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20多年来,集装箱船的减排成绩在后退吗?

20多年来,集装箱船的减排成绩在后退吗?

阿法牛AlphaBull

徐剑华 王鹏慧 编译

随着2020年船舶排放新规的大限日益迫近,关于船舶运营对气候变化影响的争论趋向于白热化。

航运业在提高船舶效率方面是否走得足够快?

近几年来,集装箱船舶营运商在其服务航线上投入了一大批巨型新船,这使得运输每一个集装箱所需的平均燃油消耗减少,同时航行速度减缓。然而,一些研究人士对整个航运业还能否继续进一步提高其效率水平提出了质疑。

2015年荷兰公司CE Delft发表文章,分析了在过去50年新船设计效率的发展,结论为:“经过20世纪70年代一段时间的恶化或持续的低效率之后,在80年代所有类型和大小类别船舶的效率大幅提高,在1990年左右达到最佳。在20世纪90年代和21世纪第一个十年,效率再次恶化。”

“风险中的海”(Seas at Risk)和“运输与环境”(Transport& Environment)两个环境保护组织利用这一结论,将其作为需要进一步严格的能效设计指数(EEDI)的依据,而EEDI是由国际海事组织(IMO)专为新船设计而制订的标准。

“运输与环境”组织的清洁航运经理比尔·海明斯主张“如果标准还不能把我们带回到25年前取得的水平上,那么国际海事组织为新船本身设计的效率标准都需要重新设计和加强。”

“运输与环境”组织指出,研究表明,“只需要回到20世纪90年代的设计,就可以将船只的平均设计效率提升5%15%。”

CE Delft的另一篇论文分析了自2009年以来加入船队的船舶设计效率,并指出:“提升效率的进程已经开始。随着技术进步,船体、舵、螺旋桨和主机设计在过去的25年里可能已经改进。比如随着计算流体动力学的发展,更大的效率提高可能就要达成。较低的设计航速可以更恰当地提高设计效率。”

CE Delft的论文指出,由于船舶大小的变化, 其方法只是研究大小相似的船舶,而不涉及船队的平均设计效率。它还指出,其结论与设计效率有关,而与营运中的燃油效率无关。

所以,它需要忽略在集装箱产业尤其重要的两个因素——更大型船只的涌入,以及以较低的速度运行这些船舶的决策。

CE Delft的第一篇论文《船舶设计效率的历史趋势》,研究了散货船和油轮自1960年以来、以及集装箱船自1970年以来的估计指数值(EIV)。论文解释说,EIV公式是EEDI的一种简化,国际海事组织用它计算EEDI的“参考线”。

提高能效的标准已经发布

国际防止船舶污染公约(MARPOL)附件六要求所有船舶拥有能效管理计划,并规定如何监视和控制能效操作。

CE Delft的论文解释道:“截至2013年,新船需要建立能效设计指数(EEDI)来证明该船比最低标准更有效率。随着时间的推移,该标准将更加严格。在第一阶段,大多数新船的设计效率需要比在1999 - 2008年期间进入现役船队的船舶的平均效率更高。从2015年开始,新进船必须提高10%,五年后,提高20%2025年开始,EEDI必须比参考线高30%。”

1999 - 2009年期间,EEDI被设置为最合适于EIV的平均线,CE Delft的论文说,研究表明新船的EIV平均比那些在1960年代和1970年代所建造船舶的EEDI参考线更糟糕,虽然在1980年代大大改善,但随后再次恶化。这意味着,平均而言,2010年左右建造的船舶,其设计效率(EIV表示),还不如一个1990年建造的相似船舶 (同样的船型,同样大小)

CE Delft 的航空和航运协调员杰士珀·费博说:“公司用于分析设计效率的方法是相当全面的,它根据船的速度和容量来决定主机功率。所以基本上是说,需要多大的能量来推动一艘船是根据不同大小的船在水中的设计速度决定的。”

公式考虑这样一个事实:一艘大船的效率自然比小船的高。

费博说:“因为CE Delft使用的是国际海事组织也使用的一个公式,它没有考虑主机的效率改善, 所以在过去的20年里,我们可能在一定程度上高估了效率的恶化。但令人惊奇的是,使用我们的或国际海事组织的公式时,在1990年左右效率达到峰值。”

