技术在绿色船舶设计中的作用外文翻译资料

 2022-07-28 14:33:08

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技术在绿色船舶设计中的作用

Spyros Hirdaris1, Fai Cheng1

摘要

在当今环保意识的世界中，海事创新将越来越多地反映社会的需求，尽量减少航运对环境的影响。当前和未来的船舶设计将符合苛刻的环境标准、新装置的要求和在生命周期绩效范围内的可持续性。本文讨论了环境技术的重要性以及劳氏船级社近期在这方面的一些研究经验。

关键词

绿色船舶设计; 战略研究与创新; 技术; 可持续发展

引言

地球表面超过70％被水覆盖，海洋是地球上生命的核心。如今，超过90％的交易是通过水上运输进行的，我们正在冒险进入更加危险部分的海洋，在更大的深度挖掘资源并推动世界经济增长。在过去几十年中，海运业通过高效率的发动机设计、推进系统和优化船体设计来实施运营战略和发展技术，不断努力减轻对环境的影响。事实上，早期和当前的技术努力有助于显着降低燃料消耗，并在相同能力的基础上减少二氧化碳排放量（一英里）。然而近年来，社会对全球变暖问题的关注越来越多，这使得与节能减排和二氧化碳排放量相关的议题变得非常重要。所以在未来的几十年中，如何制定战略和技术努力提供社会经济效益，同时不会对我们所依赖的环境产生不利影响。所以要取得成功，我们必须继续完善基础设施、知识和创新能力。同时我们还要了解如何平衡海上安全与环境立法，在满足经济措施和人类要素的背景下发展，同时实施和保证技术的有效作用。

劳氏船级社在海洋工业的监管框架内发挥了重要和广泛的作用，通过应用技术资源，确保了安全和可持续发展的标准。尽管如此，环境预期所暗示的多样化和不断增长的技术需求也提出了一些关于技术与法规的分类保证问题。在未来的日子里，“条例”的所谓“约束”将继续受到良知和原则的推动（肯特，2011）。然而，越来越多的新环境要求将意味着船舶的具体特征的规定性要求将与风险和等效性的替代方案一起提供。随着环境要求的不断增长和技术的快速发展，我们可以预期“分类”在绿色船舶设计中关于安全保证和实施技术应用的作用将变得越来越重要。因此，在未来要求实施可持续技术的背景下，切合实际的技术与措施的应用将会变得非常重要。

这个主题讨论了最近监管方面的发展，概述了一些技术实施方案以及社会近期的一些创新举措。 在这个意义上，它支持“战略研究”可能是响应国际社会要求一些前瞻性的船舶行业对社会经济期望的看法的重要里程碑。

1 Lloyd‟s Register Strategic Research, 71 Fenchurch Street, EC3M 4BS, London, UK

监管环境

自20世纪70年代以来，面对海洋世界的环境问题的解决办法由国际海事组织（IMO）牵头，国际海事组织（IMO）是通过国际共识来管理运输的机构。在此期间，海事组织成功地通过了一些国际条约，如“防污公约”及其六个附件，“防污系统公约”和“压载水管理公约”。 其中大多数有助于对水和空气的环境保护，而另一些则在稳定的批准过程中。事实上，51项海事组织公约中有21项涉及环境问题。图1中概述的“劳氏船级社”环境路线图介绍了IMO到2017年底之前关键的现行和即将出台的环境立法的预测，确定未来的合规日期和新出现的规定（劳氏船级社，2011年）。

国际上减少气候变化影响的努力始于1992年里约，其中可持续发展框架得到了150多个国家政府的赞同。随后在1997年通过了“京都议定书”，该议定书将附件一国家限制在2012年之前将温室气体（GHG）排放量降至1990年以下水平的5.2％。虽然船舶是最有效的运输方式，海事组织2010年温室气体研究确定了主要通过使用现有技术进一步提高能源效率（IMO，2009a）。

近来，海事组织采取了两种不同的方法来制定控制二氧化碳排放的措施，（a）提高船舶能源效率的技术和业务措施; （b）稳定或全面减少国际航运温室气体排放的措施（MBM）。这种两种方法都是必要的，以确保减少船上温室气体排放量的任何技术和操作措施不会因未来国际船队和航运活动增长而增加的排放而抵消。在目前，技术和操作措施是提高船舶能源效率的直接手段。前者是通过改进船舶硬件设备来实施的，后者是通过改进船舶的运行来实现的。相比之下，经济手段并不意味着直接减少二氧化碳排放; 它们可被视为提供经济激励以促进技术措施或业务措施的实施的工具。由于技术和操作措施是技术重点，他们的一些持续状态在下一节中有明确的讨论。基于市场工具的参考是简要的，因为它仍然处于开发和概念阶段。

