尚保國 張 勇 吳 俊

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

近年來，綠色船舶設(shè)計(jì)概念受到市場前所未有的關(guān)注。隨著國際規(guī)則規(guī)范的頻繁更新，包括壓載水公約、基于目標(biāo)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（goal-based standards，GBS）、能效設(shè)計(jì)指數(shù)（energy efficiency design index，EEDI）、SO和NO排放控制等新的要求不斷推出，以及船舶營運(yùn)市場的低迷和營運(yùn)成本的高漲，幾乎所有船東在新造船計(jì)劃中都對(duì)綠色船舶設(shè)計(jì)提出了比現(xiàn)有船型更高的要求。毋庸置疑，只有更安全、節(jié)能和環(huán)保的綠色船舶才能贏得市場的認(rèn)可。因此，各國造船界都在為設(shè)計(jì)、建造綠色船舶而加大技術(shù)開發(fā)的力度。本文一方面歸納總結(jié)現(xiàn)有綠色船舶設(shè)計(jì)的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)；另一方面將對(duì)綠色船舶的未來進(jìn)行思考，并探尋其發(fā)展方向。

1 綠色船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展

綠色船舶有很多定義，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)展。CCS《綠色生態(tài)船舶規(guī)范2020》的定義較為全面：綠色生態(tài)船舶采用先進(jìn)技術(shù)在其生命周期內(nèi)能安全地滿足其預(yù)定功能和性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高能源使用效率，降低溫室氣體（GHG） 排放，減少或消除對(duì)人類健康危害和生態(tài)環(huán)境污染、破壞， 提升資源有效循環(huán)利用， 并對(duì)操作和使用人員具有良好的保護(hù)。簡而言之，即以滿足功能為前提，以安全為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能和環(huán)保目標(biāo)，同時(shí)改善船員的工作環(huán)境。

安全是國際立法的基礎(chǔ)， 海上人命安全具有法規(guī)要求的最高優(yōu)先度，船舶任何綠色技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)不導(dǎo)致降低船舶原有的安全水平；節(jié)能是船舶設(shè)計(jì)永恒的主題，提高船舶能效既是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要手段，也可以改善船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性；環(huán)?？梢詼p少對(duì)環(huán)境的影響，包括控制水污染物和大氣污染物排放。

回顧現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展，主要也是圍繞安全、節(jié)能、環(huán)保這3大主題進(jìn)行，大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

●

第1階段（1950～1990年）

以船舶的專業(yè)化、大型化為主。各種大型專用運(yùn)輸船型的出現(xiàn)，從無到有、從小到大，不斷發(fā)展?！?p>第2階段（1990～2010年）

以船舶的安全性、防污染為主。由于部分油輪海損事故造成的巨大污染，對(duì)船舶安全（特別是防止貨物污染）更加關(guān)注，例如油輪的雙殼要求、穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)規(guī)范的不斷發(fā)展。●

第3階段（2010～2020年）

以船舶的能效升級(jí)、綠色環(huán)保為主。除了對(duì)船舶安全要求的持續(xù)提高，更加關(guān)注能效和環(huán)保，特別是最近5年，綠色船型設(shè)計(jì)獲得前所未有的快速發(fā)展。

表1 近5年生效的主要規(guī)范要求

2 綠色船舶設(shè)計(jì)的方法

本文將重點(diǎn)歸納關(guān)于節(jié)能和環(huán)保兩方面的設(shè)計(jì)方法。

2.1 以提升船舶能效為核心的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

提升能效是綠色船型開發(fā)的核心目標(biāo)之一。目前市場上船東特別關(guān)注油耗指標(biāo)，同時(shí)新造船的EEDI指標(biāo)要求也不斷提高，因此新開發(fā)的船型必須重點(diǎn)考慮能效優(yōu)化。這既是規(guī)范的要求，也是船東降低營運(yùn)成本的市場需求。

傳統(tǒng)船舶節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括水動(dòng)力優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)升級(jí)和船型尺度優(yōu)化這3大類，此外，新型節(jié)能技術(shù)也是重要的發(fā)展方向。以下將依此對(duì)船舶節(jié)能設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行歸納。

2.1.1 水動(dòng)力優(yōu)化

水動(dòng)力節(jié)能設(shè)計(jì)是最傳統(tǒng)的節(jié)能方法，其投入成本低、節(jié)能效果好、技術(shù)可靠。船舶水動(dòng)力節(jié)能設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）降低船舶阻力；

