陽(yáng)子軒，王志芳

1.湖北大學(xué)知行學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430011 2.中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所，湖北 武漢 430022

當(dāng)前，防止、減少和控制船舶污染氣體排放已成為全社會(huì)的共識(shí)。自2005 年國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）公布的《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》（MARPOL73/78附則VI）生效之后，航運(yùn)業(yè)的節(jié)能減排已提到比較高的位置。國(guó)務(wù)院于2015 年5 月印發(fā)的《中國(guó)制造》，旨在部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，提出高技術(shù)船舶和海洋工程裝備將被加快推進(jìn)，綠色化是高技術(shù)船舶領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)方向。隨著3060 雙碳目標(biāo)的提出和推進(jìn)，作為碳排放大戶的航運(yùn)業(yè)正積極向綠色低碳的方向轉(zhuǎn)型，包括開(kāi)發(fā)能效提升技術(shù)，新能源、清潔能源在船上的研發(fā)應(yīng)用等，將成為未來(lái)航運(yùn)業(yè)的焦點(diǎn)之一[1]。

目前可在船上應(yīng)用的清潔能源主要有LNG、鋰電池、岸電、氫燃料電池、太陽(yáng)能、風(fēng)能，而技術(shù)相對(duì)比較成熟且可作為主推進(jìn)動(dòng)力的清潔能源主要是LNG、鋰電池和岸電[2]；船舶的推進(jìn)型式主要有傳統(tǒng)的主機(jī)—傳動(dòng)軸—螺旋槳模式，以及發(fā)電機(jī)組—電站—推進(jìn)電機(jī)—螺旋槳的電力推進(jìn)模式[3-4]。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，船舶上呈現(xiàn)的將是多種能源的融合應(yīng)用以及清潔能源與傳統(tǒng)化石能源的共存。本文通過(guò)研究確定的不同推進(jìn)型式船舶采用不同清潔能源后對(duì)傳統(tǒng)化石能源的替代率計(jì)算方法，可作為評(píng)估我國(guó)船舶綠色化、清潔化發(fā)展水平的重要手段，為主管機(jī)關(guān)制定船舶綠色、清潔發(fā)展相關(guān)政策以及規(guī)范提供方法和技術(shù)支持。

1 船舶能源種類及動(dòng)力系統(tǒng)型式

1.1 船舶能源種類

幾十年來(lái)，船舶上應(yīng)用的能源主要是柴油。隨著能源技術(shù)的發(fā)展，可用于船上的能源種類越來(lái)越多，而隨著船舶節(jié)能減排環(huán)保要求的提升，更多的清潔能源應(yīng)用于船舶，比如LNG、太陽(yáng)能、風(fēng)能、鋰電池以及正在開(kāi)展示范研究的氫燃料電池、甲醇和二甲醚等。由于船舶空間的限制以及長(zhǎng)距離航行的需求，船舶對(duì)能源的能量密度、能源供應(yīng)保障性、安全可靠性等方面要求較高?；诖耍壳氨容^成熟的可用于船舶且作為船舶主推進(jìn)動(dòng)力的能源主要有柴油、LNG 和鋰電池。

1.2 船舶動(dòng)力系統(tǒng)型式

隨著船舶節(jié)能減排的需要，船舶動(dòng)力系統(tǒng)的型式也在發(fā)生變化，正逐步由傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力向混合動(dòng)力推進(jìn)、純電池動(dòng)力推進(jìn)型式發(fā)展[5]。

1.2.1 傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型式

傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型式簡(jiǎn)單而言就是發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪箱、軸系帶動(dòng)螺旋槳的型式，這種推進(jìn)型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于船上安裝布置，但是具有振動(dòng)強(qiáng)、噪聲大、操作性差等缺點(diǎn)。我國(guó)內(nèi)河船舶在正常航行時(shí)，整條航線80%的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用工況較低，而在航經(jīng)急流航段或沖灘時(shí)才需用較高功率。這導(dǎo)致傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期無(wú)法在效率最高點(diǎn)工作，因此其經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能環(huán)保性較差。