技术和操作措施

由于CO2是由碳氢化合物燃料中的碳氧化形成的，要减少CO2的排放，必须燃烧更少的燃料，或者燃烧的燃料的碳含量必须减少甚至消除。这些方法本质上上转化为任一的节能措施，包括技术和操作，使用低或零碳燃料的代替燃料，或者是优化船舶设计和作业。迄今为止，技术和操作措施已经主要针对提高能源效率而开发，因为它广泛认为的是通过在中期和长期使用替代产品低碳或无碳的燃料来实现。

在国际海事组织层面，技术和操作措施的包装最初是为了实验目的，直到2010年3月第六十届海洋环境污染委员会（MEPC 60）为止。随后，在MEPC 61（2010年9月/ 10月），所有各方都要求分发“MARPOL附则VI”的拟议修正案，强制性地通过能源效率设计指数（EEDI）对新船使用技术措施和船舶能效管理计划 （SEEMP）所有运行中的船舶。建议的修正案在MEPC 62（IMO MEPC.203（62），2011年）期间通过了“MARPOL附则VI”缔约方，以规定新船的EEDI和所有船舶的SEEMP。该规定适用于所有400吨以上的船舶，预计将于2013年1月1日起施行。但是，根据第十九条，主管机关可以放弃对符合EEDI的400吨以上船舶的要求。在目前的情况下，通过EEDI实施和评估了相关的技术措施，这涉及海事组织通过限制船用发动机污染环境来阻止全球变暖，允许计算个别船舶设计的具体数字（通过图2,3中说明的相当复杂的公式计算）。EEDI表示船舶消耗的能量换算成CO2排量和船舶有效能量换算成CO2排量的比例指数，较小的EEDI值表示更节能的船舶设计。公式可以大致简化为：EEDI =二氧化碳排放/运输工作量; 广泛而言，EEDI可被认为是船舶的二氧化碳排放量除以其货物承载能力。EEDI的实施将通过国际能源效率证书（IEEC）实现。

图1：劳氏船级社当前和未来环境法规注册路线图（劳氏船级社，2011年）

图2：EEDI公式的主要组成部分（Bazari 2011）

图3：EEDI公式的关键部分的说明性示例（Bazari 2011）

SEEMP是一个操作措施，建立一种机制，协助船公司以成本效益的方式提高其船舶运营的能源效率。它提供了一种使用所谓的能效运行指数（EEOI）作为监测工具监测船舶和船队效率性能的方法，并作为基准工具。关于开发新船舶和现有船舶的SEEMP的指导性结合了燃油效率船舶运行的最佳做法，以及自愿使用新船和现有船舶的EEOI指南。该指南使操作员可以测量正在运行的船舶的燃油效率并衡量任何操作变化的影响，例如，改进航程计划，更频繁地进行螺旋桨清洗，或引入技术措施，如废热回收系统或新型螺旋桨。与EEDI相反，其计算基于如下公式所示的船舶的实际燃料消耗和货物负载：

与EEDI相反，EEOI正在随着时间而变化，并且每天使用非报告计算。 海事组织通过2013年和以后所有船舶的强制性减免措施可能导致重大减排和节约成本。 到2020年，二氧化碳年减排量估计是由引进新船的EEDI和所有运行的船舶的SEEMP，到2030年，二氧化碳排放量可能每年增加到4.2亿吨二氧化碳。 到2020年，估计年节省的燃油成本将达到惊人的数字20亿至800亿美元，到2030年将达到惊人的90-310亿美元。

市场化措施（MBM）

除了技术和业务措施外，还在讨论基于市场的总体措施，预计将在中期开始利用可衡量的标准。虽然国际海事组织关于国际航运二氧化碳排放控制问题的所有讨论都受到“联合国气候变化框架公约”（UNFCCC）的阻碍，原因是共同但有区别责任原则的适用性持续的意见分歧，讨论了多年来受到最严重影响的市场化措施（Reynolds，2011）。主要的问题是，许多发展中国家（“京都议定书”下的“非附件一”）认为，旨在减少船舶温室气体排放的强制性制度应仅适用于“气候公约”附件一所列国家。然而，海事组织的其他代表团认为，海事组织关于温室气体问题的管理框架应适用于所有船只，不论其国籍如何，符合其他海事组织公约。为了在考虑基于市场的措施方面取得进展，60届海洋环境保护委员会同意设立一个专家组，对提交给以国际航运二氧化碳排放量为基础的市场工具提交的各种提案进行可行性研究和影响评估。这些建议包括基于国际航运二氧化碳排放量，排放交易计划和基于船舶效率的方案征收的方案。评估了有关环境和成本效益，提供激励技术变革和创新，实用性，经济负担等的潜力的建议。随后的一个调停工作组于2011年3月举行了会议，以考虑将市场化措施作为减少国际航运温室气体排放的机制的需要和目的，并进一步评估专家组审议的市场化措施。 在选择和进一步发展国际航运市场化措施方面取得的进展很少。 由于专注于技术和业务措施，因此进一步考虑到国际海运处理温室气体的市场化措施将不可能在2012年海洋环境保护委员会第63次会议之前进行。 无论如何，市场化措施与技术或操作措施的联系以及在船舶设计方面提供额外的相关经济激励仍然是未来的一项工作。