（2）提高船舶推進(jìn)效率。

2.1.1.1 降低船舶航行阻力

降低船舶在航行中的阻力是節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。船舶航行中的阻力主要來自水阻力和風(fēng)阻力，故降低船舶航行阻力主要采用以下幾種方法：

（1）通過線型優(yōu)化，降低船舶在靜水及波浪中的阻力；

（2）通過基于營運(yùn)剖面多目標(biāo)優(yōu)化保證綜合性能最優(yōu)；

（3）通過縱傾優(yōu)化來保證船舶在最佳節(jié)能姿態(tài)下航行；

（4）通過低阻油漆或氣層減阻減少水線下摩擦阻力；

（5）通過上層建筑風(fēng)阻優(yōu)化，降低船舶的風(fēng)阻力。

2.1.1.2 提高船舶推進(jìn)效率

提高船舶推進(jìn)效率主要通過螺旋槳優(yōu)化及水動(dòng)力節(jié)能裝置應(yīng)用。

螺旋槳設(shè)計(jì)已非常成熟，除了繼續(xù)挖掘螺旋槳自身設(shè)計(jì)潛力外，目前主要通過大直徑螺旋槳匹配低速主機(jī)來實(shí)現(xiàn)螺旋槳效率的提升。

水動(dòng)力節(jié)能裝置也是提高船舶推進(jìn)效率的重要途徑。節(jié)能效果因船、槳而異，因此針對(duì)不同船型、不同線型和不同螺旋槳，應(yīng)采用不同的定制化節(jié)能裝置設(shè)計(jì)。

2.1.2 設(shè)備改進(jìn)升級(jí)

設(shè)備改進(jìn)升級(jí)可以分為主機(jī)改進(jìn)升級(jí)和輔助系統(tǒng)優(yōu)化兩部分。

2.1.2.1 主機(jī)改進(jìn)升級(jí)

主機(jī)改進(jìn)升級(jí)可以直接反映在降低單位油耗上，主要依托于新型高效機(jī)型的發(fā)展。例如超長沖程低轉(zhuǎn)速的新型高效主機(jī)（G型機(jī)、X型機(jī)）有更高的效率，單位油耗更低；同時(shí)，主機(jī)的功率點(diǎn)可選范圍更大，轉(zhuǎn)速更低。功率點(diǎn)（SMCR）應(yīng)盡量選擇靠近平均有效壓力最低的可選范圍左下角，這樣既降低主機(jī)的單位油耗，又降低轉(zhuǎn)速、增加螺旋槳的最佳直徑，提高推進(jìn)效率，有效降低油耗總量。NO排放TierⅢ解決方案的選擇也會(huì)影響油耗，如EGR、EcoEGR、HPSCR等。

2.1.2.2 輔助系統(tǒng)優(yōu)化

主機(jī)的能耗占全船能耗的絕大部分，但輔助系統(tǒng)的優(yōu)化同樣具有節(jié)能潛力，不能忽視。輔助系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括：

（1）軸帶發(fā)電機(jī)；

（2）廢熱回收系統(tǒng)；

（3）變頻設(shè)備；

（4）智能能效管理系統(tǒng)。

2.1.3 船型尺度優(yōu)化

民用運(yùn)輸船設(shè)計(jì)最終目的是以最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營成本實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)輸功能。船型尺度的優(yōu)化往往會(huì)大幅降低單位貨物運(yùn)輸成本，帶來顯著的節(jié)能效果，例如船舶大型化和船型定制化。

（1）船舶大型化

具有充足貨物運(yùn)輸量的情況下，船舶大型化帶來的規(guī)模效益可以顯著改善單位貨物運(yùn)輸能效，從而降低溫室氣體排放總量，典型的例子就是近年來國際集裝箱船的超大型化競賽。

（2）船型定制化

一些運(yùn)輸任務(wù)往往有設(shè)計(jì)上的特殊限制，標(biāo)準(zhǔn)船型并非最佳的匹配船型。因此，不同于常規(guī)船型的尺度創(chuàng)新，可以用最經(jīng)濟(jì)節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)輸功能，例如：淺吃水限制的特殊船型，考慮特定航道或港口的定制化船型等。

