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中国大力推动船舶动力技术加快向低碳零碳方向发展

2021-03-19 14:44:14
来源:中国船舶报 编辑: 国际船舶网 我有话要说

相关行业应以市场份额占比大的主力船型为重点,大力推动船舶动力技术加快向低碳、零碳方向发展,努力进行关键核心技术攻关和自主技术装备系统的开发与应用。

“全球正合作应对气候变化带来的挑战,国际海事组织(IMO)不断加码船舶碳排放控制,欧盟加快实施碳排放权交易机制,全球造船及航运市场正从传统燃油船舶体系向环保船舶新体系转变。”这是中国船舶工业行业协会近期发布的《2020年船舶工业经济运行分析》对船舶燃料发展动态的表述。

业内人士表示,近年来,国际航运减排的成绩有目共睹,船舶燃料动力技术的创新在其中发挥了重要作用。在IMO船舶温室气体减排初步战略实施和中国提出2060年前实现碳中和目标的背景下,相关行业应以市场份额占比大的主力船型为重点,大力推动船舶动力技术加快朝低碳、零碳方向发展,努力进行关键核心技术攻关和自主技术装备系统的开发与应用。

碳减排“加速键”已开启

在2020年9月22日进行的第七十五届联合国大会一般性辩论上,国家主席习近平指出,中国将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。在2020年12月12日庆祝《巴黎气候协定》签署五周年的网络峰会上,习近平表示,到2030年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将下降65%以上。这意味着中国按下了碳减排的“加速键”。

中国船舶集团有限公司旗下第七一一研究所总工程师王锋分析认为,2030年前后中国实现碳达峰后,还需持续减排30年,在这一过程中,能源、工业、交通、建筑等领域只有加速低碳转型才能推动目标实现。

中国船东协会常务副会长张守国表示,中国在高质量可持续发展的道路上,对航运业碳减排有更高的期望和要求,这对我国航运业而言是不小的压力。无论是远洋船,还是近海和内河船,都要求动力整体向低碳、零碳转型。

中国船舶工业行业协会相关部门负责人谢予认为,面对日益严峻的减排形势,船舶工业主要从优化船型、提高主机性能、采用新型推进系统与动力装置等方面采取了积极的应对措施。要帮助航运船舶实现运行低碳化,重点就是推动船舶动力系统的低碳技术发展。

现有技术远不能支撑目标实现

根据IMO的分析,到2025年,现有技术基本能够实现船舶能效指数(EEDI)第三阶段目标(比2000~2010年间建造船舶提高30%的碳效率),但要在2030~2050年实现提高40%~70%碳效率的目标,现有的船舶动力技术还远远不能满足。

业界专家分析认为,航运业减排即船舶发动机减排。发动机减排主要有两种途径,一种是提高发动机热效率,另一种是寻找替代燃料。无论哪一种途径,对船舶动力技术而言都意味着巨大的挑战。

据了解,当前,船用中速柴油机和高速柴油机最低燃油消耗为180克/千瓦时~195克/千瓦时,热效率为42%~47%;船用低速柴油机最低燃油消耗率为155克/千瓦时~170克/千瓦时,热效率为50%~54%。通过采用增大压缩比、提高升压比、降低预胀比等方式提升热效率技术,中速机、高速机和低速机的热效率都存在5%左右的提升空间。

因此,2030年碳减排40%的目标,可以通过提高发动机热效率及混合动力、低碳燃料等实现。但要在2050年碳减排70%,即使将发动机热效率提升至上限也难以达成,只有碳中和燃料或零碳燃料技术的突破才有可能助推这一目标实现。

目前,以甲醇、液化天然气(LNG)为代表的低碳燃料发展速度加快,零碳燃料尤其是氢燃料、氨燃料等清洁替代燃料也逐渐被关注。不过,未来船用燃料的格局仍然不是很清晰。中国远洋海运集团有限公司科技与信息化管理本部总经理刘一凡分析认为,船用LNG动力要想获得迅速而广泛的使用,其价格优势、经济性和可获得性还需进一步提升,甲烷逃逸问题也要得到解决。

液化石油气(LPG)作为提炼原油的副产品,由于在来源、产量等方面缺乏LNG所具有的优势,仅适用于某些气体运输船,尤其是LPG运输船。甲醇的减排效果与LNG相差无几,但能量密度低。与目前的液体矿物燃料相比,甲醇燃料的加注频率要高出2~3倍。这使甲醇对远洋船舶的吸引力大大降低。

氢燃料或含氢燃料或成主流。但目前来看,氢燃料生产成本高,尚不具有经济性,无法实现航运业所需的规模化供应,也未经过航运运营实践的验证。此外,氢燃料的应用还面临储存与运输困难、泄露后存在爆炸隐患等。

