船舶节能减排的必要性和实施措施
彭飞龙
能能源 问题已经是各行业密切关注的问题，节能减排是我国的基本国策，关系到人民群众切身利益和中华民族生存发展，也是全球性能源紧张、人类居住环境恶化所引发的科学发展措施。船舶节能减排是关系到节约能源、环境保护、降本增效和企业可持续发展等问题，特别是在航运市场低迷时期，节能减排在船舶管理中显得尤其重要。
一、船舶节能减排的必要性和背景
1.航运企业降本增效可持续发展的要求
持续高涨的燃油成本和持续增长的燃油需求使得船舶节能减排工作成为近年来世界各大航运公司的一个主要任务，近年来，船舶燃料费用呈显著增高趋势，占船舶航运运营总费用支出成本的比例颇大。据统计，油船约占60%，散货船约占50%，定期客货船约占35%，小型运输船也占25%～30%。加强船舶管理和设备维护保养及节能减排的基础性管理，研究和应用节能技术降低船舶能耗，不仅可以为航运企业节省燃油费用，同时减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双双重效益。
2.国计民生的要求
党的十八大报告提出把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面。作为世界第二大温室气体排放国，中国把积极应对气候变化作为关系经济社会发展全局的重大议题，并纳入经济社会发展中长期规划。2009年，我国做出了至2020年单位GDP温室气体排放比2005年下降40%～45%的承诺。交通运输部《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》规定到2015年，与2005年相比较，营运船舶单位运输周转量能耗下降15%以上。
3.国际公约法规的要求
随着环境保护要求的提高，航运企业的温室气体排放已经成为国际社会关注的焦点，世界性组织纷纷出台相应公约和法规来控制船舶废气排放。海上环境保护委员会在2009年10月举行的第58次会议上，分别藉决议MEPC.176（58）和MEPC.177（58）通过MARPOL73/78附则VI（防止船舶污染国际公约）“防止船舶造成空气污染规则”修正案和《氮氧化物技术规则》修正案，其中包括逐步调低全球的燃油含硫量上限和逐步调低氮氧化物（NOx）排放量等等要素的修正案于2010年7月1日全球生效。欧盟及美国相应出台规定进入硫排放控制区域的船舶不能使用超过含硫量标准的燃油。各国都都加快了发展低碳经济，从而提高自身的竞争力。
4.船级社针对新造船2013年1月1日起强制实施《船舶能效设计指数（EEDI）》技术措施；针对营运船及新造船2013年1月1日强制实施《船舶能效管理计划（SEEMP）》管理措施；计划于2015年全面实施基于市场的主要航运碳减排机制（MBM）、国际GHG排放基金（GHGFund）、全球排放交易体系（ETS）等市场措施。
二、推进节能型船舶的发展
1.国家政策支持。交通运输部、财会部、国家发展改革委及工业和信息化部等部门相继出台多项政策并采取中央财政补贴方式，鼓励提前淘汰能耗高、安全和污染风险大的老旧船舶和单壳油轮，加大节能型船舶项目的投入，加快节能技术的推广和应用，充分调动各方的积极性，保障航运安全、促进节能减排，保护水域环境，提高我国航运企业在国际的竞争力。
2.节能型船舶的优化设计。在满足船舶使用的条件下，优化船体线型设计与船型，使船舶阻力小、装载效率高、选配耗油率小的主机，达到船、机、桨、舵的最佳配置，从而提高船舶的推进效率和运输效率，减少燃油的消耗和运营费用。
3.选用高效节能型动力装置，包括主、辅机、锅炉和传动轴系等，主要途径有：
（1）选用高效节能型主柴油机，由于主机的能耗在整个船舶动力装置中占据的比例最大，因此主机的优选对提高船舶动力装置的效率影响最大，目前作为主推进装置的柴油机趋向低转速、长冲程、高增压、高压缩比、电子喷射智能型，能燃烧劣质燃料油的方向发展，主要是降低耗油率，提高船舶营运经济性。