2.1.4 新型節(jié)能技術(shù)

除了傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)外，新型節(jié)能技術(shù)是進(jìn)一步提高船舶能效的重要途徑。雖然現(xiàn)階段許多的節(jié)能技術(shù)還處于探索和試驗(yàn)階段，但在節(jié)能減排的大背景下，未來必將備受關(guān)注。以下主要介紹兩種獲得實(shí)船應(yīng)用的新型節(jié)能技術(shù)：

（1）空氣潤滑減阻

這種新技術(shù)是通過空壓機(jī)向船底噴出空氣，在船底形成一層薄薄的微小氣泡或空氣層，可使船底與水的接觸取代為與空氣的接觸，從而使船舶摩擦阻力減小。目前，一些大型郵輪和LNG運(yùn)輸船等已采用微氣泡減阻設(shè)計(jì)。

（2）風(fēng)能輔助推進(jìn)

風(fēng)能既無成本也無排放，將其作為補(bǔ)充動(dòng)力輔助推進(jìn)，在特定環(huán)境條件下可以取得良好的節(jié)能效果。例如采用馬格努斯效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)筒以及可升降的翼形風(fēng)帆，目前都已有實(shí)船的應(yīng)用。

2.2 以降低污染排放為核心的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)

近年來對(duì)設(shè)計(jì)影響較大的環(huán)保要求主要包括：

（1）氮氧化物（NO）排放控制；

（2）硫氧化物（SO）排放控制；

（3）壓載水公約D2排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 氮氧化物（NO）排放控制

MARPOL公約要求航行在氮氧化物排放控制區(qū)（NECA）的船舶應(yīng)滿足TierⅢ排放標(biāo)準(zhǔn)要求。目前已生效的氮氧化物排放控制區(qū)包括北美和加勒比海區(qū)域、北海和波羅的海氮氧化物排放控制區(qū)，中國也設(shè)定了自己的排放控制區(qū)，未來排放控制區(qū)還會(huì)不斷擴(kuò)大。大型運(yùn)輸船全球航行，因此新造船TierⅢ排放已成標(biāo)配。

滿足TierⅢ排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段主要包括選擇性催化還原（SCR）、廢氣再循環(huán) （EGR）和LNG燃料，其中SCR技術(shù)又分為高壓和低壓兩種。對(duì)于MAN的主機(jī)，SCR或EGR這兩種方案均可選擇；而對(duì)于WinGD主機(jī)，目前只可選擇SCR方案。WinGD的雙燃料主機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较驴蓾M足TierⅢ排放要求，而MAN的雙燃料主機(jī)在油氣模式下都需NO處理技術(shù)。

2.2.2 硫氧化物（SO）排放控制

對(duì)于硫氧化物排放控制區(qū)（SECA），自2015年1月1日起執(zhí)行0.1%的硫氧化物排放限制，2020年1月1日已正式實(shí)施0.5%的全球海域硫氧化物排放限值。解決SO排放問題主要有3種手段：使用低硫燃油、安裝脫硫洗滌塔和使用LNG燃料。

使用低硫燃油是目前最簡單的解決方案，其基本不受技術(shù)的影響，故也是大多數(shù)船的解決方案。脫硫洗滌塔能確保船舶在航行過程中使用高硫燃油并滿足硫排放限制，高、低硫油之間的價(jià)格差決定了投資回收期，這也是船東決定采用該技術(shù)方案的核心因素。LNG燃料可以徹底解決SO的問題，但初投資成本相對(duì)較高。

LNG作為燃油的替代燃料，除了可以減少85%的氮氧化物排放量以及100%的硫化物和顆粒物排放，還可以減少約20%的CO排放量。LNG燃料雖然不屬于節(jié)能技術(shù)，但對(duì)CO溫室氣體排放的改善也非常明顯。由于對(duì)環(huán)境的影響較小，近幾年以LNG為燃料的運(yùn)輸船得到快速發(fā)展。

2.2.3 壓載水公約D2排放標(biāo)準(zhǔn)

國際海事組織（IMO）壓載水管理公約已于2017年9月8日正式生效，滿足D2標(biāo)準(zhǔn)壓載水處理裝置成為新船設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)配置。如考慮航行美國，則需同時(shí)滿足美國海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）對(duì)壓載水處理裝置的更高標(biāo)準(zhǔn)要求。目前壓載水處理裝置技術(shù)發(fā)展成熟，曾經(jīng)提出的無壓載水/少壓載水設(shè)計(jì)，由于對(duì)船舶運(yùn)輸本質(zhì)功能的影響，暫時(shí)已不再受到關(guān)注。

