内河船舶碳排放优化方案

摘 要：在环保意识逐渐增强的今天，国家大力实施节能减排措施，以适应不断增强的环保要求。随着经济的增长，船舶越来越多，船舶的碳排放问题也逐渐引起重视。本文就船舶碳排放的计算，及船舶减少碳排放的措施进行探讨。

关键词：碳排放 燃油 船舶 减排

据统计，2013年中国超过美国成为世界第一大货物贸易国，同时也向大气中排放了100亿吨二氧化碳，占全球总排放量近1/3，人均碳排量超过欧盟。在被许多国家诟病的同时，中国政府也在为减少碳排放不懈的努力。中国船级社的《内河船舶能效设计指数（EEDI）评估指南》中船舶能效的评估，即是以碳排放量作为批判船舶能效等级的依据。可以预测未来以碳排放为指标的船舶碳排放政策将会出台。如何减少碳排放，提高燃油利用率，正成为航运企业关注的焦点。

内河船舶柴油机燃油供给系统

内河船舶的主机供油系统大致可以分为三种方式。第一种方式是通过设置在燃油单元上的三通转换阀将轻重柴油输送到主机中，与大部分海船的供油模式相同。第二种方式是轻柴油不经过燃油单元，直接进入主机的进油总管，只有重柴油经过燃油单元再进入主机系统。第三种方式是船舶仅使用轻柴油，供油系统比较简单，是通过高置油箱，利用重力作用将燃油送入喷油泵。内河船舶中使用第三种方式的最多，因为内河船舶吨位普遍较小，其耗电量和蒸汽消耗量都很少，没有设置锅炉或加热系统，增设锅炉及加热系统不仅增加了设备管理负担而且增加了成本。

碳排放的计算

现代船舶的主柴油机及发电用柴油机所用燃料主要为柴油。为节省开支，船运企业通常使用重柴油作为主机的主要燃料，由于黏度大，在冬天或较寒冷的条件下，会使用锅炉等产生的蒸汽使重油产生足够的流动性。发电机一般使用轻柴油作为燃料。随着技术的进步及环保意识的增强，现在已有船舶使用LNG与柴油混合燃料的动力设备，但船舶上应用较少，以后可能会越来越多。不管是重柴油或是轻柴油，它们的含碳量都是固定的，与氧气燃烧产生二氧化碳。其产生的二氧化碳量与其消耗的燃料量成正比关系。所以，要计算碳排放量，只要通过燃油消耗量乘以一个比例系数即可得出，这个比例系数被称作二氧化碳排放因子。当然，存在燃油与氧气的不充分燃烧情况，我们暂且不考虑此因素。因此，认为燃料燃烧与燃烧过程无关，仅与燃料中碳的含量有关。根据上述定义，二氧化碳的排放因子可以通过下式表述：

二氧化碳排放因子=燃料含碳量×氧化率×44/12 （1）

其中燃料碳含量=燃料平均碳含量/燃料的平均发热量。下表为常见燃料碳含量的缺省值。

表1 常见燃料碳含量的缺省值

燃料类型 潜在排碳系数 氧化率 二氧化碳排放因子

汽油 18.9 98 18.5

柴油 20.2 98 19.8

燃料油 21 98 20.6

计算燃料氧化后转化为二氧化碳的方法有很多种，下面仅介绍一种有代表性的。该计算公式根据上述说明的，基于燃料的消耗量和二氧化碳的排放因子得出：

二氧化碳排放量=∑（燃料消耗量×二氧化碳排放因子） （2）

其中燃料消耗量中的燃料可以是柴油、汽油或其它燃料（如液化石油气）；二氧化碳排放因子与燃料含碳量和氧化率有关。

由（1）、（2）两式综合可以得出燃料燃烧时碳排放量的计算公式：

二氧化碳排放量=（44×燃油消耗量×燃油含碳量×碳的氧化率）/12

目前船舶上大多使用柴油，即重柴油或是轻柴油，下面只论述柴油的二氧化碳排放量。燃油的含碳量近似认为与市场所售的燃油种类有关。由于船舶到港或驶离码头等情况时，柴油机会变负荷，加上柴油机的老化和燃油黏度的变化，都会使柴油机的喷油泵雾化效果变差，反应到公式中即是碳的氧化率变化。在理论计算中，一般认为燃油中的碳全部转化为二氧化碳，即碳的氧化率取1。所以，理论计算得出二氧化碳排放量的值通常都会比实际测得的值稍大，此类理论计算与实际测得值相比稍大的结果在相关资料中也可以看出。