（2）提高螺旋桨推进效率，采用低转速、大直径、高效率螺旋桨，与主机匹配达到最佳机桨配合能发挥最佳推进效效率。
（3）选用可靠性高、热效率高、智能化的柴油发电机组和辅锅炉，它们的燃油消耗量也占据着较大的比重，特别是长期在短航线营运的油轮，辅锅炉的燃油消耗量可以占到船舶消耗燃油总量70%以上。
（4）利用主机废气余热节能技术。最常用的方法是通过废气锅炉产生蒸汽，满足船上燃油、滑油、淡水的加热、和生活杂用。在功率较大的大型船舶上，由于排气余热量大，产生的蒸汽量会有多余，可采用蒸汽轮机发电的余热利用系统，可使船用电力系统输出电量增加30%左右。主辅机冷却水余热可作为制淡装置的热源、加热器的热源、吸收式制冷装置的热源等。
（5）采用主机轴带发电机。由于柴油机在部分负荷工作时，其经济性较差，耗油率增加。当某些船舶较长时间处于部分负荷工作时，可采用主机轴带发电机，不仅可使主机工作在效率高的运行区域，提高效率，而且有可能减少柴油发电机组台数。
4.采用风帆助航。随着电子计算机和自动化技术的发展，用计算机自动控制风帆的操纵及风帆与动力装置的优化配合已经成为现实，为风帆船的发展提供了有力的支持，但由于风能的使用效率还较低目前还于研究试验阶段，有一定的局限性。
5.推广玻璃钢船型。采用玻璃钢材料制造的船舶，自重轻、船体表面光滑阻力小、航速快、重量轻、稳性好、抗风能力强等特点。但是受到玻璃钢“强度有余、刚性不足、耐磨擦性能差”这一材料特性的影响，建造玻璃钢船应以小型船舶为主，如渔船、游艇、航标巡检船等。据统计，玻璃钢船比同尺度钢质船舶节省燃油可达10%，维修费用也能大幅降低。目前，发达国家的渔船大都采用玻璃钢船型，而我国玻璃钢渔船的发展却略显缓慢，数量众多的渔船大都为钢质或木质，发展玻璃钢船型的潜力巨大。
三、营运船舶节能减排的管理措施，主要可从以下几方面措施达到较好的节能效果
1.采用经济航速，船舶和岸基管理人员根据抵港靠泊计划结合当前的海况条件，在保证安全完成作业任务的前提下，采取最低耗油航速，尽量减少不必要的漂航和抛锚机时间以达到最大的节能效果和最佳经济效益。一般而言，在外部环境相同的情况下，船舶主机功率与航速的三次方成正比，主机的功率与耗油率近似成正比关系。如果适当地降低航速，可以明显地降低燃油消耗量。以76 000载重吨油轮为例，主机以85RPM经济航速运行比102RPM全速航行每天可净节省燃油约17吨。但不容忽视的是主机长期在低负荷运行会产生一定的负面影响，需要制定一系列可行的措施来保证主机的安全运行。
2.加强主要机电设备的维护保养和科学管理达到技术节能效果，机电设备是船舶油料最直接的消耗者，抓好机电设备的维护保养，确保机电设备处于良好的工况，充分挖掘节能减排潜力。
（1）按要求对主机和副机（柴油机）进行维护保养，保持进排气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统良好，定期清洗和检修废气透平增压器、喷油器、燃烧室组件，保持主副机工况状态良好、热效率在最佳状态。
（2）尽量使用单台副机运行、减少不必要的用电负荷，以76 000载重吨油轮为例，在总用电负荷相同情况下每多开一台副机并机运行每天需要多消耗约1吨燃油。如停航期间可以停止不必要的水泵、油泵、风机以节省燃油，每天可节能燃油约1吨。据保守计算，正常开航只开一台发电机和停航时尽量减少不必要的水泵、油泵、风机用电负荷，每艘船每年可以节省达250吨燃油，折合人民币约120万元。
（3）按要求对锅炉和废气锅炉进行维护保养，调整正确的风油比例、定期清洗油枪保证燃烧良好，定期对炉膛、集热管表面进行吹灰、清洗保证良好的传热效果，定期处理水质减少水垢的形成，保证锅炉和废气炉处于最佳状态，合理安排货油舱加温、燃油舱加温减少燃油锅炉的耗油量，特别是油轮锅炉的燃油消耗量可占到整个船舶燃油消耗的很大比例，船岸管理人员应该掌握货油特性和靠泊卸货计划，科学、合理安排货油加温和卸货作业，尽量缩短货油加温的时间和卸货时间以节约燃油消耗。