3 綠色船舶設(shè)計(jì)的實(shí)踐

近年來綠色船舶設(shè)計(jì)飛速發(fā)展，不少國內(nèi)船舶設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在民用運(yùn)輸船領(lǐng)域進(jìn)行了大量探索和實(shí)踐，體現(xiàn)了綠色船舶設(shè)計(jì)的理念。以下介紹幾個(gè)代表性綠色船舶產(chǎn)品。

3.1 大型化——大力神（HERCULES）系列超大型集裝箱船

我院自主研發(fā)設(shè)計(jì)的大力神（HERCULES）系列超大型集裝箱船囊括9 400箱、10 000箱、 11 800箱、12 690箱、13 500箱、14 000箱、15 000箱、 18 000箱、21 000箱和23 000箱等一批性能指標(biāo)先進(jìn)的綠色節(jié)能環(huán)保型超大型集裝箱船產(chǎn)品，已形成完整的超大型箱船系列設(shè)計(jì)，覆蓋所有超大型箱船的關(guān)鍵船型。迄今為止，大力神（HERCULES）系列已獲得逾百艘實(shí)船訂單，大部分已順利交付，性能指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，深受船東好評(píng)與行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，并助力中國造船業(yè)在國際箱船大型化競賽中取得驕人業(yè)績。超大型箱船系列化船型設(shè)計(jì)不僅獲得2018年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，更是綠色船型大型化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖1 20 000箱超大型集裝箱船

3.2 精細(xì)化——20萬噸級(jí)綠色節(jié)能型散貨船

20.8萬噸級(jí)綠色節(jié)能散貨船是近年來我院開發(fā)的品牌散貨船船型，2013年實(shí)現(xiàn)批量接單。第1代CSR船型共接單40艘，目前已全部交付；第2代HCSR船型共接單24艘，已順利交付9艘；訂單超過世界同期紐卡斯?fàn)栕畲笮蜕⒇洿唵蔚?/3，累計(jì)為6家船廠和10位船東提供設(shè)計(jì)服務(wù)。該船型通過反復(fù)的迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)重量輕、載貨能力高、綜合油耗低的特點(diǎn)，同時(shí)滿足EEDI 2階段、TIERⅢ排放等最新環(huán)保要求，得到市場的高度認(rèn)可。20萬噸級(jí)紐卡斯?fàn)栕畲笮蜕⒇洿O(shè)計(jì)獲得2019年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，堪稱綠色船型精細(xì)化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖2 20萬噸級(jí)綠色節(jié)能散貨船

3.3 定制化——6.5萬噸級(jí)揚(yáng)子型系列油船

6.5萬噸級(jí)揚(yáng)子型系列油輪是我院近年研發(fā)的油船品牌船型，是適合進(jìn)行長江石油運(yùn)輸?shù)淖钚戮G色、安全、環(huán)保船型，至今已累計(jì)交付3型7艘。該船型以特定船東需求為指引，貫徹定制化的設(shè)計(jì)理念，努力提高船型的淺吃水載重量和油耗經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化進(jìn)江操縱性，將長江石油運(yùn)輸主力船型從5萬噸級(jí)提升至6.5萬噸級(jí)，大幅提高了長江油品的運(yùn)輸效率。該船型不僅為船東帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也創(chuàng)新定義了揚(yáng)子型油輪標(biāo)準(zhǔn)，打造了具有中國特色的品牌船型?？芍^是綠色船型定制化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖3 6.5萬噸級(jí)揚(yáng)子最大型油船

3.4 新燃料——LNG動(dòng)力超大型集裝箱船

2020年9月22日，由我院為法國達(dá)飛公司研發(fā)設(shè)計(jì)的全球首艘23 000 TEU雙燃料集裝箱船“達(dá)飛雅克薩德”號(hào)順利命名并交付，引領(lǐng)超大型集裝箱船進(jìn)入雙燃料時(shí)代。

