杨 城

（武警士官学校，浙江杭州 311400）

随着全球贸易的扩大，航运业也随之迅猛发展，然而，船舶航行时产生的NOx、SOx等有毒、有害气体，严重威胁着海洋环境的安全。1988 年IMO 海洋环境保护委员会（MEPC）正式展开船舶对大气污染议题的研讨及审议，目的是减少船舶对大气的污染。随着国际防污染公约（MAPOL 73/78）附则Ⅵ-“防止船舶造成大气污染规则”于2005年正式生效[1]，对船舶的排放提出了新的要求。当前，世界各国及国际海事组织积极推出温室气体减排计划[2]，在这种背景下，2021 年，国务院印发《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》[3]，这表明，绿色船舶已成为一种必然[4]。

1 评价指数

2008年MEPC第58次会议首次提出新建船舶能效设计指数（EEDI）概念以来，历经多次修改及论证，最终经MEPC.245（66）决议形成了标准的新船能效设计指数，具体公式如下：

EEDI 主要表示船舶每吨/英里排放二氧化碳的数量，根据公式，EEDI 指数越小，表明CO2排放越少，船舶的能效越高。为区别EEDI，澳大利亚Rightship 公司提出现有船舶能效设计指数（EVDI）[5]概念，方便船舶进行GHG（Green house gas）排放分级，EVDI与EEDI相类似，主要是计算单位运输量排放的CO2量，计算的结果主要与船舶的船型、航速、载货量、油品、主机功率等有关。具体公式如下：

除此之外，2011 年，MEPC 正式将船舶能效管理计划（SEEMP）[6]作为强制性要求，提出船舶能效营运指数（EEOI）的概念，一并纳入MARPOL公约，主要是从船舶公司营运的角度，进行策划、实施、监测、评估以及改进，提高船舶的能效。

2 绿色船舶的技术方案

2.1 降低主辅机能耗

2.1.1 设计紧凑

相同功率情况下，主机体积越小，则燃烧产生的有毒有害气体，也会随之减少。因此，在生产设计时，设备厂商对主辅机采用轻量化设计，可以降低主辅机的重量和体积。船用二冲程柴油机，通常缸径较大、冲程较长，有毒有害气体的排放量相应较大，采取轻量化设计后，将会缩小燃烧室容积，燃烧产生的废气量也随之减少，从而降低能源消耗和能效指数。

2.1.2 限制功率

根据EEDI 验证指南，船舶主机在75%的额定功率（MCR）下进行油耗验证，辅机在50%MCR功率下进行验证。以MAN 二冲程柴油机为例，通常主机在50%～80%负荷范围内，主机的燃油消耗率随着功率的增加呈现出先降后升的趋势，而不同机型、不同尺寸的主机最低燃油消耗率的工况点也有所不同。因此，在使用过程中，根据主机油耗率曲线，适当降低或限制功率，可以提高燃烧效率，降低燃油消耗，从而降低GHG、NOX的排放量。

2.1.3 低碳燃料

当前，大型商船采用的燃油通常是重油，重油的成分中，含有大量的碳原子，燃烧后生成大量的GHG、HC 化合物以及其他有毒有害气体。因此，未来的船舶可以选用碳转化系数低的燃料，如天然气、生物柴油、正丁醇等，或者选用清洁能源，如H2，这类气体燃烧后产生的GHG 相对较少甚至为0。目前，技术相对成熟，应用较广泛的是采用柴油以及天然气混合燃烧的双燃料发动机，这种发动机可以有效降低NOx的排放量，对GHG 也有一定程度的降低。

2.2 增加节能装置

船舶主机燃烧产生的废气，经过排气道、涡轮增压器以及废气锅炉，排放到大气中，不仅污染环境，同时，废气中的热量仍然很高，却白白耗散掉，属于能量的损耗。因此，可以在主机废气锅炉后，加装余热回收装置，将主机排放损耗的热量回收再利用，提高主机废气利用率，在一定程度上提高了能量的利用，减少了GHG排放。

2.3 增加新能源技术装备

船舶的电力供应，主要依靠船舶发电机，发电机在使用过程中也会产生大量CO2、HC 化合物以及NOX等有毒、有害气体。因此，采用风能以及太阳能等新型能源进行发电，替代原有的柴油发电技术，可以降低发电机的功率损耗，减少有毒、有害气体排放。