（4）加强燃油管理，对燃油的正确净化、加温处理处理和使用各类添加剂，能够减少设备故障率、提高设备安全性能、延长设备维护周期、提高设备燃烧效率，降低有害物排放，提高燃油利用率，达到降低有害物排放量和降本增效目的。
3.减少船舶阻力。在船舶坞修前选择先进的船壳防污涂料，良好的船壳防污油漆具有在3-5年内保持防止海生物附着和减小船舶阻力的能力；使用优良的船壳打砂、喷涂工艺减小船体的阻力；船壳污底，这主要表现在船舶长时间在海生物活跃的海域停航时生长海生物，可导致船体阻力增加、船速下降、主机燃油消耗量大幅上升，据实船统计，船速下降10%，主机相应耗油量需增加约30%。船舶在航行时期间轮机长和岸基管理人员需要对船速、主机负荷和螺旋桨滑失率进行连续监控掌握船舶阻力的变化，特别是船舶停航时间长增加了海生物生长的几率，必要时需要进行船壳水下清污作业。
4.实施能效管理计划，中海油运从2012年开始在所有船舶上针对能效目标、指标，制定并实施船舶能效管理计划，根据船舶本身特性、航行区域、贸易和其他相关的要求，采取最佳操作方案。在提高船岸管理人员的节能意识和减少燃油消耗方面取得了良好的效果。
5.加装螺旋桨导流鳍，可以改善艉部流场、减少空泡损失，使螺旋桨推进效率提高，据实验推进测试和实船试验，在加装了螺旋桨导流鳍的船舶主机燃油消耗量可降低约1%。
6.船舶靠泊使用岸电。船舶在靠泊期间使用岸电，减少港区废气排放，提高港区环境质量。中海集团洛杉矶集装箱码头2004年正式投入使用，这是世界上第一个能提供岸上供电的绿色环保码头，设有环保型供电系统，船舶靠岸后，只要插上连接变压系统的插头就能得到供电，装卸货物时无需自行发电，应用集装箱码头全电力装卸工艺技术，船舶靠泊作业实现“零排放”，在交通运输行业有典型的示范作用。
能能源 问题已经是各行业密切关注的问题，节能减排是我国的基本国策，关系到人民群众切身利益和中华民族生存发展，也是全球性能源紧张、人类居住环境恶化所引发的科学发展措施。船舶节能减排是关系到节约能源、环境保护、降本增效和企业可持续发展等问题，特别是在航运市场低迷时期，节能减排在船舶管理中显得尤其重要。
一、船舶节能减排的必要性和背景
1.航运企业降本增效可持续发展的要求
持续高涨的燃油成本和持续增长的燃油需求使得船舶节能减排工作成为近年来世界各大航运公司的一个主要任务，近年来，船舶燃料费用呈显著增高趋势，占船舶航运运营总费用支出成本的比例颇大。据统计，油船约占60%，散货船约占50%，定期客货船约占35%，小型运输船也占25%～30%。加强船舶管理和设备维护保养及节能减排的基础性管理，研究和应用节能技术降低船舶能耗，不仅可以为航运企业节省燃油费用，同时减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双双重效益。
2.国计民生的要求
党的十八大报告提出把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面。作为世界第二大温室气体排放国，中国把积极应对气候变化作为关系经济社会发展全局的重大议题，并纳入经济社会发展中长期规划。2009年，我国做出了至2020年单位GDP温室气体排放比2005年下降40%～45%的承诺。交通运输部《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》规定到2015年，与2005年相比较，营运船舶单位运输周转量能耗下降15%以上。
3.国际公约法规的要求