战略研究背景

鉴于船级社在海事业中的关键作用，以及需要确保监管过程不会限制创新的占有，而不是通过提供有效的保障措施，任何技术开发能够更好地理解和实施环保技术，同时随之而来的措施非常重要。后者提供的开发更好地考虑到技术进步的产品和服务潜力。考虑到“规则”及其支持性知识作为分类依据，反映了当前的技术，设计保证方法和分析方法，必须将劳氏船级社的“战略研究”所采取的措施保持平衡。社会正在从学术界内的原则研究到涉及行业远见卓识和偶尔学术界的发展和实施范围的工作（见图4）。而前者主要是与相关的所谓前沿低成本/投资计划（通常被分配技术准备水平，TRL：1-3）后来有利于创新的频谱，其中决定由哪个技术将被采用并提供给船舶工业应用（TRL：3-7）。因此，环境技术开发计划将知识和经验作为投入，并将其转化为新的或改进的产品和服务（TRL：6-8）。发展计划还为劳氏船级社的技能和技术基础提供了投入，维护了人力资本的价值，并加强了服务提供（TRL：2-8）。

图4：劳氏船级社技术生命周期与创新

因此，创新方法由于涉及的相互作用和产出而相当复杂。首先，有一些项目支持劳氏船级社的技术知识库。这些项目通常不会导致特定产品或服务的直接开发，而是为进一步开展可利用应用的知识和使用它们的项目提供基础。这些项目往往侧重于已被确定为劳氏船级社所需工作的技术部门。这些项目包括：

bull;评估核心实施领域的新技术，评估其潜在的实用性;

bull;监测其他技术部门的发展情况并评估其海洋应用的潜力;

bull;发展可用于服务提供的基本概念和方法的理解。

还有一些相对较小的项目，期待着开发技术战略。包括：

bull;跟踪科技研究;

bull;制定未来技术计划;

bull;为海洋工业准备技术趋势汇报。

这个项目计划中的一些活动是与其他组织合作进行的，主要代表行业远见卓识。 这一点非常重要，因为国际海事组织介绍的新规章明确意味着需要加强技术合作的推广和与提高船舶能源效率有关的技术转让。 有一些项目旨在满足劳氏船级社所提供或希望提供给其海洋客户的一个或多个船舶部门或环境产品线/服务的确定的业务需求。 这些项目利用了基础技术项目的成果，社会“技术员工的知识，经验和专业知识，最后但并非最不重要的是从外部来源获得的知识，无论是从已发布的信息还是从合作企业。 在环保领域，这些项目包括：

bull;制定各类船舶分类修订规则和检验程序;

bull;开发用于分析或其他过程的新的或修订的服务;

bull;为客户和测量师准备和维护指导文件;

bull;开发专业服务的新功能，构成服务和产品组合的一部分。

开发计划将有助于：

bull;确保劳埃德注册保持对当前和未来技术的良好理解;

bull;向市场推出新的环保产品，反映最新的知识和理解。

研究资金的可用性越来越多地是研究成果的可证明的影响，或者至少是在工作计划开始时作为目标的影响的一个功能。因此，近年来，资金竞争导致了工业界对联合产业项目（JIPs），政府基金（如英国工程研究理事会，技术战略委员会等）或区域管理机构（如欧盟FP7）的支持，水性计划）作为研究活动价值的指标，反过来又反映了对财富的影响。因此，在比较成熟的海事技术科目中，选择考虑：（a）行业对大学，研究机构和行业本身正在进行的研究项目的预期影响如何，（b）目前的研究活动希望可以回答哪些问题，以及（c）这将来自于一个越来越重视能源和气候变化的世界研究成果的价值，证明了时间，人才和金钱的投入。

在反映这些考虑的过程中，过去四年来，劳氏船级社已开始与大学，技术提供商，造船厂和业主合作开展了一些大型环境研究计划。 而表1中提供的摘要并非详尽的列表，它表示了绿色船舶设计技术及其实施领域的广泛作品。 参与这些方案为原始思考提供了有关社会经济趋势（见表2）的机会，这些趋势影响到技术，并帮助确定了一些基本或应用的技术研究和实施领域，需要考虑 制定短期，中期和长期的研究和产品开发议程（见表3）。

表1：劳氏船级社积极参与的研究计划摘要

技术类别

项目数量

重点研究领域

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