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基于节能减排理念的绿色海运方式

时间:2012-07-30作者:牟继冰来源:中国论文库
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  摘 要: 阐述了海运船舶采用的几种节能减排方式, 包括采用新能源、 玻璃钢船体、 经济航速等。 在分析这些减排方式的基础上, 综合对比了各种方法的优缺点, 提出了海运船舶节能减排的一点

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  摘 要: 阐述了海运船舶采用的几种节能减排方式, 包括采用新能源、 玻璃钢船体、 经济航速等。 在分析这些减排方式的基础上, 综合对比了各种方法的优缺点, 提出了海运船舶节能减排的一点看法。

  关键词: 节能减排; 海运船舶; 新能源; 玻璃钢船舶;经济航速

  近年来, 节能减排成为全世界关注的话题。 气候变暖带来的全球性灾难已经触目惊心。 2011 年 11 月德班气候大会宣布将制定法律工具或法律成果来约束各国的减排工作。 在已采取的一系列行之有效的措施中, 本文将就各国海运船舶采用的节能减排方式作一简单介绍。

  1 全球环境下的节能减排目标

  国际能源机构统计数据表明, 2010 年全球二氧化碳排放量达到有史以来的最高值 306 亿吨。 荷兰环境评估局公布的数据显示, 2007 年中国二氧化碳排放量约占世界总体的四分之一, 居世界首位。 人均碳排放总量超过 5吨, 2010 年则达到 6.8 吨。 2009 年哥本哈根气候大会, 中国承诺, 2020 年, 我国单位 GDP 二氧化碳排放量将比2005 年减少 40%~45%。 在国内, 交通运输部在 “十二五” 发展规划中提出, 到 2020 年, 中国营运船舶的单位运输货物周转量能耗要降低 15%, 二氧化碳排放量减少 16%。

  2 海运船舶常见的节能减排方式

  海运船舶节能减排方式有很多, 包括采用新型的更为清洁的能源作为船舶动力、 采用新型材料建造船舶。 或者从航运角度, 采用经济航速。 无论站在哪个角度, 世界各国都展开了很多的尝试。

  2.1 新能源船舶

  柴油, 是目前世界上各类船舶的主要能源。 由于其燃烧后产生的 NOX、 SO2 等气体对大气的严重污染, 迫使船舶制造商不得不为船舶寻找更为清洁的新型能源作为动力。 近年来, 造船业所采用的新型能源主要有太阳能、氢能、 风能、 核能、 天然气、 生物能、 海洋能等。

  2.1.1 太阳能

  太阳能是一种新型的可再生能源, 现代科技利用太阳能发电为船舶提供动力。

  2011 年 8 月, 世界最大的太阳能动力船舶 “星球太阳能号” 抵达香港, 这是它环球之旅的其中一站。 该船的太阳能板约 500 多平方米, 最高航速达 15 海里, 即使在缺乏阳光的情况下, 一次充电的能量也可维持 3 天的航行。 该船造价为 1 000 万欧元, 耗时 13 个月。

  太阳能安全无污染, 不消耗其他地球资源, 不会导致温室效应。 船舶行驶在海面上有绝佳的采光条件, 敞露的轮船表面又适宜铺置大面积太阳能板。 这些优势使太阳能在全球领域节能减排的呼声下, 受到航运界的更多关注。

  2.1.2 氢能

  氢能, 是氢的化学能, 属于二次能源, 目前广泛应用于宇航飞船。 它是最清洁的可再生能源之一, 对环境的友好度很高, 因此成为船舶的又一种新型动力。

  氢能来源于水, 燃烧后又还原成水, 不污染环境。 氢气无味无毒, 即使发生泄漏, 也会远离地面, 在纯度高于 75%时, 性质更为稳定, 发生爆炸的系数较低。

  现有的船舶常规动力机械稍加改造, 既可用氢代替煤和石油作为动力, 这使得氢能更加受到环保组织的关注。

  当船舶行驶在海上, 周围存在着取之不尽的电解水———海水。 利用海上的有利条件, 收集太阳能, 既可以在阳光充足的时候利用太阳能作为动力, 又可以利用太阳能电解海水制氢, 作为储备能源。 无需像柴油船舶一样, 靠岸获取能源。