柴油、LNG 和鋰電池均可用于傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，目前主要能源應(yīng)用模式有柴油、LNG 和柴油+LNG。

1.2.2 混合動(dòng)力型式

混合動(dòng)力系統(tǒng)由于其靈活的動(dòng)力組合設(shè)計(jì)，使得船舶在航行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于效率較高的負(fù)荷點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上看，混合動(dòng)力系統(tǒng)可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3 種形式[6]；而從能源角度來(lái)看，船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有柴油+LNG、柴油機(jī)+鋰電池、柴油+LNG+鋰電池和LNG+鋰電池。

串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)備主要包含發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、鋰電池、變壓器、變頻器、電動(dòng)機(jī)和配電板等。主要工作模式包括：1）船舶低負(fù)荷，可僅由鋰電池輸出電力驅(qū)動(dòng)螺旋槳；2）船舶高負(fù)荷，由發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)[7]；3）船舶啟動(dòng)及加速時(shí)，可由發(fā)電機(jī)組和鋰電池共同驅(qū)動(dòng)螺旋槳；4）船舶低速、怠速工況時(shí)，發(fā)電機(jī)組在驅(qū)動(dòng)螺旋槳的同時(shí)可同步向鋰電池組充電。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)其發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳并沒(méi)有直接機(jī)械連接，而是采用電力推進(jìn)的形式驅(qū)動(dòng)螺旋槳及其他負(fù)載，因此稱其為電力推進(jìn)柴電混合系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、鋰電池、電動(dòng)機(jī)和齒輪箱等，通過(guò)減速齒輪箱將電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)連接[8]。主要工作模式包括：1）船舶低負(fù)荷時(shí)，可由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，電動(dòng)機(jī)可處于軸帶發(fā)電機(jī)動(dòng)力輸出（power taking off，PTO）狀態(tài)為電池供電；2）船舶輸出推力小或發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障狀態(tài)時(shí)，可采用電動(dòng)機(jī)的電力推進(jìn)模式；3）船舶高負(fù)荷時(shí)，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合推進(jìn)的混合動(dòng)力推進(jìn)模式，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

混聯(lián)式船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)備包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、鋰電池、離合器、齒輪箱和螺旋槳等[9]，通過(guò)采用離合器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)與齒輪箱的分離及結(jié)合實(shí)現(xiàn)混聯(lián)，主要工作模式包括：1）船舶低負(fù)荷時(shí)，螺旋槳可由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；2）船舶高負(fù)荷時(shí)，螺旋槳可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)；3）船舶需要較低負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可在驅(qū)動(dòng)螺旋槳的同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式

1.2.3 純電池動(dòng)力型式

純電池動(dòng)力型式的船是指將電池作為船舶主推進(jìn)動(dòng)力的船舶，其與常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型式的船舶相比具有操縱性好、動(dòng)力設(shè)備布置靈活以及振動(dòng)噪聲小等優(yōu)勢(shì)。但由于船舶的特殊性以及目前電池功率密度不高，導(dǎo)致純電池船使用的電池體積大，布置困難，同時(shí)需在港口配充電設(shè)施，所以一般將其配置在特定航線、港區(qū)或小型船舶上，有利于實(shí)現(xiàn)電池布置及便利地充電或快速換電。

純電池動(dòng)力船舶在結(jié)構(gòu)型式上可歸為電力推進(jìn)型式，也可歸為混合動(dòng)力系統(tǒng)中的串聯(lián)推進(jìn)型式。

2 船舶清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法

2.1 傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型式

根據(jù)前述研究分析可知，傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型的能源應(yīng)用模式有柴油、LNG、柴油+LNG。為提高清潔能源的利用，本文主要研究LNG 對(duì)柴油的替代比例計(jì)算方法。