2.4 优化载装量、船速、功率匹配：

船舶在航行过程中，一方面，容易受到风流浪涌的影响，导致船舶阻力增大，推进效率降低，主机负载升高，燃油消耗增加，能效指数增高；另一方面，船体容易受到运载货物配载不均的影响，导致螺旋桨吃水不均匀，船舶推进效率降低，油耗增加。因此，对船舶的线型进行优化设计，货物配载均匀，可以提高船舶的推进效率，降低能效指数。

2.5 船舶改造

针对船舶改造，主要涉及到三个方面：电控化改造、传统主机改造为双燃料发动机以及更换可变距螺旋桨。首先，电控化改造主要是将传统的机械式喷油器、喷油泵改造为电控式喷油器以及喷油泵，这样可以提高喷射效率，降低燃油消耗；其次，将传统发动机改造为双燃料发动机，双燃料发动机具有较低的NOx和GHG气体排放；最后，采用可变距螺旋桨，同时缩小螺旋桨尺寸，提高螺旋桨的推进效率，降低船舶航速。

3 绿色船舶的管理方案

管理就是管人、管船、管设备，每艘船舶都有其自身的特点，要想从技术上对船舶及其设备采取有效的能效措施，则需要从管理的角度，对船舶、设备和人员进行管理，经过系统、科学的论证评估后，才能达到最佳效果。

3.1 策划

从技术角度考虑，有诸多提升船舶能效的方式，但是，部分技术和实际应用之间还有相当大的差距，部分技术只具有可能性，但不具备实际的可行性。因此，对船舶采取的能效措施，需要结合船舶的实际状况、船厂及发动机厂的技术建议，并结合相关船级社法律规范，进行良好的策划，找到切实可行的提升船舶能效指数的方案。与技术相对应的是管理，通过对船舶的管理，提升船舶能效。在能效管理策划阶段，首先需要考虑到影响船舶能效指数的主要参数，如：航线设计、航速管理、主辅油耗、船体保养等，再根据本船和航次的特点，制定一定时间内提高能效的方法。最后，结合技术与管理两个层面，找出最优的能效提升方案。

3.2 实施

船舶能效管理实施时，需要整合必要的资源。一方面是人员。按照计划定期对船员进行航海、轮机等专业技能培训以及经验分享，做好内部信息交流，提升船舶专业人员综合素质能力，减少故障和事故的发生率；另一方面是机器。针对机器设备产生的数据，进行实时记录、文件控制，如对经过检修后的主机油耗进行记录，落实记录存档，作为检查对比的依据。

3.3 监测

船舶的运营过程中，需要利用专用的监测设备对船舶的能耗进行实时监测，对采集的数据进行计算，如油耗以及发电量等，并分析计算后的能效数据，如果出现异常状态，分析和查找原因，及时吊缸检修，排查故障，定期对能效变化趋势进行对比，一旦超出了预定的范围，及时找到产生的原因，并找出管理中存在的问题，早发现，早调整。

3.4 评估与改进

定期对船舶的能效进行评估，便于及时发现问题和改进。船舶的能效管理评估，主要包括四个方面内容:第一，能效管理计划合理性。主要是从技术和管理两个角度，考虑能效计划编制是否合理；第二，能效管理措施适用性。计划实施一段时间后，对编制的能效计划进行检验看其是否适用；第三，能效管理活动有效性。定期对记录存档的能效数据进行检查对比，检查能效管理是否有效；第四，能效管理目标、指标的实现程度。依据能效计划，船舶的能效是否有所改善。如果不满足要求，则及时反馈、改正。

4 结论

本文主要从技术和管理两个维度，为绿色船舶的解决方案提供一种参考。在技术层面上，主要是通过降低主辅机能耗；增加余热装置；采用新能源等技术；优化载装量、船速、功率匹配；增加节能装置；船舶改造等措施，降低船舶能效指数，但是在应用上，部分技术存在一定的局限性。在管理层面上，则需要按照SEEMP 四个基本的管理步骤，结合具体船舶，策划船舶降低能效方案，技术上采用降功率方式或优化船型和配载等，在管理上对人员进行专业培训和经验交流，提升综合素质能力，进行船舶能效数据的记录和控制，实时监测和分析，同时，定期评估能效管理的有效性和适合性，及时反馈和改正，最终达成绿色船舶的目的。