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中國大力推動船舶動力技術加快向低碳零碳方向發展
    日期:2021-03-24    字體:【大】【中】【小】

相關行業應以市場份額占比大的主力船型為重點,大力推動船舶動力技術加快向低碳、零碳方向發展,努力進行關鍵核心技術攻關和自主技術裝備系統的開發與應用。

全球正合作應對氣候變化帶來的挑戰,國際海事組織(IMO)不斷加碼船舶碳排放控制,歐盟加快實施碳排放權交易機制,全球造船及航運市場正從傳統燃油船舶體系向環保船舶新體系轉變。這是中國船舶工業行業協會近期發布的《2020年船舶工業經濟運行分析》對船舶燃料發展動態的表述。

業內人士表示,近年來,國際航運減排的成績有目共睹,船舶燃料動力技術的創新在其中發揮了重要作用。在IMO船舶溫室氣體減排初步戰略實施和中國提出2060年前實現碳中和目標的背景下,相關行業應以市場份額占比大的主力船型為重點,大力推動船舶動力技術加快朝低碳、零碳方向發展,努力進行關鍵核心技術攻關和自主技術裝備系統的開發與應用。

碳減排加速鍵已開啟

2020922日進行的第七十五屆聯合國大會一般性辯論上,國家主席習近平指出,中國將采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。在20201212日慶?!栋屠铓夂騾f定》簽署五周年的網絡峰會上,習近平表示,到2030年中國單位國內生產總值二氧化碳排放將下降65%以上。這意味著中國按下了碳減排的加速鍵。

中國船舶集團有限公司旗下第七一一研究所總工程師王鋒分析認為,2030年前后中國實現碳達峰后,還需持續減排30年,在這一過程中,能源、工業、交通、建筑等領域只有加速低碳轉型才能推動目標實現。

中國船東協會常務副會長張守國表示,中國在高質量可持續發展的道路上,對航運業碳減排有更高的期望和要求,這對我國航運業而言是不小的壓力。無論是遠洋船,還是近海和內河船,都要求動力整體向低碳、零碳轉型。

中國船舶工業行業協會相關部門負責人謝予認為,面對日益嚴峻的減排形勢,船舶工業主要從優化船型、提高主機性能、采用新型推進系統與動力裝置等方面采取了積極的應對措施。要幫助航運船舶實現運行低碳化,重點就是推動船舶動力系統的低碳技術發展。

現有技術遠不能支撐目標實現

根據IMO的分析,到2025年,現有技術基本能夠實現船舶能效指數(EEDI)第三階段目標(比2000~2010年間建造船舶提高30%的碳效率),但要在2030~2050年實現提高40%~70%碳效率的目標,現有的船舶動力技術還遠遠不能滿足。

業界專家分析認為,航運業減排即船舶發動機減排。發動機減排主要有兩種途徑,一種是提高發動機熱效率,另一種是尋找替代燃料。無論哪一種途徑,對船舶動力技術而言都意味著巨大的挑戰。

據了解,當前,船用中速柴油機和高速柴油機最低燃油消耗為180/千瓦時~195/千瓦時,熱效率為42%~47%;船用低速柴油機最低燃油消耗率為155/千瓦時~170/千瓦時,熱效率為50%54%。通過采用增大壓縮比、提高升壓比、降低預脹比等方式提升熱效率技術,中速機、高速機和低速機的熱效率都存在5%左右的提升空間。

因此,2030年碳減排40%的目標,可以通過提高發動機熱效率及混合動力、低碳燃料等實現。但要在2050年碳減排70%,即使將發動機熱效率提升至上限也難以達成,只有碳中和燃料或零碳燃料技術的突破才有可能助推這一目標實現。

目前,以甲醇、液化天然氣(LNG)為代表的低碳燃料發展速度加快,零碳燃料尤其是氫燃料、氨燃料等清潔替代燃料也逐漸被關注。不過,未來船用燃料的格局仍然不是很清晰。中國遠洋海運集團有限公司科技與信息化管理本部總經理劉一凡分析認為,船用LNG動力要想獲得迅速而廣泛的使用,其價格優勢、經濟性和可獲得性還需進一步提升,甲烷逃逸問題也要得到解決。

液化石油氣(LPG)作為提煉原油的副產品,由于在來源、產量等方面缺乏LNG所具有的優勢,僅適用于某些氣體運輸船,尤其是LPG運輸船。甲醇的減排效果與LNG相差無幾,但能量密度低。與目前的液體礦物燃料相比,甲醇燃料的加注頻率要高出2~3倍。這使甲醇對遠洋船舶的吸引力大大降低。

氫燃料或含氫燃料或成主流。但目前來看,氫燃料生產成本高,尚不具有經濟性,無法實現航運業所需的規?;?,也未經過航運運營實踐的驗證。此外,氫燃料的應用還面臨儲存與運輸困難、泄露后存在爆炸隱患等。

