中国油船研发史：节能环保型油船的开发历程

大气中二氧化碳含量增加带来的全球气候变化已被确认为不争的事实，并直接催生了以低能耗、低污染、低排放为基础的“低碳经济”概念。与此相适应，在海事界，“新造船要更安全、更环保、更先进”已经成为一种世界性的潮流。到了2010年以后，随着国际社会对绿色环保的关注，IMO推出了大量绿色节能船舶规范，包括船舶能效设计指数（energy efficiency design index，EEDI）、现有船舶能效指数（energy efficiency exisiting ship index，EEXI）、碳排放强度（carbon intensity indicator，CII）、硫氧化物以及氮氧化物排放控制、压载水管理公约等（见表1-1），并制订了新标准贯彻时间表，推动了油船设计朝着更加节能、环保的绿色油船方向发展。

表1-1　最近主要节能环保新规范对油船的要求

（一）EEDI

统计数据显示，1970—2004年，全球二氧化碳的年排放量增长了80%，其中国际上在航船舶的排放量占到总排放量的2%～3%。为此，IMO于2003年12月通过的A.963决议中提出，要设立温室气体（greenhouse gas，GHG）减排基准线、研发可描述GHG排放指数的方法，并提出对一些技术、操作和基于市场的解决方案进行评估。历经了多次会议的讨论后，2009年8月，IMO在海上环境保护委员会（Maritime Environment Protection Committee，MEPC）第59次会议上形成了EEDI导则草案，并以通函的形式散发，该EEDI导则旨在激励船舶所有人及船舶设计者通过技术改进和使用节能技术使新造船设计和建造时就尽可能达到高的能效标准。2011年7月召开的第62届MPEC会议上，通过了包括EEDI在内的«国际防止船舶造成环境污染公约»附则Ⅵ等有关船舶能效设计指数的修正案。这是第一个专门针对国际海运温室气体减排的强制性法律文件，标志着世界上首部行业性的，具有强制实施效力的温室气体减排规定就此诞生。

EEDI适用于400总吨及以上主要类型的国际航行船舶，于2013年 1月1日生效，并分阶段逐步提高要求，如2020年以后建造的新船EEDI需要较基准线降低20%以上。在EEDI的背景下，现有船舶的总体设计思路较以往将更加清晰，以能效设计指数为核心的总体设计对船舶的整体性能的平衡提出了更高的要求。船舶设计将更加强调主机功率、航速和载重量的综合优化以及节能技术的应用，以提高船舶的整体能效水平。

EEDI综合考虑了影响二氧化碳排放的各种因素，实质体现的是运输效率，即运输每吨货物航行每海里的二氧化碳排放量。改善EEDI需要综合考虑各种优化途径，例如水动力性能的优化、节能装置的应用、新型高效主机的应用、降低主机功率和航速等。

（二）硫氧化物排放限制

关于硫氧化物排放控制区（sulphur emission control area，SECA），2015年1月1日起即执行燃油含硫量不高于0.1%的硫氧化物排放限制，目前已生效的国际硫氧化物排放控制区为：北海及波罗的海区域、北美及加勒比海区域。中国也制定了国内沿海和内河的排放控制区。2020年1月1日已正式实施0.5%的全球海域硫氧化物排放限制值，其对航运业的影响是巨大的。

解决硫氧化物排放问题主要采取三项措施：使用低硫燃油、安装脱硫洗涤塔、使用替代燃料，如液化天然气（liquefied natural gas，LNG）等。

使用低硫燃油是最简单的解决方案，对技术和设备的影响有限，但价格稍高，也是大多数船的解决方案。脱硫洗涤塔能确保船舶在航行过程中使用高硫燃油并满足硫排放限制，对于机舱棚和烟囱的布置要求较高，需考虑增加空间。同时较高的初投资也限制了洗涤塔的大规模应用，高、低硫油之间的价格差决定了投资回收期，是决定船舶所有人采用该技术方案的核心因素。

在替代燃料方面，目前油船使用LNG作为燃料得到了一定应用。2017年，土耳其Besiktas造船厂为加拿大Desgagnés公司建造了4艘双燃料沥青化学品油船，首制船“Damia Desgagnés”号于2017年4月交付，能够使用重燃油、船用柴油或LNG三种燃料中的任意一种营运。2018年4月，该造船厂又为加拿大Desgagnés公司建造了一艘“Mia Desgagnés”号油船。该船是加拿大首艘双燃料/LNG成品油/化学品冰级油船，同样可以采用重燃料油、船用柴油或LNG作为燃料。从全球来看，该船是首艘具有极地7冰级的双燃料/LNG成品油/化学品油船，能在积冰的水域航行；也是首艘能全球航行的油船，因为配备了加注LNG燃料的单独设备，能在任何港口进行高效的燃料加注，具有极大的营运灵活性和独特的全球双燃料营运能力。