  2007 年, 冰岛氢能公司利用欧特克解决方案设计出了世界上第一艘配备氢能的商用船。 这是一艘重达 130 吨、可搭乘 150 名乘客的观鲸旗舰船。 该项举措, 为船舶搭载氢能注入了一剂兴奋剂。

  2.1.3 风能

  风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。 风能在地球上分部广泛, 储量很大, 可再生, 永不枯竭, 而且不产生任何污染。

  随着科技的发展, 风力发电的成本一降再降, 现在已经远低于太阳能发电。 研究表明, 风力发电的成本为 4~8 美分/(kW·h), 而太阳能光伏发电和太阳能热力发电的成本分别是 50~100 美分/(kW·h) 和 12~30 美分/(kW·h)。 与煤电相比, 风力发电将减少 CO2 820~910 t/(GW·h)。 目前, 风力发电成本已经降到了 20 世纪 80 年代的六分之一, 并且继续下降[1]。

  风在海洋上的强度要比陆地大很多, 船舶行驶在海上有很合适的条件利用风能。 但是, 海洋上的风分布也不是很均匀, 有些地方可能风平浪静, 有些地方又可能狂风大作以至于折损风帆。 考虑到以上的各种情况, 各国在制造利用风能为动力的新能源船舶时, 也采用了相应的对策。

  1980 年 8 月, 世界上第一艘风帆油轮 “新爱德丸号” 建造于日本, 截止到 2004 年日本已有 14 艘以风作辅助动力的船只航行在海上, 它们的耗油量仅为普通机动船的 75%[2]。

  这些船舶虽然采用了风能这种新型能源, 但仍然以主机为主, 风帆为辅, 同时也注意到, 当风向不合适的时候, 可调整风帆的角度, 风力过大时, 也可将其放倒。 至于风力的储存, 德国柏林的普伦茨劳启用的一座风力混合发电站, 可将风能以氢的形式储存起来, 在无风情况下继续提供 “绿色能源”。 船舶在利用风能的时候, 也可以考虑是否能将能量储存以备不时之需, 或者干脆采用包含了风能的混合动力。

  2.1.4 核能

  核能, 是通过转化其质量从原子核释放的能量。 核能发电作为船舶的动力, 是一种近乎零排放的清洁能源,全球有相当数量的潜艇正在使用这种能源。 此外, 最引人注目的是, 少量的核燃料就能够产生巨大的能量。 一艘新型核动力航空母舰可以航行 10 多年而不必加燃料, 一艘 3 万吨级油轮在不计补充核燃料条件下, 航行一万海里仅消耗一公斤 U 235, 同样这条油轮若采用燃油航行同样距离, 则要消耗 1 200 吨柴油[3]。

  1962 年美国商用船舶 “萨娃娜” 号建成, 并于 1964 年下水航行, 1970 年退役。 其中, 在 1968 年曾经换过一次核燃料。 俄罗斯则有 9 艘核动力破冰船。 德国、 日本等也都在商用船舶上采用过核能源作为船舶动力。

  但是, 核能源仍然饱受争议。 迄今为止, 仍有一些港口拒绝搭载核燃料的船舶停靠。 不仅因为放射性物质危险性非常大, 一旦污染港口、 城市或者街道将带来难以估量的损失; 而且很多非政府组织一直在持续抗议核设施的应用, 这给当地政府也带来很多压力。 商用船舶若采用核动力行驶在海上, 在当今的国际形势下, 也必须加大保安力度, 以防止恐怖分子打什么算盘。 再者, 核废料该如何处置? 处理不当的后遗症和所需的费用也需要仔细思考。

  2011 年日本地震所引发的核泄漏, 让很多人又想起切尔诺贝利核电站的事故 。 因此, 核能应用在商用船舶上, 仍然有一段艰难的路需要走, 包括技术上的和民众心理接受程度上的。

  2.1.5 天然气

  基于节能减排理念的绿色海运方式39天然气谈不上是纯粹的新能源, 因为它燃烧后产生的依然是二氧化碳, 只是排放量要少很多, 同样热值下比石油少 30%, 比煤炭少 50%。 再者成本低廉, 天然气发电的成本仅为太阳能成本的六分之一。 另外还有清洁干净、安全性较高等优点。 因此, 也成为船舶动力可以考虑的能源之一。