該船配置目前全球裝機(jī)功率最大的WinGD低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)W12X92DF，配備18 600 m的MARK Ⅲ薄膜型燃料艙。與同型燃油集裝箱船相比，單航次CO排放量約減少20%，氮氧化物排放量減少近85%，顆粒物和硫氧化物排放量減少99%，EEDI比參考線降低約60%，滿足全球最嚴(yán)格排放要求。該船型堪稱綠色船型新燃料設(shè)計(jì)的典型代表。

圖4 23 000 TEU LNG動(dòng)力集裝箱船

4 綠色船舶設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

未來可以預(yù)見的是日益嚴(yán)格的排放要求和更加激烈的市場競爭，綠色船舶設(shè)計(jì)唯有不斷向前發(fā)展。然而，由于目前的傳統(tǒng)技術(shù)存在極限，新的技術(shù)又尚未成熟，因此綠色船舶設(shè)計(jì)正面臨巨大挑戰(zhàn)。伴隨著國際能源的脫碳轉(zhuǎn)型以及IMO溫室氣體減排（GHG）戰(zhàn)略的實(shí)施，綠色船舶設(shè)計(jì)未來的最大挑戰(zhàn)將集中在溫室氣體（CO）減排的持續(xù)改進(jìn)直至凈零排放。

4.1 國際溫室氣體減排的背景

1992年通過的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）為國際社會(huì)共同應(yīng)對(duì)氣候變化問題搭建了基本框架，1997年通過的《京都議定書》為主要工業(yè)化發(fā)達(dá)國家規(guī)定了CO等溫室氣體的定量減排責(zé)任。2015年巴黎氣候變化大會(huì)通過《巴黎協(xié)定》，目標(biāo)本世紀(jì)將全球氣溫的上升幅度控制在2℃內(nèi)，各國將以“自主貢獻(xiàn)”的方式參與到全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)中。《京都議定書》強(qiáng)調(diào)控制氣候變化的責(zé)任分擔(dān)，是一種自上而下的約束方式；而《巴黎協(xié)定》更多的是一種自下而上的激勵(lì)方式，更多強(qiáng)調(diào)機(jī)會(huì)分享，鼓勵(lì)將溫室氣體減排轉(zhuǎn)化為綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)會(huì)。

航運(yùn)業(yè)是許多發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵行業(yè)，因此發(fā)展中國家并不支持在《巴黎協(xié)定》中涉及海運(yùn)案文，導(dǎo)致《巴黎協(xié)定》未包括海運(yùn)內(nèi)容。雖然航運(yùn)業(yè)溫室氣體減排未被納入到《巴黎協(xié)定》中，但作為溫室氣體排放總量較大的行業(yè)之一，未來航運(yùn)業(yè)的溫室氣體減排勢必會(huì)受到《巴黎協(xié)定》的影響。在全球溫室氣體減排目標(biāo)達(dá)成共識(shí)的大背景下，2018年IMO海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第72次會(huì)議討論通過了溫室氣體減排的初步戰(zhàn)略。

IMO初步戰(zhàn)略目標(biāo)：到2030年，全球海運(yùn)每單位運(yùn)輸活動(dòng)的平均CO排放與2008年相比至少降低40%，并努力爭取到2050年降低70%；2050年溫室氣體年度總排放量與2008年相比至少減少50%，在本世紀(jì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳零排放。IMO將于2023年對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后形成正式戰(zhàn)略，從而制定短期和中長期行動(dòng)措施及實(shí)施計(jì)劃。

4.2 中國溫室氣體減排的承諾

中國作為最大的發(fā)展中國家，同時(shí)也是溫室氣體排放較多的國家，一直積極參與國際氣候變化治理及全球減排進(jìn)程，承擔(dān)合理的國際責(zé)任。中國積極加入《巴黎協(xié)定》并堅(jiān)定履行公約承諾。2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國大會(huì)期間，中國領(lǐng)導(dǎo)人承諾將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，使CO排放于2030年前達(dá)到峰值，爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

“共同但有區(qū)別的責(zé)任”是國際溫室氣體減排的重要原則。過去中國更多地強(qiáng)調(diào)作為發(fā)展中國家的責(zé)任“區(qū)別”，伴隨著人類命運(yùn)共同體的全球治理理念的提出，中國承擔(dān)了越來越多的“共同”責(zé)任。中國政府把溫室氣體減排不再當(dāng)成負(fù)擔(dān)，而是看作發(fā)展機(jī)會(huì)和轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)力?！熬G水青山就是金山銀山”，這與《巴黎協(xié)定》的精神高度一致。中國必將成為國際減少溫室氣體排放的積極推進(jìn)者和領(lǐng)導(dǎo)者，從而深遠(yuǎn)影響包括航運(yùn)業(yè)在內(nèi)的國內(nèi)所有綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.3 綠色船舶技術(shù)發(fā)展的展望

