隨著國(guó)際海事組織新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范的密集出臺(tái)和陸續(xù)實(shí)施，航運(yùn)界正在掀起一場(chǎng)節(jié)能減排大變革。船舶尾氣污染物排放控制已成為當(dāng)下業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，業(yè)界主要采用船舶廢氣清洗系統(tǒng)、天然氣燃料動(dòng)力、低硫燃油、船舶岸電系統(tǒng)等四種減排措施，本文基于國(guó)內(nèi)航運(yùn)的實(shí)際發(fā)展情況比較上述四種方案，以期對(duì)船舶尾氣減排方案的選取提供參考。
船舶廢氣清洗系統(tǒng)(EGCs)
根據(jù)MARPOL公約的要求，自2020年1月1日起，船舶所使用的燃油硫含量不應(yīng)超過0.5%m/m，當(dāng)船舶航行于排放控制區(qū)(ECA)時(shí)，則禁止使用硫含量超過0.10%的燃油。通過安裝廢氣清洗系統(tǒng)(EGCs)，可將船舶排放尾氣中的硫氧化物(SOx)清除，達(dá)到與使用低硫燃油等效的減排效果。
1、廢氣清洗系統(tǒng)(EGCs)在船上的應(yīng)用
安裝有廢氣清洗系統(tǒng)(EGCs)的船舶，可直接使用高硫份燃料油，因其管理便利及運(yùn)營(yíng)成本低等特點(diǎn)，一直備受業(yè)界的關(guān)注，按其產(chǎn)品類型及工作原理可主要分為：開式(Open)、閉式(Close)&混合式(Hybrid)。
IMO于2015年修訂并通過的MEPC.259(68)《廢氣清洗系統(tǒng)導(dǎo)則》是船舶使用EGCs作為符合SOx 排放控制要求的替代措施及EGC系統(tǒng)法定檢驗(yàn)的重要依據(jù)，該導(dǎo)則詳細(xì)規(guī)定了廢氣清洗系統(tǒng)的排放符合性(包括廢氣排放和洗滌水排放)的驗(yàn)證方法和檢驗(yàn)程序。但不同國(guó)家/地區(qū)關(guān)于SOx排放的替代措施可能會(huì)有特殊規(guī)定，因此，當(dāng)準(zhǔn)備使用廢氣清洗系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意船舶擬航行區(qū)域的相關(guān)要求，尤其應(yīng)注意如下：
廢氣清洗系統(tǒng)的主要原理及優(yōu)缺點(diǎn)
2、現(xiàn)有船安裝廢氣清洗系統(tǒng)(EGCs)的關(guān)注要點(diǎn)
根據(jù)廢氣清潔系統(tǒng)聯(lián)合會(huì)(EGCSA)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2018年9月份為止，全球已安裝和已下單EGCs的船舶共有1321艘。EGCs作為船上的防污染系統(tǒng)的重要組成部分，除了應(yīng)滿足法定的相關(guān)要求外，還須考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，即系統(tǒng)及設(shè)備的日常操作使用不應(yīng)對(duì)船舶、人員安全造成危害，對(duì)于現(xiàn)有船安裝廢氣清洗系統(tǒng)還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下：
航行海域的特殊要求
(1)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估：包括船齡、航線、投資回報(bào)率、EGCs在排放控制區(qū)的運(yùn)行時(shí)間、柴油機(jī)輸出功率等；
(2)技術(shù)可行性研究：包括船旗國(guó)&港口國(guó)的特殊要求、船舶類型、船上安裝EGCs的位置、主輔機(jī)最大繼續(xù)功率下的廢氣排放等綜合因素；
(3)安裝EGCs對(duì)現(xiàn)有船舶可能造成的影響：空船重量、載重量、船舶重心、完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性、防火控制布置、舾裝數(shù)、駕駛室視野、舷外排口周圍船殼板的防腐處理；
