武船集团建造！国内首艘2000吨级集散两用新能源船投用

所谓新能源，就是各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。而船舶所消耗的燃油占燃油消耗的百分百正逐年上升，导致燃油占船舶运输成本越来越大的情况下，如何进一步做好船舶的节能工作，从而有效降低运输成本已迫在眉睫。

为了适应这一新形势的需要,绿色船舶成为其中最重要的解决渠道和未来船舶发展的方向，其中新型能源在船舶上的应用是最具有革新性和代表性的技术。下面，我讲借此机会，对我所了解的新能源在船舶上的应用进行浅谈。

随着科学技术的不断进步,以风能、太阳能、核能、生物质能和潮汐能等为典型代表的新能源在节能减排方面所具有的独特优势和所能产生的效益已经越来越显著,其在船舶交通运输行业的应用和推广已呈潮涌之势。

源于地球表面大量空气流动所产生的动能——风能,是一种无污染且无限可再生资源。人类对风能的利用历史可以追述到公元前,随着科学技术水平的不断进步,工业社会对于风能的利用有着丰富的经验,配套产业和基础设施也较为成熟。但是,风能利用存在着间歇性、噪音大、受地形影响和干扰雷达信号等难以彻底消除的缺点。当前,风能利用主要以风能作动力(风帆助航)和风力发电两种形式为主,在船舶上的应用形式偏重于作为航行的主动力或辅助动力,只在少数船舶上应用风力发电技术。

其实早在20世纪80、90年代,日本在风帆助航的研究和利用方面有了新的突破。1980年日本建造了第一艘装有普通翼帆的新爱德丸油轮,新爱德丸号装有两个高12.15m、宽8m的风帆。之后又建造了扇蓉丸、日产丸等机动风帆货船,1984年又设计和建造了2600t的臼杵先锋丸和另一艘31000t的现代风帆助航远洋货轮。而在2007年12月15日全球第一艘用风筝拉动的货轮白鲸天帆号由德国汉堡市起航。

太阳能的利用主要有两个方面的技术,即光热技术和光伏技术。光热技术是利用太阳光的热辐射,其应用最为成功的领域是太阳能热水器。该项技术的进一步延伸是太阳能热发电,即利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽,再通过汽轮机、发电机来发电。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高,进行热电转换在有限的船舶空间内难以实施,故而光热利用的可行性不是很高。但是应用光热技术代替常用的蒸汽盘管和电加热盘管对船舶所使用的重油进行预加热,是一个值得关注的方向。光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上所产生的电能进行调制后加以利用,亦称为光生伏打效应。随着太阳能光伏技术的不断深入发展,其效率、可靠性和稳定性均有了很大的提升,因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。从最开始1997年,瑞士在日内瓦湖上从洛桑到圣叙尔皮斯区投入使用了两艘太阳能驱动客运船可有效承载60名乘客。到2010年2月25日,世界最大的全太阳能动力船“星球太阳”号,在德国基尔下水。太阳能在船舶上的运用已经日臻完善。

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。其分为生物燃料、生物柴油、生物质油三种。生物燃料是指利用大自然的动、植物资源而得到的高效、污染少的能源,其典型代表就是生物柴油和生物质油。生物柴油是以动、植物油脂及餐饮废弃油脂为原料制成的液体燃料,是优质的石化柴油代用品。生物质油是指生物质通过热解技术裂解而得到的液化产物。但是船舶属于一个相对独立且空间区域较为有限的结构体。机舱内电、气、热设备和系统高度集成,考虑在船舶内附加安装生物质能转换装置有着不可避免的局限性,故而可行性不高。就船舶现有设备条件出发,直接或间接使用由生物质能转换而成的替代燃料(例如生物柴油等)是主要的应用模式。面前，最成功的生物燃料船，为2008年6月27日完成环球航程,使用生物质能的新西兰地球竞赛号高速环保机动船。

核能作为一种能源,特别是一种动力能源,其优越性相当明显它具有体积小，能量巨大、运输与储存较方便，安全性高、较低的污染性、强大的放射性和杀伤性、技术和管理要求高等特点。用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。过程：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。核动力反应堆可以用来发电、供热和推动船舰。在作为船舶动力源方面,核动力装置首先是被应用于潜艇和航空母舰等军用舰艇,而后建造核动力舰艇的一些国家也将船用核动力堆用于推动民用水面船舶,如核动力客船、散货船和破冰船,等。纵观世界船舶发展历史，发展民用核动力船舶,已经有若干国家在此方面迈出了第一步。比如美国的核动力船“萨娃娜号”于1962年建成。与德国矿石运输船“奥托汉号”于1968年月12月建成。还有俄罗斯共建成了9艘核动力破冰船,目前正在服役的有8艘,计划建造的破冰船有2艘。

