船舶设计节能减排技术策略
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目前，全球 90% 的贸易运量由船舶航运承担， 与其他运输方式相比，船舶航运是经济、环保的运 输方式。据统计，陆路和航空运输的 CO2 排放量分 别为 50 和 540 g / t·km，而载重吨小于8 000 t 的船 舶运输 CO2 排放量为 21 g / t·km，载重吨大于 8 000 t 的船舶运输 CO2 排放量为 15 g / t·km。但是随着货 运量的增加，船舶航运的 CO2 排放总量不断增加。 根据国际海事组织 （ IMO） 2009 年发布的第二次温
2 节能减排应对措施
船舶的有害排放包括碳化物、氮化物和硫化物、 污水、废物垃圾、压载水、噪声、涂覆的防污材料、 拆船中的有毒物质，以及承载的货油 /化学品等，涉 及到船 舶 阻 力、 推 进、 电 力 系 统、 清 洁 能 源 利 用、 船舶废气及废物后处理等方面的多个系统，综合考 虑采取相应的措施，降低能耗，减少 CO2 和 NOX、 微尘颗粒 （ PM） 和压载水排放。
Abstract： This paper tracks the international convention’s developments on emission reduction and energy saving standards，according to the overall development ideas of transformation from shipbuilding country to shipbuilding power，study on response measures，sorts of development strategy for the common green technology research on low-emission and energy-saving for the development of our own green marine equipment specification standards for reference．
第 34 卷第 9 期 2012 年 9 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 34，No． 9 Sep． ，2012
船舶设计节能减排技术策略
郝金凤，强兆新，石俊令，索双武，肖丽娜
（ 中船重工船舶设计研究中心有限公司，北京 100081）
摘 要： 跟踪节能减排国际公约规范发展动态，按照我国由造船大国向造船强国转变的总体发展思路，研究
应对措施，梳理节能减排绿色环保共性研究的发展策略，为制定我国自己的绿色船舶配套规范标准提供参考。
关键词： 节能； 减排； 压载水管理； 绿色船舶； 船舶设计
中图分类号： U662． 2
文献标识码： A
文章编号： 1672 － 7649（ 2012） 09 － 0003 － 08 doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2012. 09. 001
MARPOL 附则 VI （ 防止船舶造成空气污染规则） 于 1997 年出台并于 2005 年 5 月 19 日生效，主要致力 于解决船舶造成的区域性空气污染问题。由于全球气 候变暖，以及欧美和一些国际组织的压力，IMO 不得 不决定重新审议和修订刚刚生效的 MARPOL 附则 VI， 并确定了如下原则： 分阶段提高空气污染的限制标 准，分 2 个阶段对新发动机的 NOx 和燃油含硫量进 行控制，并增加可吸入微粒物 （ PM） 控制，开始着 手解决 CO2 减排问题。以通函的形式提出了 EEDI （ 船舶能效设计指数） 、EEOI （ 船舶能效营运指数） 、 SEEMP （ 船舶能效管理计划） 自愿使用指南，并且 IMO 在 2011 年 7 月 召 开 的 MEPC62 会 议 上 以 MEPC. 203 （ 62） 决议通过了 MARPOL 附则 VI 修正 案 （ 纳入船舶能效管理规定） ，船舶设计能效及营运 能效相关要求成为强制性要求。该能效要求将于 2013 年 1 月 1 日生效实施。
2004 年 2 月 4 日 《控制和管理船舶压载水和沉 积物国际公约》， 其 附 则 还 规 定 了 船 舶 压 载 水 的 排 放控制划分为 2 个阶段： D － 1，压载水置换标准； D － 2，压载水执行标准。目前为止已有 30 个国家 成 为 该 公 约 的 缔 约 国， 占 世 界 商 船 总 吨 位 的 26. 44% ，达到生效条件 （ 30 个国家、商船吨位比 例 35% ） 已是大势所趋。
