摘  要：21世纪是发展和环保的新世纪。本文围绕绿色船舶的新理念 ,分别对船舶的绿色设计、绿色建造、绿色营运、绿色拆解等船舶全生命周期中的各个阶段进行了详细探讨 ,简介了当今绿色船舶技术的发展 ,对船舶设计、建造、营运和拆解具有指导意义。文中以范例的形式简介了绿色船舶技术的应用发展。

关键词：绿色船舶；绿色设计；绿色建造；绿色运营；绿色拆船；环境污染；

0 引言

面对越来越严峻的船舶环境污染问题，例如温室气体CO2、氮氧化物、硫氧化物的排放问题，垃圾废弃物处置生活污水排放问题，舱底油卸载问题，含TBT涂料污染问题，压载水处理问题，拆船环境污染问题等等，引起人类的特别关注。新造船的环境污染问题贯穿整个船舶生命周期，因此随着新世纪对环境污染治理和环境保护问题的关注，绿色船舶的概念应运而生，绿色设计、绿色建造、绿色运营、绿色拆船等被提上日程^【1-2】。

1 绿色船舶概念的释义

“绿色”的概念最早出现于20世纪90年代中期，其核心内容是保护人体健康和人类赖以生存的环境，促进经济可持续发展。绿色船舶就是指在其全寿命周期中，通过采用先进技术、能经济地满足用户功能和使用性能的要求，并节省资源和能源，减少或消除环境污染，且对劳动者具有良好保护的船舶。当前绿色船舶在设计、建造、营运和拆解中的表现如下：

1.1 在设计时，广泛采用绿色无污染材料、标准化和模块化零部件或单元；充分考虑加工制造过程中材料利用率，同时还须考虑船舶产品在营运寿命终止后，报废、拆解不会对环境造成负面影响；尽量简化工艺，优化配置, 提高整个制造系统的运行效率,使原材料和能源的消耗最少；减少不可再生资源和短缺资源的使用量,尽量采用各种替代物资和技术^[3]。

1.2 在建造时，采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。现今绿色建造包括：绿色加工工艺、绿色焊接工艺和绿色涂装工艺。绿色加工工艺包括净成形制造、干式加工、工艺模拟技术、网络技术、虚拟现实技术与敏捷制造等；绿色焊剂工艺是指选择使用节能焊机，采用高效、无弧光、无粉尘污染的焊接材料和方法；绿色涂装工艺是指通过合理选择涂料，减少涂料品种，减少含TBT涂料的环境污染，简化工序，提高工时效率，采用移动式涂装系统和环保型分段涂装房，实现环保型涂装作业的目标^[4-6]。

1.3 在运营时，减少锅炉、辅机和主机CO2温室气体的排放，以及氮氧化物、硫氧化物等有害气体的排放；防止燃料油、有害液体的泄漏和排放；合理进行各种垃圾废弃物生活污水的处理；严格控制舱底油的卸载；压载水的合理处理等^[7]。

1.4 在拆解时，不论从可持续发展的角度还是经济利润方面来讲,无害拆船被认为是船舶资源回收再利用最环保的方式。然而,拆船过程中充斥着各种环境污染的风险,站在环保和可持续发展的立场,无害拆船是IMO、航运业甚至整个人类的重要任务之一^[8]。

2.绿色船舶的现状

  现阶段绿色船舶的研发丰富多彩，有高效节能型船舶的研发，有低排放高效动力推进装置的研发，有环保无污染涂料的研发，有减噪音消音装置的研发，有减震主机系统的研发，有新型合金材料的研发，有无压载水概念船舶的研发，有风能动力船型的研发等等。其中，新概念无压载水或压载水舱型船舶和新型能源动力推进船舶已有突破性进展，在某些船型和区域间将投入实际操作阶段。

2.1 无压载水或压载水舱型船舶

为了保障船舶在海上安全航行，各类船舶需要根据自身的装载状态和性能加载一定量的压载水，保证船舶的稳定性和浮性。为此，每年全球船舶携带的压载水有120亿吨。由于压载水包含各种不同的浮游动植物，成为各大海洋之间生物种侵害的主要根源，目前已经确认约有500多种有害生物物种通过船舶压载水在全球传播，对不同海域的生态环境造成危害。压载水问题已经被国际海事组织（IMO）宣布为海洋面临的“四大危害”之一。2004 年2 月IMO通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，制定了严格的压载水排放标准，同时，许多航运大国也加强了对压载水的监管力度。日本造船研究中心（SRCJ）提出了无压载水船舶，而美国密热安大学则研发出无压载水舱船。