上述都是现在较为成熟，也较为有技术基础的一些新能源利用，随着人类不断的追求进取与探索发现，

今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。随着全球范围内能源危机的冲击和环境保护及经济持续发展的要求，开发利用新能源(可再生)成为发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。2009年7月13日召开的国际海事组织(IMO)59次环保会(MEPC59)上，通过了关于新船能效设计指数(EEDI)，要求各国政府采取相应的行动。EEDI是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。其分母表示船舶在规定的船速下与载货量之乘积，而分子可概括为两部分，第一部分为主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，第二部分为采用新的节能技术减少燃油消耗所带来的船舶能效的提高部分 [1] 。由此可见，采用新节能技术是优化EEDI指数的一种措施。然而作为一个全球性的研究课题，航运业的节能减排技术已经引起了国际社会的高度重视。针对节能减排技术领域的研究、开发和利用，各国在给予政策扶持的同时，更投入了大量的人力、物力和财力以期能着实有效地实现节能减排这一根本性的目标 [2] 。随着科学技术的不断进步，以风能、太阳能、核能、生物质能和潮汐能等为典型代表的新能源在节能减排方面所具有的独特优势和所能产生的效益已经越来越显著， 其在船舶交通运输行业的应用和推广已呈潮涌之势。

1.1. 风能的应用

源于地球表面大量空气流动所产生的动能——风能，是一种无污染且无限可再生资源。人类对风能的利用历史可以追述到公元前，随着科学技术水平的不断进步，工业社会对于风能的利用有着丰富的经验，配套产业和基础设施也较为成熟。但是，风能利用存在着间歇性、噪音大、受地形影响和干扰雷达信号等难以彻底消除的缺点。当前，风能利用主要以风能作动力(风帆助航)和风力发电两种形式为主，在船舶上的应用形式偏重于作为航行的主动力或辅助动力，只在少数船舶上应用风力发电技术  。

1.2. 太阳能的应用

太阳能的利用主要有两个方面的技术，即光热技术和光伏技术。光热技术是利用太阳光的热辐射，其应用最为成功的领域是太阳能热水器。该项技术的进一步延伸是太阳能热发电，即利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽，再通过汽轮机、发电机来发电。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高，进行热电转换在有限的船。空间内难以实施，故而光热利用的可行性不是很高。但是应用光热技术代替常用的蒸汽盘管和电加热盘管对船舶所使用的重油进行预加热，是一个值得关注的方向。光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上所产生的电能进行调制后加以利用，亦称为光生伏打效应  。随着太阳能光伏技术的不断深入发展，其效率、可靠性和稳定性均有了很大的提升，因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。

1.3. 生物质能的应用

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等三种途径。船舶属于一个相对独立且空间区域较为有限的结构体。机舱内电、气、热设备和系统高度集成，考虑在船舶内附加安装生物质能转换装置有着不可避免的局限性，故而可行性不高  。就船舶现有设备条件出发，直接或间接使用由生物质能转换而成的替代燃料(例如生物柴油等)是主要的应用模式。

1.4. 核能的应用

核能作为一种能源，特别是一种动力能源，其优越性相当明显。核动力反应堆可以用来发电、供热和推动船舰。在作为船舶动力源方面，核动力装置首先是被应用于潜艇和航空母舰等军用舰艇，而后建造核动力舰艇的一些国家也将船用核动力堆用于推动民用水面船舶，如核动力客船、散货船和破冰船等 。

1.5. 海洋能的应用

海洋能是一种蕴藏丰富、分布广、清洁无污染，但能量密度低、地域性强的能源形式， 通常指目前，利用海洋能的主要发展方向是将海浪、海流等短周期波所具有的动能和势能转换为电能。在船舶上进行海洋能的利用受到多方面条件的制约：其一，海水能量密度不高造成机械能转换为电能的设备过于庞大；其二，船舶在运营中是一个移动平台，在其自身运动过程中同时利用海洋能，将蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能，等。对其自身造成不可避免的负面影响，如船舶流阻增大和动力性降低等问题。故而直接在航运船舶上应用海洋能不是首推的研究方向 。但是根据波浪能和水流能的特点，波浪能发电可应用于航标或者小型灯船。水流能可在趸船和航标船上得到应用。

在中小型船舶和水上运动类船艇方面，船舶的新能源化正在兴起，尤其在某些特定的水域，各国都已经出台了禁止或限制燃油船舶行驶的规定。在2019年戛纳游艇节上，有65艘纯电动游艇的订单，在刚过去的2021年有600艘订单，如今的电动船舶行业，很像是4-5年前的电动汽车行业。今年以来，欧美已经有数起电动船舶企业得到3000万美元以上的融资。有了电动汽车在三电方面的技术积累，船舶电动化在游艇，休闲艇，轮渡和中短途运输船舶以及各种作业船舶领域将迎来一波快速的发展。

双燃料动力汽车运输船（PCTC）是由中国船舶上海船舶研究设计院研发设计的运输船，该船主要以绿色清洁的液化天然气（LNG）燃料作为主机、发电机和锅炉燃料，采用超巴拿马宽体和最少压载水设计，以提升船舶运输效率；同时，采用水动力学、空气动力学最优化船体线型及多种节能装置以优化船舶能效。