随着环境保护要求的提高，航运企业的温室气体排放已经成为国际社会关注的焦点，世界性组织纷纷出台相应公约和法规来控制船舶废气排放。海上环境保护委员会在2009年10月举行的第58次会议上，分别藉决议MEPC.176（58）和MEPC.177（58）通过MARPOL73/78附则VI（防止船舶污染国际公约）“防止船舶造成空气污染规则”修正案和《氮氧化物技术规则》修正案，其中包括逐步调低全球的燃油含硫量上限和逐步调低氮氧化物（NOx）排放量等等要素的修正案于2010年7月1日全球生效。欧盟及美国相应出台规定进入硫排放控制区域的船舶不能使用超过含硫量标准的燃油。各国都都加快了发展低碳经济，从而提高自身的竞争力。
4.船级社针对新造船2013年1月1日起强制实施《船舶能效设计指数（EEDI）》技术措施；针对营运船及新造船2013年1月1日强制实施《船舶能效管理计划（SEEMP）》管理措施；计划于2015年全面实施基于市场的主要航运碳减排机制（MBM）、国际GHG排放基金（GHGFund）、全球排放交易体系（ETS）等市场措施。
二、推进节能型船舶的发展
1.国家政策支持。交通运输部、财会部、国家发展改革委及工业和信息化部等部门相继出台多项政策并采取中央财政补贴方式，鼓励提前淘汰能耗高、安全和污染风险大的老旧船舶和单壳油轮，加大节能型船舶项目的投入，加快节能技术的推广和应用，充分调动各方的积极性，保障航运安全、促进节能减排，保护水域环境，提高我国航运企业在国际的竞争力。
2.节能型船舶的优化设计。在满足船舶使用的条件下，优化船体线型设计与船型，使船舶阻力小、装载效率高、选配耗油率小的主机，达到船、机、桨、舵的最佳配置，从而提高船舶的推进效率和运输效率，减少燃油的消耗和运营费用。
3.选用高效节能型动力装置，包括主、辅机、锅炉和传动轴系等，主要途径有：
（1）选用高效节能型主柴油机，由于主机的能耗在整个船舶动力装置中占据的比例最大，因此主机的优选对提高船舶动力装置的效率影响最大，目前作为主推进装置的柴油机趋向低转速、长冲程、高增压、高压缩比、电子喷射智能型，能燃烧劣质燃料油的方向发展，主要是降低耗油率，提高船舶营运经济性。
（2）提高螺旋桨推进效率，采用低转速、大直径、高效率螺旋桨，与主机匹配达到最佳机桨配合能发挥最佳推进效效率。
（3）选用可靠性高、热效率高、智能化的柴油发电机组和辅锅炉，它们的燃油消耗量也占据着较大的比重，特别是长期在短航线营运的油轮，辅锅炉的燃油消耗量可以占到船舶消耗燃油总量70%以上。
（4）利用主机废气余热节能技术。最常用的方法是通过废气锅炉产生蒸汽，满足船上燃油、滑油、淡水的加热、和生活杂用。在功率较大的大型船舶上，由于排气余热量大，产生的蒸汽量会有多余，可采用蒸汽轮机发电的余热利用系统，可使船用电力系统输出电量增加30%左右。主辅机冷却水余热可作为制淡装置的热源、加热器的热源、吸收式制冷装置的热源等。
（5）采用主机轴带发电机。由于柴油机在部分负荷工作时，其经济性较差，耗油率增加。当某些船舶较长时间处于部分负荷工作时，可采用主机轴带发电机，不仅可使主机工作在效率高的运行区域，提高效率，而且有可能减少柴油发电机组台数。
4.采用风帆助航。随着电子计算机和自动化技术的发展，用计算机自动控制风帆的操纵及风帆与动力装置的优化配合已经成为现实，为风帆船的发展提供了有力的支持，但由于风能的使用效率还较低目前还于研究试验阶段，有一定的局限性。
5.推广玻璃钢船型。采用玻璃钢材料制造的船舶，自重轻、船体表面光滑阻力小、航速快、重量轻、稳性好、抗风能力强等特点。但是受到玻璃钢“强度有余、刚性不足、耐磨擦性能差”这一材料特性的影响，建造玻璃钢船应以小型船舶为主，如渔船、游艇、航标巡检船等。据统计，玻璃钢船比同尺度钢质船舶节省燃油可达10%，维修费用也能大幅降低。目前，发达国家的渔船大都采用玻璃钢船型，而我国玻璃钢渔船的发展却略显缓慢，数量众多的渔船大都为钢质或木质，发展玻璃钢船型的潜力巨大。
三、营运船舶节能减排的管理措施，主要可从以下几方面措施达到较好的节能效果