船舶节能技术措施从以下 5 个方面考虑： 1） 降低船舶阻力 低阻力线型设计； 浮态调整以降低风浪中阻力、 失速； 低风阻上层建筑； 低附图舵及控制技术； 船 体表面减阻。 2） 提高推进效率 主机配置优化； 尾部线型优化； 尾部整流装置； 高效桨设计； 新型桨应用。 3） 系统配置优化 船、机、桨最佳匹配； 机电配置优化及智能管
率、加装减排设备、燃油使用和无压载水船舶方面 采取的应对措施。 2. 1 船体减阻降耗技术
降低船舶阻力是节能降耗的重要手段。从船舶 设计方面讲，可以从低阻力线型设计，浮态调整以 降低风浪中阻力、失速，低风阻上层建筑和船体表 面减阻等方面着手研究。
响，这需要依靠 CFD 和模型试验手段，反复计算、 调整和验证、修改，最终确定低阻力线型。优秀的 低阻力线型能够节约能源 1% ～ 3% 。
室气体研究报告，2007 年整个海运业排放的 CO2 达 10. 4 亿吨，占当年全球 CO2 排放总量的 3. 3% ； 其 中国际海运的排放量达到 8. 7 亿吨，占全球排放总 量的 2. 7% 。报告预测，随着海运贸易的增长，如 果不采取任何措施，船舶温室气体的排放量到 2050 年将会比 2007 年增加 150% ～ 250% 。如果采取有 效的控制措施，提高船舶能源效率，能实现海运业 温室气体排放量减少 25% ～ 75% 。另外，为了保持 船舶航行安全，需要打入、排出大量压载水。国际 海事组织统计，全球每年共有超过 100 亿吨压舱水 排入海洋，不仅耗费大量海洋运输能源，而且压载 水已经被全球环保基金组织 （ GEF） 列为世界海洋 的四大污染源之一。据统计，每天至少有 7 000 个 有机体等随船舶压载水远航至他乡，物种互相入侵， 加剧了海洋生态链和环境的恶化。船舶航运对环境 的影响不容忽视。
低阻力线型设计包括总体设计优化和线型优化 两方面。总体设计单位根据母型船和设计经验，在 保证具有足够排水量的基础上，合理选取船型尺度 比、调整方形系数和浮心位置。一般来讲，方形系 数小的船 舶，阻 力 小； 线 型 的 UV 度、前 体 线 型、 水线进流角和去流角的设计对船体阻力也有很大影
Key words： energy saving； emission reduction； ballast water management； green ship； ship design
0引言
20 世纪中期以来，人类活动排放的温室气体加 快了全 球 气 候 变 暖 的 步 伐。 世 界 野 生 动 物 基 金 会 （ WWF） 报告称人类对生态的获取速度为地球恢复 能力的 1. 3 倍。随着全球环境日益恶化、能源紧缺 日益严重，节能减排技术研发成为各领域可持续发 展的一项重要战略研究内容。
虽然我国船舶工业在设计、建造等方面有了长 足发展，但是面对近几年绿色船舶的发展要求，应 对 IMO 即将出台的船舶节能减排 “绿色标准变革”， 我国船舶工业相应技术积累显得尤为不足。目前国 内船舶行业科研院所和企业已经意识到绿色船舶是 未来发展的必由之路，并已经开始了相关研究工作， 但是远不足以应对当前严酷的国际竞争形势和未来 的市场需求。因此目前我国亟须全面深入开展绿色 船舶节能减排研究，积极参与国际标准制定，改变 我国船舶行业标准规范领域一直处于跟进的现状。 同时加快绿色系列船型开发，打造中国造船绿色品 牌，增强我国船舶工业竞争力，有力推动我国船舶 工业由造船大国向强国转变。
虽然 MARPOL 附则 VI 和压载水公约目前尚未
达到生效条件，但与防污底公约一样，已确定了执 行日期和对现有船追溯的时间表。因此，对于新造 船采取有效的应对措施已经迫在眉睫。环境保护越 来越重要，对船舶绿色环保设计提出了更高的要求， 这必将给船舶设计理念带来重大革新性的影响。
标准之争历来是产业竞争的最高境界，标准之 变自然成为重塑格局、抢占产业制高点的利器。欧、 日、韩等造船强国很早就开展了绿色船舶研究，利 用掌握的先进技术，设置技术壁垒，扩大技术领先 优势，抢占未来市场先机。
Research on response measures for ship emission reduction and energy saving
HAO Jin-feng，QIANG Zhao-xin，SHI Jun-ling，SUO Shuang-wu，XIAO Li-na （ China Ship Design and Research Center Co． ，Ltd，Beijing 100081，China）
Fig. 2 Resistance coefficient comparison of three schemes of 53 000 DWT chemical tanker