氨被认为是最有希望实现零碳航运目标的替代燃料之一。对远洋船舶而言,氨具有较高的能量密度以及相对便利的存储和供应条件。业内专家认为,短期内,能够同时燃烧传统燃油和氨气的发动机是利用氨气的最佳方式,未来氨气燃料电池可能会成为更有效的减排方案。

聚焦主线合力推动减碳

目前,采取以替代燃料为核心,以动力技术、能效技术为辅助措施的综合解决方案,已成为航运业减排的最主要举措。

低碳燃料、零碳燃料、负碳燃料各有优点与缺点,在选择替代燃料时,必须针对远洋、近海、内河具体船型,从技术可行性、可获得性以及经济性等角度进行综合考量。

近年来,国内相关船企加大了船舶LNG发动机的研发力度。2018年,七一一所推出了自主研发的M23G气体发动机,采用稀薄燃烧和多点喷射技术,整机功率达1.2 兆瓦(MW)~1.6MW,热效率为42%,可作为近海和内河船舶主动力。台架试验表明,与燃烧柴油相比,燃烧LNG可实现二氧化碳排放减少20%以上,同时氮氧化物排放可满足IMO TierⅢ排放要求。

得益于储能技术和直流组网等技术的快速发展,船舶混合动力、电力推进等在国内船舶获得应用,实船运行的节能和减排效果良好。业内专家认为,未来船舶动力应该是动力转换、存储、应用的混合体,形式应按需求灵活组合和应用,按照不同技术路径来满足不同国际或国内法规要求。

例如,对远洋船舶而言,氨燃料作为含氢燃料可能成为船舶主动力燃料,动力电池、燃料电池等将以混合动力方式作为辅助能源;对内河船舶而言,氢燃料、生物燃料、动力电池将得到较好的应用。

挖掘现有船舶动力技术的节能减排潜力,也是一种有效途径。如从设计方面优化动力装置及其配套设备,安装废气涡轮、废气锅炉、废气发电机等采用主机废气节能技术的装置,采用电喷共轨技术,优化机舱布置和改善主机进气环境等,都可以有效降低船舶能耗,达到减排效果。据测算,余热发电系统可充分回收柴油机高温水、排气余热,回收主机功率5%~10%,降低EEDI指数3%~5%。

中国船东协会提出,支持从国际航运特点出发,以IMO作为各方谈判平台,制定全球范围统一实施的温室气体减排措施。业内专家表示,我国航运企业需要与动力、能源、设计、造船等上下游产业链相关单位携手合作,及时关注国内、国际新规则的变化趋势,集聚智慧,积极应对。只有各方对航运减排的政策法规、交易机制、技术研发和实际应用给予高度重视并积极参与其中,彰显硬实力,争取话语权,才能在这场船舶零碳战役中成为胜利者。

寻找船舶碳减排“最优解”

社会日益关注生态环境和海洋环境保护,国际公约、标准、规范越来越聚焦能效与环保,这在将全球航运和造船业带入一个安全、环保和质量监管水平更高时代的同时,也将其带入新一轮产业格局的大调整时代。

顺应这场变局才能走得更远。面对以航运碳减排为代表的绿色浪潮,航运、造船及其他产业链相关方迫切需要通过技术创新,加快推动低碳、零碳技术以更低的成本在更广范围内应用,从而减少污染物和温室气体排放,提高船舶能效。目前来看,航运业实现中长期减排目标依然没有完美的“终极方案”,也难以在控制成本与满足减排要求之间取得很好的平衡,未来的低碳零碳转型之路将非常艰难。

因此,必须超前开展航运碳减排领域核心技术攻关。航运企业在这方面提出了很有价值的建议,即以市场份额占比较大的主力船型为重点,聚焦绿色生态环保技术和船舶向低碳零碳发展主线,加快关键核心技术攻关和自主技术装备系统的开发与应用。来自政府的支持以及政府部门的组织协调至关重要,在欧洲,作为欧盟长期科研计划的“大力神”计划(高效低排放船用发动机科研计划)在欧洲船用发动机产业持续引领世界船舶动力发展中起到了重要作用。如果国内相关航运碳减排技术研发得到类似支持,其协同创新能力将得到极大提升。

同时,应鼓励航运碳减排技术的多样化发展。远洋船舶、沿海船舶、内河船舶在推进功率需求、航程距离、靠港频次、燃料能量密度和补给便利性等方面存在很大差异,因此,碳减排技术的应用也必定是灵活多样的。比如,甲醇具有相对便利的存储和供应条件,在国内近海和内河航运中就有可能取得不逊于液化天然气(LNG)的应用规模。在很多技术路径前景仍不明朗的情况下,多尝试、多鼓励不同技术发展,才有利于航运碳减排系统化、精细化和科学化推进。

 

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