报告聚焦干散货船、油轮和集装箱船,发现从总体上来说,在19881992的五年期间,这三种类型船的设计效率最高。

费博说:“在20世纪80年代,由于在70年代的石油危机,新建船舶的燃油效率非常突出。在此期间,对螺旋桨和船体尺寸进行了优化,所以,一般来说,造船厂建造更瘦长的船只。”

90年代,船造得更好一点,这意味着它们有较低的方形系数。考虑方形系数最简单的方法是,如果以船的长度和宽度做一个矩形框,然后把船放进框里。那么,方形系数基本上就是被填满的部分占那个盒子的比例。因此,船越是瘦长,方形系数就越低,通常在海中航行就越好。你不能在水中推动一个大方形块前行。

对于资本成本和燃油效率的权衡

费博说:“在20世纪80年代和90年代,当油价的压力减少时,他们更愿意造那些建造成本较低、但效率也有点低的船。所以那时可能会用较小的螺旋桨,这样成本更低,但1990年左右使用的更大的螺旋桨水动力效率并不高。”

他说:“当所有人都认为油价高、运价低时,他们强调燃油效率,因为那是更重要的。当燃油价格很低时,燃油效率就不是那么重要了,而资本成本更重要,他们就选择了更便宜的船。特别是在本世纪初的十年,运价蓬勃向上时,当你买了一艘新船,你想要尽快交付,这就意味着简单的设计,同时丰满船型更容易建造,因为它不需要像瘦长船型一样尽可能多的结构上加强。因此,燃油效率恶化了。看起来有更多的运营商真正更关注燃油效率,这是合乎逻辑的,因为运价低和燃油价格高,在分析船舶服役期间的成本时,燃油效率变得越来越重要。”

CE Delft的报告分析了20091月至20147月进入现役船队的集装箱船,发现90%EIV都低于在1999年和2009年之间建造船舶的参考线。调查发现,建于2013年的集装箱船的51%,和建于2014年的集装箱船的61%,都达到或超过了为2020年设定的EEDI

CE Delft的报告说,其他类型船只的百分比则低得多:2014年,在船舶建造比例上,只有50%的杂货船、8%的散货船、26%的油轮、13%的天然气油轮和13%的矿油兼用船达到为2020年设定的EEDI

来自船级社的不同声音

DNV GL船级社的流体工程高级顾问乌·郝伦巴齐说,CE Delft的研究目的是表明船舶的主要尺度比过去效率低,但是我认为他们部分是正确的,部分是错误的。

他说,如果把一艘300米长、32米宽的相对瘦长的巴拿马型集装箱船同一艘有相同名义容量的宽体集装箱船相比较,那么,在大多数情况下两者的能源消耗几乎相同,只是在某些情况下宽体船要差一些。

他说:“由此你确实可能觉得这些宽体船只效率不太高,因为它们有更少的载重量,有更高的能耗。但这只是事情的一个方面。这些宽体船不需要任何压载或只需要很小的压载。所以800010000吨的压载舱容积,它们可以用来作为货舱。宽体船虽然载重量小一些,但每载重吨的能耗更高,有更大的货舱,因此如果你结合所运送的集装箱的能耗的话,它们的效率更高一些。我手头有一个例子表明,两艘名义容量非常相近的船只,宽体船几乎比旧巴拿马型船在效率上高15%。”

宽体船能够减少压载,因为在海上时更宽的船体使船舶的稳性更好。

CE Delft的报告说,在过去有一段时间,船东很难让船厂定制或提高船的设计。CE Delft的报告认为,在运价很高时,对新船的需求量高涨,船厂按照标准的设计图纸来造船,不但风险低,而且利润率高。在这种情况下,船厂构建更高风险的创新设计可能不够理智。相反,当运价很低,船厂争夺客户,可能愿意建造效率更高的船舶。

但郝伦巴齐说:“现在船厂之间的竞争是如此的激烈,以至于每家船厂都希望给你最好的船。”

