船舶动力路径从常规燃料到低碳零碳排放研究
鲁海峰
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鲁海峰,. 船舶动力路径从常规燃料到低碳零碳排放研究[J]. 低碳研究,2022.4. DOI:10.12721/ccn.2022.157035.
摘要: 在国际环保要求不断升级的背景下,需要重视减排脱碳,船海业需要肩负起这一责任。目前,国际海事组织提出了船舶碳强度需在2030年减少百分之四十,这不仅说明了国际海事组织的决心,还进一步说明了这一目标实现的紧迫性。想要实现这一目标,就需要使船舶动力从以往使用常规燃料向着新能源方向转变,以此来实现低碳零碳排放目标。
关键词: 船海业;船舶动力;常规燃料;低碳零碳排放;思考
DOI:10.12721/ccn.2022.157035
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针对于船舶动力从常规燃料使用到实现低碳零碳排放虽然不能立即实现,但发展方向是正确且毋庸置疑的,这也是一种全新的趋势,船海业需要迎合这一趋势,在全面满足“双碳”要求的基础上不断发展和壮大。针对于船舶动力创新来讲,实现全球低碳与零碳船舶开发及推广需要认真思考和探索。

一、碳中和下船海业实现净零排放所面临的挑战

目前,在面对全球气候不断变化的基础上,各个行业都需要关注和重视碳排放问题,当然水运行业有不例外。针对于某公司核算来讲,近年来水运行业平均每年温室气体的排放量都相当之大,大约为全球温室气体排放量的百分之二点六左右,从这一数据计算可以了解到,约到二零五零年,水运行业的碳排量会增加一背,甚至更多。为更好的应对气候变化,国际海事组织早在二零一八提出了到的二零五零年将水运行业的温室气体排放量下降到二零零八年的一半,同时还需要确保水运行业脱碳目标的实现。进一步说明了当前的水运行业所面临减排与碳中和的压力。

在我国进入到工业化后期与后工业化发展阶段,交通运输随之成为了影响我国碳排放达峰与碳中和目标实现的重要领域,针对于水运行业来讲,其虽然仅占我国交通运输碳排放量的百分之十左右,但需要注意的是,其低碳燃料替代的前景存在不明朗且不清晰的现象,“净零”碳排放目标的实现有着十分严峻的挑战。在《中美应对气候危机联合声明》中指出了中美在绿色低碳交通与国际航空、航海等领域内的低碳合作发展,这进一步体现出了水运行业低碳发展的关键性和重要性。

二、阐述船舶动力路径从常规燃料到低碳零碳排放对策

(一)我国内河与沿海船行船舶的低碳零碳排放发展路径

内河与沿海航行船舶的特点即为载重吨位小、航程较短、靠港频率高以及燃料补给较为便利,同时其对燃料能量密度与动力装置推进功率的要求也普遍较低。另外,内河、沿海运输船舶的碳减排方式较多,例如借助天然气、甲醇、生物燃料、氢、氨以及电能等来替代燃料,其动力装置与系统即为内燃机与燃料电池以及动力电池等。

在二零三零年之前,为确保我国水运行业实现碳排放达封目标的实现,可以借助现有的LNG船舶实施运输服务,全面发挥出其减排的作用,在过程中需要重视完善设备与操作模式,以免甲烷出现泄露现象。在这一基础上还应进一步加强政策引导,拓展岸电的使用范围,需要所有内河船舶与港口靠泊以及锚地等待通过的船舶偶读可以运用和使用岸电。当前,适合我国内河沿海船舶的小功率中速甲醇发动机依然在研发阶段,在过程中应强化示范应用,在未来应逐层实现从试点想着实船商用方向发展,并且需制定相应的补贴激励机制。但应注意到,我国本土甲醇生产原料基本上都是以煤为核心,煤制甲醇占比极高,已经达到了百分之七十五,这进一步说明了船舶如果使用甲醇燃料就是使用煤燃料,会不断降低减排效果。因此,甲醇生产研发需向着零碳排放方向努力,提升甲醇船舶整体减排去油效果。此外,我国生物燃料的发展尚处在初期发展阶段,与发达国家存在较大的差距,我国生物燃料生产大多为民营企业,存在装置规模小、技术水平低、原料供应不足、质量标准不统一以及市场流通不规范等问题。但船舶运用生物燃料的改造成本相对较低,在过程中可以借助补贴燃料生产的激励措施来确保其减排效果的实现。同时还可以通过强化船舶能效来增加低碳燃料的替代,可以预期到我国内河与沿海水运会在二零二五年实现碳排放达峰。

在二零三零年之后,预期船舶的推进系统与零碳燃料会有明显进步。在过程中可以以碳中和为核心目标,然后在这一基础上改造或淘汰使用十五年以上的船舶,同时推行零碳船舶的运用,借助改善氨燃料发动机的燃烧与排放性能来加强其在船舶中的运用。另外,因为客轮行程相对较短且停靠较为频繁,安全调理与风险考虑十分严格,所以,氨燃料不适宜在客轮中使用,可以运用质子交换膜燃料,其有着电池技术成熟、启动性能良好以及动态性能较强等特征,因此,值得在我国航行船舶中进行运用。

(二)我国远洋海航行船舶低碳零碳排放的发展路径

远洋海航行船舶的特点即为载重吨位较大、航程较长、靠港频次较低以及燃料加注较为不便等,应运用能量密度较高的燃料与功率相对较大的动力装置。未来我国远洋海航行船舶的发展应运用生物燃料与甲醇、氨,动力装置与系统则为内燃机与燃料电池。

在二零三零年之前,因为船龄相对较低且更换成本加高,因此,可以积极鼓励实施生物燃料与甲醇船舶的研发和试点应用,在过程中不断总结经验。针对于生物燃料来讲,其可以运用到船舶双燃料发动机中,并且允许船舶在缺少生物燃料的基础上加入一些普通燃料油,远洋船舶在停停靠港口时可加入生物燃料,以此来降低以往传统油品的过度消耗。二冲程甲醇燃料发动机近期可以继续运用到甲醇运输船上实施小规模商用,而四冲程甲醇燃料发动机在发展中随着功率范围的不断拓展则可以实现在其他船型中的运用,借助实施低碳燃料的替代,可以确保远洋船舶运输在二零三零年实现油品需求和碳排放达峰。

在二零三零年之后,针对于现役船舶与船龄达到十五年以上的船舶来讲,因为其更换成本已经降低,届时国际大型船企就会有多种氨氢类船舶实现商业化运用,所以,应快速部署氨氢船舶对燃油船舶的替代。氨燃料发动机借助改变燃烧与排放性能就可以在远洋船舶中运用,其与低温燃料电池相比较,高温燃料电池对氢气纯度要求相对较低,这时就可以运用LNG、甲醇、氨等富氢燃料,这样不仅可功率等级能够得到突破,同时还可以应用余热记住来提升系统功效,这是强化国际航行船舶燃料电池动力装置的关键路径。
结束语:

结合全文,船舶在减低油品消费与低碳排放目标实现方面正在面临严峻挑战。针对于船舶动力来讲,诸多国家都开始对甲醇与生物燃料的探索尝试,水路运输在我国货物运输方面的重要性十分明显,在过程中应融合内河、沿海以及远洋航行船舶等特点来构建低碳排零碳排放的发展路径。

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