時(shí)無(wú)需使用燃油，無(wú)油污水污染，可保護(hù)水質(zhì)安全。基能源船舶采用電力推進(jìn)的形式，震動(dòng)和噪聲相對(duì)較小，船舶舒適性較好。在當(dāng)前電價(jià)、油價(jià)水平市場(chǎng)下，相同主機(jī)功率的柴油機(jī)船舶與岸基能源船舶相比，岸基能源船舶能耗費(fèi)用約為柴油機(jī)船舶的2/3，且岸基能源船舶的運(yùn)輸效率一般能提高15%[9]。采用船舶岸基能源驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)船舶綠色航運(yùn)的創(chuàng)新技術(shù)，開(kāi)展這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究和推廣應(yīng)用，有利于實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能減排，培育和發(fā)展綠色船舶，促進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)綠色發(fā)展。

3.3 艉軸承水潤(rùn)滑技術(shù)

船舶艉軸承是船舶推進(jìn)軸系的關(guān)鍵部件，長(zhǎng)江航運(yùn)船舶油潤(rùn)滑艉軸漏油現(xiàn)象普遍存在。船舶艉軸承水潤(rùn)滑技術(shù)是用水替代油，實(shí)現(xiàn)船舶艉軸承潤(rùn)滑與冷卻的目的。與油潤(rùn)滑艉軸承相比，水潤(rùn)滑艉軸承具有資源節(jié)約、環(huán)境友好和減少噪音等特點(diǎn)，符合節(jié)能、環(huán)保和綠色航運(yùn)的發(fā)展需求。

目前，由于人們對(duì)水潤(rùn)滑技術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)不足，普遍認(rèn)為“長(zhǎng)江流域泥沙含量較重，泥沙會(huì)加速船舶艉軸承磨損、降低壽命”。實(shí)則不然，目前隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，水潤(rùn)滑材料具有較好的抗泥沙能力，比如進(jìn)口的飛龍、賽龍材料，國(guó)產(chǎn)的安高材料也有專門針對(duì)重泥沙的應(yīng)用場(chǎng)合。另外，研究表明，適度的細(xì)沙可以強(qiáng)化摩擦副，起到減少磨損的作用。此外，如果采用開(kāi)式水潤(rùn)滑系統(tǒng)，可以降低艉軸承系統(tǒng)的成本。因此，在長(zhǎng)江航運(yùn)中水潤(rùn)滑技術(shù)推行從技術(shù)上是可行的，利用水潤(rùn)滑技術(shù)改造長(zhǎng)江航運(yùn)船舶艉軸承系統(tǒng)是長(zhǎng)江綠色船舶的必然趨勢(shì)。

3.4 無(wú)軸輪緣推進(jìn)器技術(shù)

無(wú)軸輪緣推進(jìn)器是一種新型推進(jìn)裝置，將高效永磁直流電動(dòng)機(jī)、軸系、舵及尾推進(jìn)器高度集成為一體。除控制器之外的推進(jìn)裝置安裝在船體外部，不占用艙內(nèi)空間，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、振動(dòng)噪聲小、推進(jìn)效率高和操控性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)。最初主要為小型水下機(jī)器人、魚(yú)雷和游艇而研發(fā)，2005年美國(guó)海軍在發(fā)布的Tango Bravo計(jì)劃中將無(wú)軸輪緣推進(jìn)器作為新一代潛艇發(fā)展的首要關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開(kāi)始獲得廣泛關(guān)注。

無(wú)軸輪緣推進(jìn)器技術(shù)正在受到軍用和民用領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注，在各型船舶上的應(yīng)用案例越來(lái)越多，對(duì)舒適性要求高的游輪和巡航船等船舶非常具有吸引力。由于采用水潤(rùn)滑軸承，避免了潤(rùn)滑油泄漏污染的風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前較熱門的綠色船舶技術(shù)。

4 結(jié)論

長(zhǎng)江航運(yùn)綠色可持續(xù)發(fā)展是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的重要基礎(chǔ)。長(zhǎng)江綠色航運(yùn)的發(fā)展需要通過(guò)頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌全局，從理念、技術(shù)、投入、政策、法規(guī)五方面助推長(zhǎng)江綠色航運(yùn)技術(shù)，從而減少長(zhǎng)江航運(yùn)污染，保護(hù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)。

長(zhǎng)江是我們的母親河，通過(guò)宣傳引導(dǎo)和培訓(xùn)教育，強(qiáng)化長(zhǎng)江綠色航運(yùn)理念，尤其注重培養(yǎng)航運(yùn)企業(yè)和運(yùn)管人員綠色環(huán)保意識(shí)。堅(jiān)持科技創(chuàng)新，建設(shè)綠色船舶科技人才隊(duì)伍，攻克綠色船舶基礎(chǔ)研究到推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，將綠色船舶技術(shù)作為國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目重點(diǎn)支持領(lǐng)域，開(kāi)展綠色船舶改造等示范應(yīng)用工程。鼓勵(lì)新建船舶采用綠色船舶技術(shù)，給予稅收優(yōu)惠和減免政策，對(duì)實(shí)施綠色改造的舊船，實(shí)施貨幣化補(bǔ)貼，對(duì)航行于“特殊保護(hù)水體”的綠色船舶，給予一定的政策扶持，提高長(zhǎng)江航運(yùn)防污染基礎(chǔ)設(shè)施和裝備水平。相關(guān)部門應(yīng)制定嚴(yán)格的航運(yùn)污染監(jiān)管治理規(guī)定，明確相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、要求、實(shí)施細(xì)則等，做到源頭嚴(yán)防、過(guò)程嚴(yán)管、違法嚴(yán)懲，不給彈性執(zhí)法留余地，倒逼航運(yùn)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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