2.1.1

      SRCJ在NOBS 船体设计中采用了一个主要特征就是船底为横向倾斜的，如此设计主要是为了使船舶在无压载水的情况下拥有足够的吃水以保证船舶的安全航行。此外，通过加宽船体来解决排水量减少的问题。具体来说，NOBS 的船体在宽度上要比传统的船体宽；为满足吃水时的排水量，船底设计成横向具有较大倾角的形状；为分散排水量，加大了船首和船尾的面积。此外，采用小而高效的螺旋桨进行推进。

自2001 年以来，NOBS 的研发工作已经取得了很大进展，目前从研究情况来看，可以确定的是NOBS 适用于大型船舶如苏伊士油轮和VLCC，并且有希望获得较好的经济效益。

2.1.2

      美国密热安大学近日成功研发出无压载水舱货船，并在大型水槽进行了试验，试验结果证实可以达到节省燃油和减排的目的，且能提高航速。美国密热安大学研发的新概念船设计思路是取消压载水舱，代之以两条海水可在舱内流动

的大型管道“水流舱”。当空船出港时，将大型管道的前后盖子打开，海水自然地流入,随着船出航，海水从管道自前向后流动，保持船舶平衡；货船载货航行时,将两条大管道中的海水排放掉，关上前后的盖子。

　从最新的船模试验结果及计算机模拟试验来看，无压载水船舶具有较好的经济性，仅在船舶动力方面，便可节省7.3%的成本。以1艘长198米的散货船为例，运载3.2万吨的货物往返于美国至欧洲，来货可节省燃油费用达15万美元。另外在船舶设计成本和建造成本方面也有望减少资金。因船尾排出的水是进入螺旋桨的水流变得平滑，增加了船舶的推进效率。鉴于以上优点，无压载水船舶也将会在海军军事方面具有很高的军事意义，会得到很快地发展。

2.2 新型能源推进船舶

随着全球温室效应的加剧，国际海事组织（IMO）也越来越关注船舶温室气体排放对全球温室效应的影响。在2008年3月31日至4月4日召开的IMO第57次海上环境保护委员会（MEPC57）上，正式通过了国际防止船舶造成污染公约（MARPOL）附则6关于减少船舶有害气体排放规则的修正案，并单独成立了船舶温室气体排放工作组，对船舶造成的大气污染问题进行研究。随之而来的是，各式各样新型船舶推进系统应运而生。

2.2.1

燃料电池是将燃料（如氢、天然气、丙烷和甲醇等）中的化学能直接转化为电能的机电装置。目前挪威船级社正在开展有关船用燃料电池的全面研究工作。燃料电池动力单元的研制结合了新型电子技术、电子动力以及控制系统技术，且在岸上进行动力单元的测试和认证后，进行实船实验。已有的研究证实，燃料电池应用到船舶之上具有柴油机无可比拟的优点：一、应用燃料电池的船舶将比现有的柴油机推进船舶的效率提高50％，且实现零污染排放；二、使用燃料电池不会产生噪音和振动，将提高乘客的舒适感，并大大改善船员的工作环境；三、燃料电池的设计简单，可移动部件较少，因此维护方面的投入将大大减少；四、燃料电池是标准模块化设计，可以更加方便地合理利用船上空间。缺点是燃料电池的使用存在初始投入成本较高。综上所述燃料电池较低的燃料消耗，较低的运行成本，相比较石油的高昂价格，在实际应用中更是有广阔市场前景的。

2.2.2

多年来，挪威船东、咨询公司、船厂以及相关权威人士一直关注于LNG 燃料船相关技术的研发，不断地将LNG 燃料应用到除LNG 船以外的船舶上。

      2009年2月全球首制船用LNG燃料系统在中国张家港韩中深冷科技有限公司研发成功，并顺利通过了挪威船级社认证。LNG燃料系统能提高船舶的经济性和环保性，降低其运营成本和储运成本。到2015年，北欧地区将有近千艘船舶停止使用柴油，改以天然气为燃料，且此后这一海域运营的各型新建船舶也将安装LNG燃料系统。船舶采用天然气取代柴油后，其燃料成本有望降低1/3左右。