内河船舶减排优化方案

1、影响碳排放的因素

通过上述讨论，船舶的碳排放只与燃油的消耗量有关。出于节约成本和环保的考虑，内河船舶要减少二氧化碳的排放，就要减少船舶的油耗。内河船舶油耗增加的因素主要有：

1.1浅水效应

当船舶在浅水区时，船体受到阻力增加，使船舶能耗增加，在同样航速下比在深水航道要燃烧更多的燃料。设船舶在直流航道深水区受到的阻力为R，船舶在浅水航道受的阻力为RS，则有如下关系：RS=KS・R 。其中KS为船舶阻力换算系数，其表达式为：

式中h为航道水深；T为船舶吃水；V为船舶实际航速。

1.2狭窄航道

船舶行驶在狭窄航道中时，船舶的两弦距岸距离变短，船体与水流之间的摩擦随之增加。另外狭窄航道容易产生拥水现象，进而增加船舶的额外阻力。设船舶在深水航道中受到阻力为R，相同航速下狭窄水道船舶受到的阻力为：RN=KN・R，式中RN为狭窄航道阻力，KN为阻力换算系数。KN表达式为：

式中为船舶方形系数；n为航道过水断面系数（航道过水断面与船舶横向中剖面入水面积之比）。

1.3弯曲航道

当船舶驶过弯曲的航道时，如果偏至航道一侧会产生岸推、岸吸现象，船舶会受到额外的阻力。该附加阻力的大小与船舶在航道中的位置和速度有关，公式为：Rb=Kb・R

式中Rb为船舶在弯曲的航道中受到的阻力；Kb为阻力换算系数（Kb>1，Kb与弯道半径和V2有关）；R为船舶在深水航道中受到的阻力。

2、碳排放的减排措施

通过上述，得知船舶二氧化碳的排放不仅与柴油机的燃烧效率、选用的燃料有关，还与船舶的使用有关，如船舶在狭窄水道、浅水效应、弯道引起船舶阻力增加均会增加船舶的油耗，进而增加二氧化碳的排放。

弯曲航道引起的阻力增加，不仅与船速有关，还与弯道半径有关。船舶在驶过弯道时，除了降低速度外，还应采取以下措施降低阻力：

2.1顺流过弯

船舶顺流通过弯曲航道时，应使船舶保持在航道的中线位置上，根据弯道的弯势及水流速度，以较低的航速和较小的舵角平缓转向，尽量保持船舶迹线与水流方向一致。

2.2顶流过弯

在船舶顶流过弯道的时候，船舶应靠近凹岸一侧航行，根据水流速度的大小，调整合适的舵角，顺着凹岸侧转弯的弯势连续平滑转向，尽可能的让船首尾的连线与水流方向一致。

总结

国际海事组织海洋环境保护委员会第六十三次会议，对如何引入市场减排机制治理全球海运碳排放作为会议的重要议题之一，以确定碳减排量或者碳税价格等。这些关于碳排放的话题都将是现在及以后重点研究的内容。可以预计在不久的将来，关于内河船舶的碳排放强制政策将出台。航运企业将面临来自船舶碳排放指标的限制要求。对于不满足碳排放指标的船舶，将会出台政策对其营运及交易进行限制。海事部门将会强制对这些不满足要求的船舶重点关注，并依据政策法规采取相应措施。

（作者单位：江西省庐山区地方海事处）