LNG等不含硫的替代燃料可以彻底解决硫氧化物排放限制问题，但初投资成本相对较高，基础设施（如充气站）的缺乏也是目前限制LNG燃料应用的重要原因之一，但随着LNG充气站这些基础设施的逐渐完善，未来将LNG作为燃料的油船将越来越多。(www.xing528.com)

（三）氮氧化物排放限制

MARPOL 73/78要求航行在氮氧化物排放控制区（nitrogen emission control area，NECA）应满足第三等级（Tier-Ⅲ）的排放要求，其氮氧化物的排放限制比2000年的第一等级（Tier-Ⅰ）降低80%。目前已生效的氮氧化物排放控制区包括北美和加勒比海区域、北海和波罗的海区域，中国也设定了自己的排放控制区，未来排放控制区还会不断扩大。对于大多数国际航行油船新造船，Tier-Ⅲ排放已成标准配置。

对于二冲程的低速机，满足Tier-Ⅲ排放标准的技术手段主要包括选择性催化还原法（selective catalytic reduction，SCR）、废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）和 LNG燃料，其中 SCR又分为高压和低压两种。对于MAN主机，SCR和EGR两种方案均可选择，对于WinGD主机，目前只可选择SCR方案。Win GD的双燃料主机燃气模式下可满足Tier-Ⅲ排放，而MAN的双燃料主机油气模式下都需氮氧化物处理技术。对于四冲程的发动机，在使用燃油时一般采用低压SCR来满足氮氧化物的Tier-Ⅲ排放要求。

如图1-2所示，对于EGR方案，由于整合在主机上，整体所占空间较小，但对于机舱区域下部线型的要求较高，需在线型设计中重点关注；对于SCR方案，其外接于主机。高压SCR对机舱上部区域的布置影响较大，低压SCR则对机舱棚和烟囱空间要求较高。

图1-2　SCR和EGR两种Tier-Ⅲ解决方案

（来源：MAN Energy Solutions）

（四）压载水公约

据报道，每年全球船舶携带的压载水超过120亿吨，平均每立方米压载水含有浮游动植物1.1亿个，每天全球在压载水中携带的生物就有4 500种，已被确认约有500种生物物种是由船舶压载水传播入侵的。因此，船舶压载水特别是远洋船舶压载水的随意排放，已被全球环保基金组织（Global Enviromental Facility，GEF）列为海洋面临的“四大危害”之一。

IMO关于船舶压载水管理的规定分为D1标准和D2标准两个阶段，D1标准要求进行压载水置换操作，D2标准要求安装有证书的压载水处理装置。压载水公约生效后将采用压载水处理装置满足D2标准，且对所有船舶予以追溯。IMO压载水管理公约已于2017年9月8日正式生效，满足D2标准压载水处理装置成为新船设计的标准配置。如考虑在美国水域航行则需同时满足美国海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）对压载水处理装置的更高标准要求。

压载水处理装置种类和形式很多，油船常用的是电解式和紫外线式。需要注意的是，压载水处理装置对电站功率的影响。在压载水处理设备布置方面，与其他船型相比，在油船上设置压载水处理设备更加方便，对原有的布置和设计影响更小。对于设有泵舱的油船，可以将压载水处理设备放置于泵舱内，对于无泵舱的油船，可以将压载水处理设备置放于甲板上。目前压载水须采用处理的方法来满足要求，而压载水的处理也是需要一定成本的；油船的压载水量较大，处理压载水的总成本也较高，在该公约刚刚生效时，因压载水处理设备也处于刚起步阶段，单位压载水处理成本也较高，为了降低营运成本，曾经探索过少压载水，甚至无压载水的油船。这样的油船虽然能够实现降低压载水处理成本的目的，但也有投资高、主要尺度超过常规船型、营运不便等缺点；随着压载水处理设备的改进，目前处理压载水的成本已经降低到可以接受的程度，这些少压载水的船型就不再是热点了。

除了以上所列影响较大的环保新规范外，还有一些新的绿色船舶规范对船舶设计产生影响。例如，«国际安全与无害环境拆船公约»，需要船厂提供一份有害物质清单；2014年 7月1日生效的«船上噪声等级规则»（MSC.337（91）），对1万总吨以上的船舶，舱室噪声限制值普遍降低5分贝，设计中需对舱室噪声进行预报，提前采取应对措施；«2006年国际海事劳工公约»（MLC 2006）对舱室布置的要求等。

总之，从18世纪中期出现帆船散装运油，到19世纪80年代世界上建成载重量3 000吨的专用油船，再到21世纪现代大型油船、绿色环保油船的出现，世界油船经过100多年的快速发展，经历了船型专业化、吨位大型化、绿色安全、节能环保等演变历程。