2.1.1 LNG 燃料可獲性

LNG 清潔能源應(yīng)用比例的計(jì)算旨在衡量船舶是否具備及具備多少LNG 應(yīng)用的能力。為規(guī)避船舶僅設(shè)置LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，而無(wú)LNG 燃料艙（柜），或者設(shè)置的LNG 燃料艙（柜）容積較小，實(shí)際并不能支撐LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料需求的情況，需對(duì)LNG 是否是船上的主要燃料做評(píng)判分析。從LNG 燃料艙容和非LNG 燃料艙容方面進(jìn)行計(jì)算分析，以便確定LNG 燃料是否具備可獲得性。

LNG 是否應(yīng)被視為“主要燃料”[10]，可通過(guò)式（1）計(jì)算：

式中：fDFgas為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)與總發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比修正的氣體燃料的可獲得性；Vgas為船上總凈氣體燃料容積，m3，如使用其他布置，例如可更換（專用）LNG 罐和/或允許頻繁重新注入燃?xì)獾牟贾?，Vgas應(yīng)使用整個(gè)LNG 注入系統(tǒng)的容積，如果氣體貨物艙與燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)（fuel gas service system，F(xiàn)GSS）相連，可計(jì)算氣體貨物艙的蒸發(fā)率（boiling off rate，BOR），并將其計(jì)入Vgas；Vliquid為船上與船舶燃料系統(tǒng)固定連接的液體燃料艙的總凈液體燃料容積，m3，如果一個(gè)燃料艙通過(guò)固定密封閥斷開(kāi)連接，可忽略該燃料艙的Vliquid；ρgas為氣體燃料的密度，kg/m3；ρliquid為液體燃料的密度，kg/m3；Lgas為氣體燃料的低熱值，kJ/kg ；Lliquid為液體燃料的低熱值，kJ/kg ；Kgas為氣體燃料艙的充裝率，一般取值0.95；Kliquid為液體燃料艙的充裝率，一般取值0.98。

根據(jù)式（1）計(jì)算結(jié)果，如果總氣體燃料容積至少是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)專用燃料容積的50%，即fDFgas≥0.5，則視氣體燃料為“主要燃料”；如果fDFgas＜0.5，則氣體燃料不是“主要燃料”[11]。

2.1.2 LNG 清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算

目前我國(guó)LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及船上安裝LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀是混燒機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和純氣體機(jī)并存，所以在進(jìn)行LNG 清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法研究時(shí)，既要考慮LNG 混燒機(jī)和純氣體機(jī)，也要兼顧上述LNG 燃料的可獲得性。

2.1.2.1 LNG 為“主要燃料”

在計(jì)算LNG 清潔能源應(yīng)用比例時(shí)，對(duì)于混燒機(jī)，需考慮LNG 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的功率以及LNG 的混燒比例。根據(jù)實(shí)地調(diào)研得知的內(nèi)河船舶實(shí)際航行時(shí)，主輔機(jī)的主要運(yùn)行功率點(diǎn)大多在50%額定功率或標(biāo)定功率，所以選取50%額定功率或標(biāo)定功率對(duì)應(yīng)的LNG 摻燒率作為清潔能源應(yīng)用比例的計(jì)算基礎(chǔ)。對(duì)于LNG 純氣體機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，僅需考慮LNG 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)功率與全船發(fā)動(dòng)機(jī)功率的比例即可。

1）LNG 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為混燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

式中：RgasME(i)為第i臺(tái)LNG 混燒主機(jī)50%額定功率下在臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)得的LNG 使用比例；RgasAE(i)對(duì)于傳統(tǒng)推進(jìn)船舶，一般為第i臺(tái)LNG 混燒輔機(jī)50%標(biāo)定功率下在臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)得的LNG 使用比例；對(duì)于電力推進(jìn)船舶，一般為第i臺(tái)混燒發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)90%標(biāo)定功率下在臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)得的LNG 使用比例；PgasME(i)為第i臺(tái)混燒主機(jī)最大連續(xù)工況（maximum continuous rating，MCR）額定功率，kW；PgasAE(i)為第i臺(tái)混燒輔機(jī)標(biāo)定功率（MCR），kW；PME(i)為第i臺(tái)主機(jī)（燃油、氣體發(fā)動(dòng)機(jī)）額定功率（MCR），kW；PAE(i)為第i臺(tái)輔機(jī)（燃油、氣體發(fā)動(dòng)機(jī)）標(biāo)定功率，kW。