图 1 低阻力线型设计 Fig. 1 Hull line optimization design for low-resistance
我国在造船技术上已取得长足进步，但与造船 强国比还存在一定的差距，尤其在节能减排等先进 技术上需密切跟踪国际发展动态，加大研发投入、 提高自主设计能力，迎接船舶市场新一轮的竞争。
1 节能减排规则标准动态跟踪
目前涉及节能减排要求的公约规则主要有 《国 际防止船舶造成污染公约》 （ MARPOL） 和 《控制 和管理船舶压载水和沉积物国际公约》 （ BWM） ， 相关条款已经或即将生效。
目前，在船舶设计中很重视采取上述手段优化线 型设计。例如，我公司对 53 000 t 特涂不锈钢化学品船 的线型优化工作中，经过 3 次改型，总阻力系数和剩 余阻力系数均有很大改善，设计吃水装载状态的有效 功率方案 3 仅为方案 1 的 91% ，航速提高了 1. 23 kn。
图 2 53 000 t 特涂不锈钢化学品船 3 个方案阻力系数比较
第9 期
郝金凤，等： 船舶设计节能减排技术策略
·5·Fra Baidu bibliotek
理； 动能优化管理及传输降损； 余能应用技术。 4） 节能设备研究 高效主机研究； 高效辅机研究； 主辅机智能化；
柴电混合动力； 其他动力设备节能； 变频技术应用。 5） 新型能源利用 风能应用； 核能应用； 太阳能应用； 燃料电池
应用； 新能源综合应用。 船舶减排技术措施从以下 4 个方面考虑： 1） 节能引起的减排 降低船舶阻力； 提高推进效率； 系统配置优化；
收稿日期： 2011 － 12 － 29 作者简介： 郝金凤 （ 1978 － ） ，女，工学硕士，高级工程师，从事船舶及海洋工程设计研究工作。
·4·
舰船科学技术
第 34 卷
国际海 事 组 织 （ IMO） 海 洋 环 境 保 护 委 员 会 （ MEPC） 加快了海运业船舶节能减排、减少环境污 染标准制定的步伐，国际海运业碳排放强制标准呼 之欲出。虽然具体的标准还没有最终生效，但是日、 韩和欧洲等掌握先进造船技术的强国和地区早已启 动对船舶节能减排技术的研究，争相制定节能减排 的目标，为造船业准入设置门槛。节能环保的绿色 船舶是船舶工业未来的发展趋势。
节能设备研究； 新型能源利用。 2） 总体设计角度 最低压载水总体设计； 新型环保材料应用。 3） 设备配置角度 新型发动机； 废气后处理； 废气利用 EGR。 4） 燃油使用角度 使用 LNG 燃 料； 主 机 燃 油 加 水； 主 机 低 硫 燃
油； 发电机轻柴油； 锅炉轻柴油。 本文重点关注船体减阻降耗技术、提高推进效
2 节能减排应对措施
船舶的有害排放包括碳化物、氮化物和硫化物、 污水、废物垃圾、压载水、噪声、涂覆的防污材料、 拆船中的有毒物质，以及承载的货油 /化学品等，涉 及到船 舶 阻 力、 推 进、 电 力 系 统、 清 洁 能 源 利 用、 船舶废气及废物后处理等方面的多个系统，综合考 虑采取相应的措施，降低能耗，减少 CO2 和 NOX、 微尘颗粒 （ PM） 和压载水排放。
Abstract： This paper tracks the international convention’s developments on emission reduction and energy saving standards，according to the overall development ideas of transformation from shipbuilding country to shipbuilding power，study on response measures，sorts of development strategy for the common green technology research on low-emission and energy-saving for the development of our own green marine equipment specification standards for reference．
第 34 卷第 9 期 2012 年 9 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 34，No． 9 Sep． ，2012
船舶设计节能减排技术策略
郝金凤，强兆新，石俊令，索双武，肖丽娜
（ 中船重工船舶设计研究中心有限公司，北京 100081）
摘 要： 跟踪节能减排国际公约规范发展动态，按照我国由造船大国向造船强国转变的总体发展思路，研究
应对措施，梳理节能减排绿色环保共性研究的发展策略，为制定我国自己的绿色船舶配套规范标准提供参考。