1.采用经济航速，船舶和岸基管理人员根据抵港靠泊计划结合当前的海况条件，在保证安全完成作业任务的前提下，采取最低耗油航速，尽量减少不必要的漂航和抛锚机时间以达到最大的节能效果和最佳经济效益。一般而言，在外部环境相同的情况下，船舶主机功率与航速的三次方成正比，主机的功率与耗油率近似成正比关系。如果适当地降低航速，可以明显地降低燃油消耗量。以76 000载重吨油轮为例，主机以85RPM经济航速运行比102RPM全速航行每天可净节省燃油约17吨。但不容忽视的是主机长期在低负荷运行会产生一定的负面影响，需要制定一系列可行的措施来保证主机的安全运行。
2.加强主要机电设备的维护保养和科学管理达到技术节能效果，机电设备是船舶油料最直接的消耗者，抓好机电设备的维护保养，确保机电设备处于良好的工况，充分挖掘节能减排潜力。
（1）按要求对主机和副机（柴油机）进行维护保养，保持进排气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统良好，定期清洗和检修废气透平增压器、喷油器、燃烧室组件，保持主副机工况状态良好、热效率在最佳状态。
（2）尽量使用单台副机运行、减少不必要的用电负荷，以76 000载重吨油轮为例，在总用电负荷相同情况下每多开一台副机并机运行每天需要多消耗约1吨燃油。如停航期间可以停止不必要的水泵、油泵、风机以节省燃油，每天可节能燃油约1吨。据保守计算，正常开航只开一台发电机和停航时尽量减少不必要的水泵、油泵、风机用电负荷，每艘船每年可以节省达250吨燃油，折合人民币约120万元。
（3）按要求对锅炉和废气锅炉进行维护保养，调整正确的风油比例、定期清洗油枪保证燃烧良好，定期对炉膛、集热管表面进行吹灰、清洗保证良好的传热效果，定期处理水质减少水垢的形成，保证锅炉和废气炉处于最佳状态，合理安排货油舱加温、燃油舱加温减少燃油锅炉的耗油量，特别是油轮锅炉的燃油消耗量可占到整个船舶燃油消耗的很大比例，船岸管理人员应该掌握货油特性和靠泊卸货计划，科学、合理安排货油加温和卸货作业，尽量缩短货油加温的时间和卸货时间以节约燃油消耗。
（4）加强燃油管理，对燃油的正确净化、加温处理处理和使用各类添加剂，能够减少设备故障率、提高设备安全性能、延长设备维护周期、提高设备燃烧效率，降低有害物排放，提高燃油利用率，达到降低有害物排放量和降本增效目的。
3.减少船舶阻力。在船舶坞修前选择先进的船壳防污涂料，良好的船壳防污油漆具有在3-5年内保持防止海生物附着和减小船舶阻力的能力；使用优良的船壳打砂、喷涂工艺减小船体的阻力；船壳污底，这主要表现在船舶长时间在海生物活跃的海域停航时生长海生物，可导致船体阻力增加、船速下降、主机燃油消耗量大幅上升，据实船统计，船速下降10%，主机相应耗油量需增加约30%。船舶在航行时期间轮机长和岸基管理人员需要对船速、主机负荷和螺旋桨滑失率进行连续监控掌握船舶阻力的变化，特别是船舶停航时间长增加了海生物生长的几率，必要时需要进行船壳水下清污作业。
4.实施能效管理计划，中海油运从2012年开始在所有船舶上针对能效目标、指标，制定并实施船舶能效管理计划，根据船舶本身特性、航行区域、贸易和其他相关的要求，采取最佳操作方案。在提高船岸管理人员的节能意识和减少燃油消耗方面取得了良好的效果。
5.加装螺旋桨导流鳍，可以改善艉部流场、减少空泡损失，使螺旋桨推进效率提高，据实验推进测试和实船试验，在加装了螺旋桨导流鳍的船舶主机燃油消耗量可降低约1%。
6.船舶靠泊使用岸电。船舶在靠泊期间使用岸电，减少港区废气排放，提高港区环境质量。中海集团洛杉矶集装箱码头2004年正式投入使用，这是世界上第一个能提供岸上供电的绿色环保码头，设有环保型供电系统，船舶靠岸后，只要插上连接变压系统的插头就能得到供电，装卸货物时无需自行发电，应用集装箱码头全电力装卸工艺技术，船舶靠泊作业实现“零排放”，在交通运输行业有典型的示范作用。