2）LNG 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（包含微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)）時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

式中：PDFgasME(i)為第i臺(tái)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)額定功率（MCR），kW；PDFgasAE(i)為第i臺(tái)雙燃料輔機(jī)標(biāo)定功率（MCR），kW。

3）LNG 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為純氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

式中：PPgasME(i)為第i臺(tái)純氣體燃料主機(jī)額定功率（MCR），kW；PPgasAE(i)為第i臺(tái)純氣體燃料輔機(jī)標(biāo)定功率（MCR），kW。

2.1.2.2 氣體燃料不是“主要燃料”

對(duì)于LNG 不是主要燃料的船舶，除了上述考慮的因素外，還需考慮LNG 燃料艙（罐）在全船燃料艙（柜）中所占的比重，以此確定LNG 燃料在船上的應(yīng)用比例。

1）LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為混燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

2）LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（包含微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)）或純氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

2.2 混合動(dòng)力型式船舶清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算

2.2.1 并聯(lián)式或混聯(lián)式混合動(dòng)力船舶清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算

并聯(lián)式或混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，主要是基于目前內(nèi)河船舶“大機(jī)小用”導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能在油耗最優(yōu)、效率最優(yōu)的狀態(tài)下工作提出來(lái)的，旨在通過(guò)配備功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，可使其在船舶正常營(yíng)運(yùn)工況下航行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在較高的效率及最低的燃油消耗率下運(yùn)行。在船舶需要快速航行以及沖流、沖灘等狀況時(shí)，可由設(shè)置的軸帶電動(dòng)機(jī)給予能量支持，以此達(dá)到在整個(gè)船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中節(jié)能減排的目的。根據(jù)前述對(duì)并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析可知，其動(dòng)力系統(tǒng)的組成以及船舶航行過(guò)程的能量流動(dòng)比較相似，同時(shí)經(jīng)過(guò)研究分析認(rèn)為并聯(lián)式和混聯(lián)式的清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法相同。

根據(jù)前述分析可知，目前混合式動(dòng)力系統(tǒng)能源應(yīng)用模式主要有柴油+LNG、柴油+鋰電池、柴油+LNG+鋰電池、LNG+鋰電池。對(duì)于混合動(dòng)力推進(jìn)型式下的柴油+LNG 模式，其也是柴油機(jī)和LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)的組合應(yīng)用，所以其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法與2.1.1 節(jié)相同，所以在此主要研究其他能源應(yīng)用模式的清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算。

2.2.1.1 柴油+鋰電池的能源組合模式

此種模式下，軸帶發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)模式，鋰電池的電能通過(guò)電動(dòng)機(jī)向船舶推進(jìn)軸輸入功率(power taking in，PTI)，以滿足船舶在高負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力需求。如果此處PTI 的電能由船上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電而來(lái)，則船舶航行過(guò)程中所需的能量均來(lái)自柴油而非清潔能源，所以此種情況下清潔能源應(yīng)用比例為0。如果電能來(lái)自碼頭或港口的岸電，則清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算時(shí)需考慮以下兩方面內(nèi)容：首先船舶需要PTI 提供動(dòng)力的時(shí)間占整個(gè)航程的多少，根據(jù)實(shí)船測(cè)試及調(diào)研分析，得知船舶在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中80%的時(shí)間在低工況下運(yùn)行，只有20%的時(shí)間需要運(yùn)行高工況下；其次在船舶高工況、高速航行時(shí)，鋰電池提供的功率占全船所需功率的比例，此種模式下清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法為

式中：PMCR(i)為第i臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（MCR），kW；P為船舶在100%設(shè)計(jì)航速下所需的功率，kW。

2.2.1.2 柴油+LNG+鋰電池的能源組合模式

如果鋰電池的電能由船上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電而來(lái)，則船上的能源應(yīng)用模式可認(rèn)為是柴油+LNG，因此與前述2.1.1 節(jié)和2.1.2 節(jié)中LNG 清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法相同。