关键词： 节能； 减排； 压载水管理； 绿色船舶； 船舶设计
中图分类号： U662． 2
文献标识码： A
文章编号： 1672 － 7649（ 2012） 09 － 0003 － 08 doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2012. 09. 001
MARPOL 附则 VI （ 防止船舶造成空气污染规则） 于 1997 年出台并于 2005 年 5 月 19 日生效，主要致力 于解决船舶造成的区域性空气污染问题。由于全球气 候变暖，以及欧美和一些国际组织的压力，IMO 不得 不决定重新审议和修订刚刚生效的 MARPOL 附则 VI， 并确定了如下原则： 分阶段提高空气污染的限制标 准，分 2 个阶段对新发动机的 NOx 和燃油含硫量进 行控制，并增加可吸入微粒物 （ PM） 控制，开始着 手解决 CO2 减排问题。以通函的形式提出了 EEDI （ 船舶能效设计指数） 、EEOI （ 船舶能效营运指数） 、 SEEMP （ 船舶能效管理计划） 自愿使用指南，并且 IMO 在 2011 年 7 月 召 开 的 MEPC62 会 议 上 以 MEPC. 203 （ 62） 决议通过了 MARPOL 附则 VI 修正 案 （ 纳入船舶能效管理规定） ，船舶设计能效及营运 能效相关要求成为强制性要求。该能效要求将于 2013 年 1 月 1 日生效实施。
2004 年 2 月 4 日 《控制和管理船舶压载水和沉 积物国际公约》， 其 附 则 还 规 定 了 船 舶 压 载 水 的 排 放控制划分为 2 个阶段： D － 1，压载水置换标准； D － 2，压载水执行标准。目前为止已有 30 个国家 成 为 该 公 约 的 缔 约 国， 占 世 界 商 船 总 吨 位 的 26. 44% ，达到生效条件 （ 30 个国家、商船吨位比 例 35% ） 已是大势所趋。
船舶节能技术措施从以下 5 个方面考虑： 1） 降低船舶阻力 低阻力线型设计； 浮态调整以降低风浪中阻力、 失速； 低风阻上层建筑； 低附图舵及控制技术； 船 体表面减阻。 2） 提高推进效率 主机配置优化； 尾部线型优化； 尾部整流装置； 高效桨设计； 新型桨应用。 3） 系统配置优化 船、机、桨最佳匹配； 机电配置优化及智能管
率、加装减排设备、燃油使用和无压载水船舶方面 采取的应对措施。 2. 1 船体减阻降耗技术
降低船舶阻力是节能降耗的重要手段。从船舶 设计方面讲，可以从低阻力线型设计，浮态调整以 降低风浪中阻力、失速，低风阻上层建筑和船体表 面减阻等方面着手研究。
响，这需要依靠 CFD 和模型试验手段，反复计算、 调整和验证、修改，最终确定低阻力线型。优秀的 低阻力线型能够节约能源 1% ～ 3% 。
室气体研究报告，2007 年整个海运业排放的 CO2 达 10. 4 亿吨，占当年全球 CO2 排放总量的 3. 3% ； 其 中国际海运的排放量达到 8. 7 亿吨，占全球排放总 量的 2. 7% 。报告预测，随着海运贸易的增长，如 果不采取任何措施，船舶温室气体的排放量到 2050 年将会比 2007 年增加 150% ～ 250% 。如果采取有 效的控制措施，提高船舶能源效率，能实现海运业 温室气体排放量减少 25% ～ 75% 。另外，为了保持 船舶航行安全，需要打入、排出大量压载水。国际 海事组织统计，全球每年共有超过 100 亿吨压舱水 排入海洋，不仅耗费大量海洋运输能源，而且压载 水已经被全球环保基金组织 （ GEF） 列为世界海洋 的四大污染源之一。据统计，每天至少有 7 000 个 有机体等随船舶压载水远航至他乡，物种互相入侵， 加剧了海洋生态链和环境的恶化。船舶航运对环境 的影响不容忽视。
低阻力线型设计包括总体设计优化和线型优化 两方面。总体设计单位根据母型船和设计经验，在 保证具有足够排水量的基础上，合理选取船型尺度 比、调整方形系数和浮心位置。一般来讲，方形系 数小的船 舶，阻 力 小； 线 型 的 UV 度、前 体 线 型、 水线进流角和去流角的设计对船体阻力也有很大影
Key words： energy saving； emission reduction； ballast water management； green ship； ship design
0引言
20 世纪中期以来，人类活动排放的温室气体加 快了全 球 气 候 变 暖 的 步 伐。 世 界 野 生 动 物 基 金 会 （ WWF） 报告称人类对生态的获取速度为地球恢复 能力的 1. 3 倍。随着全球环境日益恶化、能源紧缺 日益严重，节能减排技术研发成为各领域可持续发 展的一项重要战略研究内容。