  2011 年 12 月, 山东内河第一艘液化天然气混合动力船在京杭大运河中首航 。 该船由普通原动力船舶改装而成, 天然气的能耗约占 70%, 柴油 30%, 改装后节能达 25%。

  2.1.6 其他能源

  包括生物能、 海洋能等等。 它们作为新型能源也受到很多关注, 但目前应用仍然不是特别广泛。

  2.2 新材料船舶

  玻璃钢, 又称玻璃纤维增强塑料, 是一种将玻璃纤维和合成树脂复合在一起的材料。 它可以代替钢和木材建造小型船舶, 如渔船、 游艇等。

  玻璃钢轻质高强, 能够提升船舶的航速, 减少阻力。 玻璃钢船比同尺寸钢船节省燃料近 10%, 减少了对环境的污染。 耐腐蚀性能好, 在海洋中行驶, 可以减少海水和微生物的腐蚀, 使用寿命更长, 维修费用降低。 另外,它的电性能良好, 微波透过率高, 不反射雷达波。

  世界上的玻璃钢船已有 200 多万艘, 目前, 美国近海捕捞的渔船, 几乎皆为玻璃钢制造, 木质渔船已全部淘汰, 每年用于造船的玻璃钢量达 20 万吨以上[4]。

  以太阳能为动力的 “星球太阳能号” 几乎全部采用轻质高强度碳纤维复合材料制成, 船体主要材料为碳纤维,中心船体由碳纤维增强外壳和高密度芯材构成, 目前正在进行环球航行。

  2.3 经济航速

  船舶在建造时, 都已经确定了一个设计航速。 航行时的实际航速, 通常与设计航速相近。 此时, 主机运转良好, 燃烧最充分, “每千瓦小时油耗” 也最低。

  在燃油价格攀升, 贸易量减少以及海员工资待遇提升等一系列问题出现的时候, 航运企业成本加大, 这时最适宜采用经济航速, 不仅减少航运企业的损失, 而且也为节能减排做出贡献。 船舶航行一海里所需费用最低的航速称之为船舶的经济航速, 即 “每海里燃油消耗” 最低的航速。 这个速度可以减少燃油消耗, 降低成本, 减少了排放量。 如果航速降低 10%, 则主机功率下降 27.1%, 燃油消耗量减少 19%; 如果航速降低 20%, 则主机功率下降 48.8%, 燃油消耗量减少 36% , 从而可以看出采用经济航速, 节能效果明显[5]。 但是为了保证柴油机的正常运转, 不宜偏离设计航速太多, 比较理想的结合点应为航速降低 10%左右。

  3 关于节能减排方法的认识

  海运船舶节能减排的方式有很多, 各有其优势与不足。 在目前的情况下, 根据现有的设备, 航运界可以采用经济航速。 从成本的角度上, 造船业可以改进现有的船舶设备, 以达到节能减排并且节省资金投入的目的。 若从长远看, 采用新能源才是更有效的、 更值得关注的节能减排方式。 正如上文所述, 一些新能源不仅减排, 而且几乎是零排放, 一则保护了环境。 二来随着地球的能源缺口越来越大, 造船业有义务寻找新的能源替代品, 这会促进造船业和航运界的可持续发展, 也为人类其他行业提供了一个方向和希望。

  虽然, 各种新能源仍然在试用阶段, 或者还有很多美中不足的地方, 比如风能在获取方面的不稳定性、 太阳能初期投入的资金比较多、 核能危险性比较大等, 但随着技术的进步, 相信很多问题都有可以解决的方法。 新能源, 必将成为未来最受瞩目的节能减排方式。

  4 结束语

  节能减排是需要全世界共同行动起来的事情, 它关系到人类未来的发展, 每个行业甚至每个人都有义务关注并践行节能减排的各种方式。 对海运船舶而言, 无论是造船技术中采用了环保能源或者新型材料, 还是航运界考虑到了经济航速, 都会给我们的环境带来更多的希望。

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