EEDI需求下的船舶新能源應(yīng)用進(jìn)展及前景分析

吳劍鋒 陳建鄴

摘要：在能源危機(jī)和新能源開(kāi)發(fā)的背景下 ，船舶新能源的應(yīng)用問(wèn)題成為學(xué)界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。新能源有其開(kāi)發(fā)利用上的優(yōu)點(diǎn) ，與船舶特點(diǎn)相結(jié)合 ，可滿(mǎn)足船舶供電等需求 ，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約利用 ，同時(shí)可有效降低污染 ，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源;船舶;應(yīng)用;進(jìn)展

EEDI是衡量船舶能效水平的一個(gè)指標(biāo)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，EEDI公式是根據(jù)CO2排放量和貨運(yùn)能力的比值來(lái)表示船舶的能效。其分母表示船舶在規(guī)定的船速下與載貨量之乘積，而分子可概括主輔機(jī)的功率與所消耗燃油之乘積，及采用新的節(jié)能技術(shù)減少燃油消耗。航運(yùn)業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)已經(jīng)引起了國(guó)際社會(huì)的高度重視。針對(duì)節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)和利用，各國(guó)在給予政策扶持的同時(shí)，更投入了大量的人力、物力和財(cái)力以期能著實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排這一根本性的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能和潮汐能等為典型代表的新能源在節(jié)能減排方面所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和所能產(chǎn)生的效益已經(jīng)越來(lái)越顯著，其在船舶交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用和推廣已呈潮涌之勢(shì)。

1、風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展

人類(lèi)社會(huì)對(duì)于風(fēng)帆助航的理解和認(rèn)識(shí)有著悠久的歷史，工業(yè)科技水平的不斷提升對(duì)于風(fēng)帆技術(shù)的應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用，根據(jù)風(fēng)帆的形式及其對(duì)風(fēng)力利用性質(zhì)的不同，衍生出了普通翼帆、特種翼帆（包括單轉(zhuǎn)子-翼帆組合體帆、轉(zhuǎn)柱帆、轉(zhuǎn)帶帆、Walker型風(fēng)帆）、三角帆、天帆、Magnus效應(yīng)帆（渦輪帆、轉(zhuǎn)筒帆）和仿生帆等眾多船舶風(fēng)帆結(jié)構(gòu)。其中以三角帆和普通翼帆技術(shù)應(yīng)用水平較高，其他帆型形式在船舶上的應(yīng)用多是帶有試驗(yàn)性質(zhì)的技術(shù)探索。

2、太陽(yáng)能在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展

將太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用于船舶是目前綠色船舶發(fā)展的一個(gè)重要方向。1997年，瑞士在日內(nèi)瓦湖上從洛桑到圣敘爾皮斯區(qū)投入使用了兩艘太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)客運(yùn)船。2007年我國(guó)沈陽(yáng)泰克太陽(yáng)能應(yīng)用有限公司研制了“001”號(hào)太陽(yáng)能旅游船，可載9人，時(shí)速約10 km左右。船體的設(shè)計(jì)可分為單浮筒、雙浮筒和三浮筒三種型號(hào)。2008年日本郵船株式會(huì)社與新日本石油公司合作耗資1.5億日元在旗下一艘船長(zhǎng)200 m滾裝船Aurig a Leader）號(hào)上安裝了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，電池陣列328塊太陽(yáng)光板組成，電能輸出功率可達(dá)40 kW，能滿(mǎn)足6.9%的照明需求或0.2%-0.3%的動(dòng)力需求。2010年亞洲最大的全太陽(yáng)能船在臺(tái)灣高雄下水并投入正式營(yíng)運(yùn)，搭配54 kW/h鋰蓄電池組，兩臺(tái)20 kW電動(dòng)機(jī)，航速最高可達(dá)9 kn。