(4)風(fēng)險(xiǎn)分析、EEDI復(fù)核、NOx技術(shù)文件復(fù)核、監(jiān)測(cè)與安全保護(hù)等。
船舶岸電系統(tǒng)
船舶靠泊碼頭時(shí)，使用岸基電源向全船供電，通過停用船舶發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)船舶停泊港口時(shí)尾氣零排放。由于該項(xiàng)技術(shù)較為成熟，港口及船舶的岸電設(shè)備加裝都具有較強(qiáng)的可操作性和較易的可實(shí)現(xiàn)性，是有效控制港口城市群空氣污染的手段之一。2019年3月18號(hào)，交通運(yùn)輸部、能源局和國(guó)家發(fā)改委等6部委共同發(fā)布了“關(guān)于進(jìn)一步共同推進(jìn)船舶靠港使用岸電工作的通知”，要求自2019年7月1日起，具有船舶岸電系統(tǒng)船載裝置的現(xiàn)有船舶(液貨船除外)應(yīng)按要求靠港使用岸電，2022年1月1日起中國(guó)籍的內(nèi)河船舶和海船應(yīng)按要求靠港使用岸電，同時(shí)鼓勵(lì)港口企業(yè)、岸電設(shè)施運(yùn)營(yíng)企業(yè)與航運(yùn)企業(yè)簽訂岸電使用協(xié)議，不斷提高岸電使用比例。
1、船舶岸電供電模式
港口岸電系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：岸基供電部分、岸-船連接系統(tǒng)、船用負(fù)載部分，其基本架構(gòu)及加裝(改造)要點(diǎn)如下：
船舶岸電系統(tǒng)的主要組成部分及要點(diǎn)
岸基供電部分由港口變電站供電，經(jīng)過變壓(如適用)、變頻(如適用)，當(dāng)輸入電源與船舶電力系統(tǒng)的參數(shù)一致，利用岸-船連接系統(tǒng)，在相序一致的情況下，將電能通過船載電網(wǎng)輸送至負(fù)載處。港口岸電的供電模式可以分為以下三類：高壓模式、低壓模式和低壓小容量模式。
(1)高壓模式。高壓模式的供電方式是將6.6kV/6kV、60Hz/50Hz的高壓電源，接入船上配備的船載變壓設(shè)備后供負(fù)載使用，或者直接使用。碼頭岸電系統(tǒng)的容量在介于630kVA～1600kVA時(shí)，建議采用高壓上船方式；當(dāng)容量在大于1600kVA時(shí)，應(yīng)采用高壓上船方式。
(2)低壓模式。低壓模式的供電方式是將碼頭電網(wǎng)變頻、變壓轉(zhuǎn)換為450V/400V、60Hz/50Hz低壓電源，直接接入船上供負(fù)載使用。碼頭岸電系統(tǒng)的容量在630kVA以下，宜采用低壓上船方式。
(3)低壓小容量模式。低壓小容量模式的供電方式是將碼頭配變380V三相低壓電源，經(jīng)低壓一體化岸電樁輸出380V或220V電源，接入船上供負(fù)載使用。此方式僅適用內(nèi)河船舶等。
2、船舶岸電關(guān)注要點(diǎn)
(1)不同類型及噸位的船舶會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，選取不同電壓及電制的船舶電網(wǎng)，不同國(guó)家及地區(qū)的船舶電網(wǎng)也不盡相同。高壓船舶電站的電壓等級(jí)可為11kV，6.6kV(60Hz)或6kV(50Hz) ，低壓船舶電站的電壓等級(jí)可為440V(60Hz)或400V(50Hz)，因此，碼頭的岸電供電系統(tǒng)應(yīng)能輸出不同電制和頻率的電源，以匹配受電船舶電網(wǎng)就顯得尤其重要，目前，市場(chǎng)上適用于海洋環(huán)境的高功率高壓變頻器仍存在技術(shù)局限。
(2)由于岸電電源容量相對(duì)較小，當(dāng)船舶使用岸電時(shí)，負(fù)載的變化也會(huì)引起岸基電壓變化，當(dāng)電壓偏差值較大時(shí)，會(huì)降低船上負(fù)載的運(yùn)行效率，因此，對(duì)岸電電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能提出了比較高的要求。