為了實(shí)現(xiàn)IMO溫室氣體減排戰(zhàn)略的目標(biāo)，綠色船舶技術(shù)包括新興技術(shù)將分階段得到發(fā)展：

（1）中短期（2020～2030年）

從法規(guī)角度，將不斷完善現(xiàn)有能效框架。新造船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)要求會(huì)不斷提高，同時(shí)營運(yùn)船舶的減排要求（EEXI和CII）也已正式推出。對(duì)于氫、氨等新興燃料的規(guī)范研究與制定也會(huì)提上日程。

從技術(shù)角度，現(xiàn)有的成熟節(jié)能技術(shù)會(huì)持續(xù)應(yīng)用，但效率已接近“天花板”，更多的新節(jié)能技術(shù)（例如風(fēng)帆和旋轉(zhuǎn)風(fēng)筒、空氣潤滑減阻等）會(huì)得到一定發(fā)展。LNG燃料作為替代燃油的現(xiàn)階段最佳選擇，將得到快速發(fā)展和應(yīng)用。

（2）長期（2030～2050年）

為實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)的脫碳目標(biāo)，長期來看必定依賴于燃料能源的脫碳。鑒于船舶具有20年左右的壽命周期，2030年以后的新造船將逐漸過渡到無碳燃料。這一方面取決于技術(shù)的發(fā)展，另一方面與國際能源轉(zhuǎn)型整體進(jìn)程相關(guān)?，F(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施投資的鎖定效應(yīng)，導(dǎo)致能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型相對(duì)緩慢，航運(yùn)業(yè)的能源轉(zhuǎn)型也必將同步經(jīng)歷一個(gè)較長的周期。

對(duì)于新興清潔能源，適用于船舶的氫基燃料具有較大潛力，如液氫、液氨（NH）等。氫被認(rèn)為是最有前景的可再生清潔燃料，但氫氣因難于液化，而給運(yùn)輸、加注和使用帶來諸多麻煩。與氫相同，氨不含碳元素，完全燃燒只產(chǎn)生清潔無污染的水和氮?dú)?，且其含氫量高?/p>

相對(duì)于氫，氨的優(yōu)點(diǎn)是能量密度大、易液化、易貯運(yùn)、易獲取以及防爆特性好，缺點(diǎn)是具有一定的毒性。氨目前已有廣泛使用的基礎(chǔ)設(shè)施，故被認(rèn)為是長途運(yùn)輸大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的理想綠色燃料。MAN和瓦錫蘭等主機(jī)廠商已將氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)列上日程。未來的碳零排放船舶，根據(jù)船型的區(qū)別將會(huì)選擇不同的技術(shù)路徑：短途小型船舶以純電動(dòng)、氫燃料電池為主，長途遠(yuǎn)洋船舶將以氨燃料內(nèi)燃機(jī)為主。

雖然氫（氨）燃料可以實(shí)現(xiàn)航運(yùn)中燃料艙到螺旋槳的碳零排放，但合成氫（氨）過程是否真正減少碳排放，則決定了全鏈條的減排效果?；剂虾铣蓺洌ò保┤绻黄ヅ涮疾蹲郊夹g(shù)或化石能源電力電解法制氫（氨）技術(shù)，則只是將碳排放轉(zhuǎn)移至其他行業(yè)。只有大力發(fā)展風(fēng)電、水電等綠色能源，從而實(shí)現(xiàn)綠色制氫（氨），才能真正實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的目標(biāo)。

5 結(jié) 語

綠色船舶設(shè)計(jì)是船舶行業(yè)的永恒主題，本文簡要分析了綠色船舶設(shè)計(jì)目前的技術(shù)發(fā)展與未來面臨的挑戰(zhàn)。未來綠色船舶設(shè)計(jì)的要求只會(huì)越來越高，需要廣大技術(shù)人員不斷努力與創(chuàng)新，并始終保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，設(shè)計(jì)經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的本質(zhì)綠色船舶。