     目前一些使用LNG燃料的渡船和LNG 燃料平台供应船已在北海地区服务。据使用这些船舶的船东介绍，这些船舶的氮氧化物的排放量减少了89％，二氧化碳的排放物减少了20％，氧化硫排放量则减少了100％。据悉，使用LNG 能源可以使船舶的燃料燃烧效率增加30％。

由此可见，LNG 燃料船已成为绿色船舶发展的一个方向^[9]。

3.绿色船舶的展望

  未来绿色船舶的发展方向将是所有绿色因素的集于一身的新概念船舶。新概念船舶在其整个寿命周期中将不会向大气或海洋释放任何有害排放物，同时其运输效率和装载能力将达到最优化。绿色船舶未来发展方向包括使用可再生能源，实现零污染、零排放物目标，性能最优化，使用无污染轻质材料等内容。绿色新概念豪华游艇有望优先得到开发和使用^[10]。

3.1 使用可再生能源

新概念船舶将充分利用燃料电池、太阳能、风能以及波浪能等零污染或可再生能源，为船上所有设施提供能量和动力。

3.1.1

燃料电池技术目前发展迅速，当前在航空航天、汽车、手机、笔记本等中都已得到应用，这为船舶上的开发使用奠定了基础^[11]。

3.1.2

太阳能将通过设置在船帆上的太阳能电池板等装置获得，当不需要通过风能推进时，船帆通过改变角度获得更多的太阳能。太阳能将被转化为电能直接应用或储存起来。

3.1.3

风能将通过由轻质合成材料制成的船帆直接获得。船帆将可以向上、向外折叠，能够通过旋转桅顶来寻找最佳的位置，吸收通过拖曳力、升力或是两者的合力所产生的风能^[12]。

3.1.4

通过合理布置减摇鳍，结合波浪、减摇鳍与船舶的相对运动，将波浪能转化为不同形式的能，如氢能、电能或机械能。同时，减摇鳍又通过这些能量起到对船舶的推进作用。

3.2 实现零污染、零排放物目标

新概念船舶通过采用可再生能源、无压载水船型，真正实现船舶航行零污染、零排放物的目标。由于采用可再生能源，能量产生过程中伴随的副产品只有纯净水蒸气和热；同时，由于采用燃料电池推进，既消除了船舶噪音又提高了船舶航行的灵活性；此外，通过改变船型结构，如采用多体船结构等，使船舶航行中完全摆脱压载水带来的污染问题的困扰。

3.3 性能最优化

由于充分利用太阳能、风能、波浪能等可再生资源，因此，船舶在设计中既要全面考虑如何充分利用这些能源，又要考虑使船舶的装载能力、运输效率达到最优。

3.4 使用无污染轻质材料

新概念船舶将采用无污染轻质材料，如由铝和热塑性塑料合成的材料，这种材料与传统碳钢材料相比具有抗张强度高、维护费用低、易于成型重量轻、耐疲劳以及可循环利用等优点，既能够提高船舶运输效率，又能够使船舶建造或拆解过程中对环境的污染降到最低。

4 结论

  在未来的时间里，人类为了可持续发展、生存和人类延续，将更进一步注重环境保护和绿色品质。这就对船舶的绿色设计、绿色建造、绿色运营、绿色拆解提出更迫切的要求。因此在未来的日子里，绿色概念新船舶肯定有广阔的市场和前景。

参考文献：

[1] 徐学光,刘祯祺.绿色造船的发展脉络【J】.中国船检 ,2009,04

[2] 赵正平.浅议绿色造船技术体系[C].2008中国船舶工业发展论坛暨纪念《中国造船》创刊60周年论文集,2008,10

[3] 蔡薇,陈宾康.绿色船舶的设计构想[J].武汉交通科技大学学报,2000,06

[4] 毛教康.浅论船舶绿色制造技术【J】. 中国水运(下半月) ,2008,05

[5] 潘正军.创新高效焊接技术打造绿色造船企业【J】. 船艇,2007,20

[6] 周少强.应用新型涂料、促进绿色造船【J】. 广东造船 ,2007,03