虽然我国船舶工业在设计、建造等方面有了长 足发展，但是面对近几年绿色船舶的发展要求，应 对 IMO 即将出台的船舶节能减排 “绿色标准变革”， 我国船舶工业相应技术积累显得尤为不足。目前国 内船舶行业科研院所和企业已经意识到绿色船舶是 未来发展的必由之路，并已经开始了相关研究工作， 但是远不足以应对当前严酷的国际竞争形势和未来 的市场需求。因此目前我国亟须全面深入开展绿色 船舶节能减排研究，积极参与国际标准制定，改变 我国船舶行业标准规范领域一直处于跟进的现状。 同时加快绿色系列船型开发，打造中国造船绿色品 牌，增强我国船舶工业竞争力，有力推动我国船舶 工业由造船大国向强国转变。
虽然 MARPOL 附则 VI 和压载水公约目前尚未
达到生效条件，但与防污底公约一样，已确定了执 行日期和对现有船追溯的时间表。因此，对于新造 船采取有效的应对措施已经迫在眉睫。环境保护越 来越重要，对船舶绿色环保设计提出了更高的要求， 这必将给船舶设计理念带来重大革新性的影响。
标准之争历来是产业竞争的最高境界，标准之 变自然成为重塑格局、抢占产业制高点的利器。欧、 日、韩等造船强国很早就开展了绿色船舶研究，利 用掌握的先进技术，设置技术壁垒，扩大技术领先 优势，抢占未来市场先机。
Research on response measures for ship emission reduction and energy saving
HAO Jin-feng，QIANG Zhao-xin，SHI Jun-ling，SUO Shuang-wu，XIAO Li-na （ China Ship Design and Research Center Co． ，Ltd，Beijing 100081，China）
Fig. 2 Resistance coefficient comparison of three schemes of 53 000 DWT chemical tanker
图 1 低阻力线型设计 Fig. 1 Hull line optimization design for low-resistance
我国在造船技术上已取得长足进步，但与造船 强国比还存在一定的差距，尤其在节能减排等先进 技术上需密切跟踪国际发展动态，加大研发投入、 提高自主设计能力，迎接船舶市场新一轮的竞争。
1 节能减排规则标准动态跟踪
目前涉及节能减排要求的公约规则主要有 《国 际防止船舶造成污染公约》 （ MARPOL） 和 《控制 和管理船舶压载水和沉积物国际公约》 （ BWM） ， 相关条款已经或即将生效。
目前，在船舶设计中很重视采取上述手段优化线 型设计。例如，我公司对 53 000 t 特涂不锈钢化学品船 的线型优化工作中，经过 3 次改型，总阻力系数和剩 余阻力系数均有很大改善，设计吃水装载状态的有效 功率方案 3 仅为方案 1 的 91% ，航速提高了 1. 23 kn。
图 2 53 000 t 特涂不锈钢化学品船 3 个方案阻力系数比较
第9 期
郝金凤，等： 船舶设计节能减排技术策略
·5·Fra Baidu bibliotek
理； 动能优化管理及传输降损； 余能应用技术。 4） 节能设备研究 高效主机研究； 高效辅机研究； 主辅机智能化；
柴电混合动力； 其他动力设备节能； 变频技术应用。 5） 新型能源利用 风能应用； 核能应用； 太阳能应用； 燃料电池
应用； 新能源综合应用。 船舶减排技术措施从以下 4 个方面考虑： 1） 节能引起的减排 降低船舶阻力； 提高推进效率； 系统配置优化；
收稿日期： 2011 － 12 － 29 作者简介： 郝金凤 （ 1978 － ） ，女，工学硕士，高级工程师，从事船舶及海洋工程设计研究工作。
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舰船科学技术
第 34 卷
国际海 事 组 织 （ IMO） 海 洋 环 境 保 护 委 员 会 （ MEPC） 加快了海运业船舶节能减排、减少环境污 染标准制定的步伐，国际海运业碳排放强制标准呼 之欲出。虽然具体的标准还没有最终生效，但是日、 韩和欧洲等掌握先进造船技术的强国和地区早已启 动对船舶节能减排技术的研究，争相制定节能减排 的目标，为造船业准入设置门槛。节能环保的绿色 船舶是船舶工业未来的发展趋势。
节能设备研究； 新型能源利用。 2） 总体设计角度 最低压载水总体设计； 新型环保材料应用。 3） 设备配置角度 新型发动机； 废气后处理； 废气利用 EGR。 4） 燃油使用角度 使用 LNG 燃 料； 主 机 燃 油 加 水； 主 机 低 硫 燃
油； 发电机轻柴油； 锅炉轻柴油。 本文重点关注船体减阻降耗技术、提高推进效