氨被認為是最有希望實現零碳航運目標的替代燃料之一。對遠洋船舶而言,氨具有較高的能量密度以及相對便利的存儲和供應條件。業內專家認為,短期內,能夠同時燃燒傳統燃油和氨氣的發動機是利用氨氣的最佳方式,未來氨氣燃料電池可能會成為更有效的減排方案。

聚焦主線合力推動減碳

目前,采取以替代燃料為核心,以動力技術、能效技術為輔助措施的綜合解決方案,已成為航運業減排的最主要舉措。

低碳燃料、零碳燃料、負碳燃料各有優點與缺點,在選擇替代燃料時,必須針對遠洋、近海、內河具體船型,從技術可行性、可獲得性以及經濟性等角度進行綜合考量。

近年來,國內相關船企加大了船舶LNG發動機的研發力度。2018年,七一一所推出了自主研發的M23G氣體發動機,采用稀薄燃燒和多點噴射技術,整機功率達1.2 兆瓦(MW~1.6MW,熱效率為42%,可作為近海和內河船舶主動力。臺架試驗表明,與燃燒柴油相比,燃燒LNG可實現二氧化碳排放減少20%以上,同時氮氧化物排放可滿足IMO Tier排放要求。

得益于儲能技術和直流組網等技術的快速發展,船舶混合動力、電力推進等在國內船舶獲得應用,實船運行的節能和減排效果良好。業內專家認為,未來船舶動力應該是動力轉換、存儲、應用的混合體,形式應按需求靈活組合和應用,按照不同技術路徑來滿足不同國際或國內法規要求。

例如,對遠洋船舶而言,氨燃料作為含氫燃料可能成為船舶主動力燃料,動力電池、燃料電池等將以混合動力方式作為輔助能源;對內河船舶而言,氫燃料、生物燃料、動力電池將得到較好的應用。

挖掘現有船舶動力技術的節能減排潛力,也是一種有效途徑。如從設計方面優化動力裝置及其配套設備,安裝廢氣渦輪、廢氣鍋爐、廢氣發電機等采用主機廢氣節能技術的裝置,采用電噴共軌技術,優化機艙布置和改善主機進氣環境等,都可以有效降低船舶能耗,達到減排效果。據測算,余熱發電系統可充分回收柴油機高溫水、排氣余熱,回收主機功率5%~10%,降低EEDI指數3%~5%。

中國船東協會提出,支持從國際航運特點出發,以IMO作為各方談判平臺,制定全球范圍統一實施的溫室氣體減排措施。業內專家表示,我國航運企業需要與動力、能源、設計、造船等上下游產業鏈相關單位攜手合作,及時關注國內、國際新規則的變化趨勢,集聚智慧,積極應對。只有各方對航運減排的政策法規、交易機制、技術研發和實際應用給予高度重視并積極參與其中,彰顯硬實力,爭取話語權,才能在這場船舶零碳戰役中成為勝利者。

尋找船舶碳減排最優解

社會日益關注生態環境和海洋環境保護,國際公約、標準、規范越來越聚焦能效與環保,這在將全球航運和造船業帶入一個安全、環保和質量監管水平更高時代的同時,也將其帶入新一輪產業格局的大調整時代。

順應這場變局才能走得更遠。面對以航運碳減排為代表的綠色浪潮,航運、造船及其他產業鏈相關方迫切需要通過技術創新,加快推動低碳、零碳技術以更低的成本在更廣范圍內應用,從而減少污染物和溫室氣體排放,提高船舶能效。目前來看,航運業實現中長期減排目標依然沒有完美的終極方案,也難以在控制成本與滿足減排要求之間取得很好的平衡,未來的低碳零碳轉型之路將非常艱難。

因此,必須超前開展航運碳減排領域核心技術攻關。航運企業在這方面提出了很有價值的建議,即以市場份額占比較大的主力船型為重點,聚焦綠色生態環保技術和船舶向低碳零碳發展主線,加快關鍵核心技術攻關和自主技術裝備系統的開發與應用。來自政府的支持以及政府部門的組織協調至關重要,在歐洲,作為歐盟長期科研計劃的大力神計劃(高效低排放船用發動機科研計劃)在歐洲船用發動機產業持續引領世界船舶動力發展中起到了重要作用。如果國內相關航運碳減排技術研發得到類似支持,其協同創新能力將得到極大提升。

同時,應鼓勵航運碳減排技術的多樣化發展。遠洋船舶、沿海船舶、內河船舶在推進功率需求、航程距離、靠港頻次、燃料能量密度和補給便利性等方面存在很大差異,因此,碳減排技術的應用也必定是靈活多樣的。比如,甲醇具有相對便利的存儲和供應條件,在國內近海和內河航運中就有可能取得不遜于液化天然氣(LNG)的應用規模。在很多技術路徑前景仍不明朗的情況下,多嘗試、多鼓勵不同技術發展,才有利于航運碳減排系統化、精細化和科學化推進。

(中國船舶報)

 

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