如果電能來(lái)自碼頭或港口的岸電，則清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法如下所示：

1）LNG 氣體燃料為“主要燃料”。

①LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為混燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

②LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為純氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

③LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（包含微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)）時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

2）LNG 氣體燃料不是“主要燃料”。

①LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為混燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

②LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為純氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

③LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（包含微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)）時(shí)，其清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算公式為

3）LNG+鋰電池的能源組合模式。

船上無(wú)燃油艙（或燃油艙很小，僅用于LNG發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)），這種模式下，船上應(yīng)用的都是清潔能源，所以船舶清潔能源應(yīng)用比例為100%。

2.2.2 串聯(lián)混合動(dòng)力船舶清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算

根據(jù)串聯(lián)混合動(dòng)力船舶的定義可知[12]，串聯(lián)混合動(dòng)力船舶是電力推進(jìn)船舶，所以其能源來(lái)源情況比較多變，較難以統(tǒng)一的公式計(jì)算，但可以依據(jù)船舶的具體情況及上述各種計(jì)算公式的思考思路具體計(jì)算評(píng)估。

2.3 純電池動(dòng)力推進(jìn)型式船舶清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算方法

由于純電池動(dòng)力船舶的能量來(lái)自碼頭、港口的岸電，而且在船舶運(yùn)營(yíng)階段不釋放任何的廢氣，基本是零排放，所以純電池動(dòng)力船舶清潔能源應(yīng)用比例可為是100%。

3 實(shí)例計(jì)算分析

某7 500 t 級(jí)散貨船采用混聯(lián)式混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)方案為“柴油主機(jī)+軸帶電機(jī)+LNG 氣體發(fā)電機(jī)組+鋰電池”，鋰電池的電能由LNG 發(fā)電機(jī)組提供，設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1，燃料艙參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表2。

表1 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

表2 燃料艙參數(shù)

由于鋰電池的電能由LNG 發(fā)電機(jī)組提供，所以該船的清潔能源主要是LNG，為此清潔能源計(jì)算比例按照本文2.1.1 節(jié)和2.1.2 節(jié)計(jì)算。

1）LNG 燃料可獲性。

將表1、表2 中參數(shù)值代入式（1）可得：

由于fDFgas＞0.5，所以該船LNG 是主要燃料。

2）LNG 清潔能源應(yīng)用比例計(jì)算。

該船LNG 是主要燃料，且LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)為純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，所以由式（2）計(jì)算LNG 清潔能源應(yīng)用比例，將表1 和表2 中數(shù)值代入式（2）得：

通過(guò)計(jì)算得知，本船的清潔能源應(yīng)用比例為51.46%。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)船用清潔能源的種類、船舶推進(jìn)型式等進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，充分考慮船舶的設(shè)計(jì)及營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)，得出結(jié)論如下。

1）從LNG 燃料的可獲得性、LNG 是否是船舶主要燃料以及LNG 發(fā)動(dòng)機(jī)的型式（混燒機(jī)或純氣體機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)）等多維度研究建立了傳統(tǒng)常規(guī)推進(jìn)動(dòng)力型式的清潔能源替代比例計(jì)算方法。

2）針對(duì)混合動(dòng)力型式中的柴油+鋰電池的能源組合、柴油+LNG+鋰電池的能源組合、LNG+鋰電池的能源組合等多種組合方式，基于LNG、鋰電池能源的可獲得性、能源出處等，從多維度建立了混合動(dòng)力型式船舶的清潔能源替代比例計(jì)算方法。該方法的提出對(duì)推進(jìn)我國(guó)船舶清潔低碳綠色發(fā)展具有重要的意義，為評(píng)估采用清潔能源船舶的綠色化水平提供方法指導(dǎo)和技術(shù)支持。由此希望在一定程度上提升船東使用清潔能源的積極性，降低船舶廢氣排放物的量，提升船舶的綠色環(huán)保水平。