他说,宽体集装箱船在水线以下的船体比巴拿马型集装箱船更好。但是散货船就不一样, 多年来,其船体形式变得较为低级。这是因为在载重吨相同的情况下,船东或承租人很难想出不同的主尺度。只是通过使船更瘦长来获得更好的水下形状,可能节省成本或降低油耗,但不能把它们用在市场上,因为它们的主尺度是非主流的。

散货市场已经发展得如此成熟,以至于船东希望大灵便型、巴拿马型或苏伊士型船舶有一定的尺寸。

慢速航行时代马士基切掉球鼻艏

集装箱航运业的领头贸易组织——世界航运协会(WSC)的总裁兼首席执行官克利斯·科奇指出,在过去的十年里,行业经营发生重大的变化,导致集装箱船变得更加高效率、更少污染环境。他说,对船舶效率最重要的单个设计变量是设计航速。

《自然》杂志20154月期上一篇关于气候变化的文章说:“从理论上来说,航速和主机功率需求之间的立方关系,意味着船舶二氧化碳排放量对于船舶航速特别敏感。”

集装箱船建造时速度设计为24节或25节,如今燃油价格飙升就意味着船只运行速度比用于CE Delft研究设计速度要低得多。

《自然》援引国际海事组织的一份报告,发现“在2007年至2012年之间,集装箱船的平均航速降低幅度介于6%(最小型船舶)24%(8,00012,000TEU容量船舶)之间。”

这篇文章的作者表示担心,“一旦经济状况好转,随着运力的膨胀和船舶航速的提高,可能会导致潜在排放量的释放”。

但科奇也表示,许多船修改设计以适应慢速航行的要求

科奇说:“船体、螺旋桨和主机会根据特定的营运航速进行优化,即使在不会永远持续下去的当前燃油成本低的情况下,我没有看到任何证据表明有人回到更高的速度上去。”

例如,马士基已经更换现有船舶的球鼻艏,因为这种形状和配置是为特定的船舶航速设计的。

对于一艘高速集装箱船,球鼻艏可以用来抵消一个冲击波,使船只更省油。但如果船以较慢的速度航行,它反而会增加阻力。

给一艘在役船加一个“鼻子”,可以帮助原始设计的船具有更高的营运航速,再次提高效率。据马士基航运公司说,只要简单地切掉球鼻首,再装上另一个鼻子,就可以节省高达5%的燃油。

总部位于伦敦的德鲁里航运咨询公司(Drewry Shipping Consultants)的一份报告说:“在20092013年的五年时间里,亚洲和北欧之间的贸易航线上,由于船的平均容量增加了40%,导致每个往返航次的二氧化碳排放量下降了35%。此外,在2013年至2015年之间,集装箱船的平均容量进一步增加了23%。可以相信,单位容量的排放量肯定在继续下跌。”

航运减排任重而道远

国际海事组织的海洋环境保护委员会(MEPC) 20155月举行了第68次会议,据说一个工作小组将继续评估EEDI规定的第二阶段技术发展的实现,要求从2020年开始减少20%的排放量。

马绍尔群岛的外交部长托尼·蒂博鲁姆为航运业提出一个减排目标的建议。他说:“保持全球气温上升1.52摄氏度以下的目标需要所有国家的共同行动,并且涉及全球经济的方方面面。国际航运必须是行动的一部分。虽然该行业的排放量目前只占全球总排放量的2%~3%,但是航运业的预期增长速度是引起人们关注的真正原因。如果不采取紧急行动,据估计,该行业可能很快就占全球排放的6%14%,相当于今天整个欧盟的排放量。”

媒体报导说,提议已经被提出。

国际海事组织决定,“国际航运业固然必须做出合理的贡献来应对气候变化的协议,但是贸易同样重要”。并表示会参与到2015年年底将在巴黎达成的《联合国气候变化框架公约》的制订中,声称“明确气候问题的全球行动要求所有方面采取行动。”然而,“风险中的海”和“运输与环境”两大环境保护组织对此表态表示不满。

图片说明:地中海航运的超级巨轮MSC Oscar号无与伦比的主机。它由MAN B&W 制造,型号为K98ME-C。旁边站立的工程师身高为1.85米。

编译自:Chris DupinBoosting ship efficiency, AmericanShipper July 2015

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