(3)船舶靠泊時(shí)，連接電纜通過電纜絞車及電纜導(dǎo)軌放送至岸基上，通過人工方式接插在岸基的電源裝置插座上，電纜絞車可根據(jù)船舶與岸基距離收放電纜。當(dāng)船舶靠岸時(shí)，應(yīng)避免電纜達(dá)到其拉伸極限、扭曲極限及彎曲極限，從而導(dǎo)致機(jī)械斷電脫扣及觸電危險(xiǎn)。
LNG動(dòng)力
目前，我國(guó)越來越多的船舶選擇天然氣燃料動(dòng)力系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計(jì)及布置，在船舶設(shè)計(jì)與建造階段即考慮將來LNG動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的改造需求。2018年8月10日，交通運(yùn)輸部下發(fā)《關(guān)于深入推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的意見(征求意見稿)》，力求加快推進(jìn)船舶用能升級(jí)和港口污染防治，深入推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣(LNG)清潔能源，技術(shù)要點(diǎn)重點(diǎn)歸納如下：
(1)推進(jìn)LNG碼頭建設(shè)，圍繞建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系要求，積極推進(jìn)沿海尤其是環(huán)渤海地區(qū)LNG碼頭建設(shè)，加快內(nèi)河LNG碼頭建設(shè)，提升LNG接卸和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。
(2)提升LNG水路運(yùn)輸能力。率先以長(zhǎng)江干線為主穩(wěn)步推進(jìn)內(nèi)河LNG運(yùn)輸，有序發(fā)展國(guó)內(nèi)LNG運(yùn)輸船隊(duì)，不斷壯大遠(yuǎn)洋LNG運(yùn)輸船隊(duì)規(guī)模。
(3)推進(jìn)港區(qū)LNG加氣站規(guī)劃，優(yōu)化港區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃，合理有序布局港區(qū)LNG加氣站。有序發(fā)展多種加注方式，沿海重點(diǎn)發(fā)展移動(dòng)加注和港口槽車加注方式，探索發(fā)展浮式加注，內(nèi)河重點(diǎn)發(fā)展躉船式、岸船式加注方式，補(bǔ)充發(fā)展移動(dòng)加注方式。
(4)提升研發(fā)與集成應(yīng)用水平，加快高性能純天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)和低排放LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步提高污染物排放控制技術(shù)水平。支持高可靠性安防報(bào)警系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)開發(fā)，提高集成應(yīng)用水平，加大LNG動(dòng)力節(jié)能環(huán)保新船型開發(fā)應(yīng)用。
低硫燃油使用
通過岸基燃油(HFO)預(yù)脫硫處理后，船舶使用符合規(guī)定的MGO(硫含量≤0.1%m/m)，從本質(zhì)上減少船舶尾氣的硫排放，是目前航運(yùn)界比較普遍的做法。盡管MGO替代HFO不需要額外的初期投資，轉(zhuǎn)換操作便捷，但低硫燃油與重油的理化特性差別較大，因其發(fā)熱值高、密度低、粘度低、潤(rùn)滑性差等特點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間使用低硫燃油會(huì)對(duì)船舶主輔機(jī)產(chǎn)生一定的影響，具體如下：
(1)低粘度：滿足ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)的輕質(zhì)油MDO(DMA)的粘度值(@40℃)介于1.5cst～6.0cst之間，而傳統(tǒng)柴油機(jī)的燃油噴射推薦粘度為10cst～15cst，因此長(zhǎng)期過低的燃油粘度會(huì)加速噴油器、高壓油泵等部件的磨損；