3、生物質(zhì)能在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展

2008年使用生物質(zhì)能的新西蘭、環(huán)球競(jìng)賽號(hào)（Earthrace）高速環(huán)保機(jī)動(dòng)船完成環(huán)球航程。該船裝備兩臺(tái)康明斯?水星QSC型8.3 L、397 kW全電控船用發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然此型號(hào)柴油機(jī)可以使用B20混合生物柴油（由20%生物柴油和80%普通柴油混合而成），但是在整個(gè)航程中燃用B100 混合生物柴油（100% 生物柴油）。2010年AVIVA與香港大學(xué)合作推出香港第一艘環(huán)保船，該船采用B5混合生物柴油（5% 生物柴油、95% 超低硫柴油）作為燃料，燃燒后的污染物較一般超低硫柴油可減少10%黑煙、5%一氧化碳及10%的碳?xì)浠铩?010年3月馬士基與英國(guó)勞氏船級(jí)社開(kāi)展為期兩年的船用發(fā)動(dòng)機(jī)生物柴油燃料試驗(yàn)。試驗(yàn)船舶為馬士基旗下Maersk Kalmar號(hào)集裝箱船。在試驗(yàn)初期，燃料中將使用5%-7%的生物柴油混合，然后比例逐步增加，測(cè)試第一代生物燃料在船舶上應(yīng)用的可行性。2010年4月美國(guó)海軍與美國(guó)農(nóng)業(yè)部簽署一項(xiàng)備忘錄，合作開(kāi)發(fā)生物燃料和其他可再生能源，將大規(guī)模使用生物燃料作為石油的替代能源。

4、核能在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展

發(fā)展民用核動(dòng)力對(duì)我國(guó)船舶行業(yè)而言是一個(gè)嶄新的課題?？v觀世界船舶發(fā)展歷史，已經(jīng)有若干國(guó)家在此方面邁出了第一步，美國(guó)的“薩娃娜”號(hào)于1962年建成，在其商務(wù)部海運(yùn)局的支持下進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)。德國(guó)礦石運(yùn)輸船“奧托漢”號(hào)于1968年月12月建成，在圍繞英國(guó)一周以及在南太平洋（赤道附近）、北極海、西太平洋（西印度群島）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)航海。日本“陸奧”號(hào)在1974年8月28日開(kāi)始的功率提升試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生了放射性泄漏事故。其后對(duì)反應(yīng)堆屏蔽進(jìn)行改造及安全總檢查，并改變了用途，作為核動(dòng)力實(shí)驗(yàn)船重新進(jìn)行了功率提升試驗(yàn)。1991 年在北太平洋海面上進(jìn)行了4次實(shí)驗(yàn)航海。俄羅斯共建成了9艘核動(dòng)力破冰船，如超級(jí)號(hào)破冰船（Super Icebreaker，破冰能力在3.5 m以上）和佩貝克（Pevek）號(hào)破冰船。

5、海洋能在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展

浙江大學(xué)提出了便攜式船用發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)思想，從船用便攜式發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率、海流能的利用率、葉片的受力分析及便攜性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，該研究為海流能利用裝置的小型化及民用化提供了理論依據(jù)。山東菏澤張慶忠等申請(qǐng)了一種躉船水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的專(zhuān)利，該躉船水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備利用江河自由水的落差，把水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為發(fā)電、抽水或其他能，具有適用范圍廣、能耗小的優(yōu)點(diǎn)。隨著這些成果的研究和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，有望在燈船、航標(biāo)船、躉船及某些漁船和小型船舶上得到推廣應(yīng)用。

從優(yōu)化EEDI指數(shù)的要求考慮，必須加大可再生能源和清潔能源在船舶動(dòng)力中的比重。新能源在船舶上的應(yīng)用趨勢(shì)將主要體現(xiàn)在如下兩方面。

1）從船舶設(shè)計(jì)階段，就要充分考慮新能源的利用。這樣一是有利于船舶新能源的充分利用，優(yōu)化EEDI指數(shù);二是有利于降低船舶的制造或改裝成本，同時(shí)提高船舶的可靠性。

2）太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等清潔能源都是低密度能源，單一的清潔能源作用有限，因此，必須實(shí)現(xiàn)各種新能源的混合利用。

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