(2)硅鋁含量高：采用催化加氫方法提煉的低硫燃油硅鋁含量較高，當(dāng)有相當(dāng)部分的硅鋁成分以顆粒形式存在于燃油系統(tǒng)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致高壓油泵柱塞套筒偶件磨損，甚至有可能出現(xiàn)油閥卡阻，噴油器針閥磨損等現(xiàn)象；
(3)高堿度汽缸油：由于低硫燃油PH值較大，與高堿性汽缸油酸堿中和反應(yīng)不好，將導(dǎo)致材料腐蝕加快。根據(jù)主機(jī)、副機(jī)設(shè)備廠家的指導(dǎo)說明，當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用低硫燃油時(shí)，如果仍使用傳統(tǒng)的高堿度汽缸油，將導(dǎo)致缸套活塞環(huán)槽積碳、缸套磨損、甚至減少缸套使用壽命，因此應(yīng)及時(shí)更換為堿度較低的汽缸油或曲軸箱滑油；
(4)混合燃油:為了迎合航運(yùn)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的低硫燃油需求，區(qū)別于傳統(tǒng)燃油市場(chǎng)供應(yīng)的低硫餾分油(如DMA、DMB等)，船用燃油供應(yīng)市場(chǎng)推出了混合FAME(生物柴油)的船用餾分油。ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)第6次修訂版新增加了DFA、DFZ、DFB三種餾分油類型，規(guī)定混合FAME的體積百分比不超過7%，其他各項(xiàng)指標(biāo)分別與DMA、DMZ、DMB一致，因此，船上使用這種混合了FAME的船舶餾分油時(shí)，儲(chǔ)存、處理、使用等方面的要求與ISO8217標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的船用柴油(DMA、DMZ、DMB)基本相同，然而，考慮到生物柴油具有易氧化、生物分解、對(duì)燃油艙柜及系統(tǒng)沉積物的清洗等潛在特性，船上使用這種燃油時(shí)，仍需額外考慮一些注意事項(xiàng)，比如儲(chǔ)存周期、燃油狀態(tài)監(jiān)測(cè)、含水量和微生物監(jiān)測(cè)、濾器狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。如船舶擬使用這種燃油，應(yīng)與柴油機(jī)、鍋爐等設(shè)備廠咨詢，確認(rèn)燃油設(shè)備使用這種燃油的兼容性。關(guān)于這種燃油的使用，國(guó)際內(nèi)燃機(jī)委員會(huì)(CIMAC)專門制定了燃油管理指南“船舶購買和使用該類燃油時(shí)，還應(yīng)尋求柴油機(jī)、鍋爐、分油機(jī)等設(shè)備制造廠的相關(guān)指導(dǎo)和建議。”
實(shí)船使用低硫燃油注意要點(diǎn)
(1) 應(yīng)充分評(píng)估船舶主輔機(jī)及鍋爐、燃油系統(tǒng)(包括管路附件及泵系)使用低硫燃油的安全性及適用性。若系統(tǒng)需要加裝低硫燃油冷卻系統(tǒng)才能滿足主輔機(jī)的進(jìn)機(jī)粘度要求，應(yīng)及時(shí)對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行改造；
(2) 低硫燃油艙隔離儲(chǔ)存的安全性及燃油轉(zhuǎn)換的可行性；
(3) 船舶管理公司應(yīng)編制符合實(shí)船情況的低硫燃油轉(zhuǎn)換程序，且該程序應(yīng)納入船舶安全管理體系。當(dāng)船舶進(jìn)出排放控制區(qū)時(shí)，應(yīng)按照轉(zhuǎn)換程序提前做好燃油轉(zhuǎn)換，燃油轉(zhuǎn)換前后的船位、時(shí)間、燃油柜的存量等信息均應(yīng)在輪機(jī)日志中做好記錄。
四種方案的比較與分析
采用以上四種方案都能有效控制船舶尾氣排放，這四種減排方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)要點(diǎn)對(duì)比如下表。
不同技術(shù)方案的比較
