评估未来燃料策略及其对新造船设计的影响

DNV最新发布的《面向2050年的海事展望》介绍了“两步走”的船舶燃料及技术选项的技术经济性评估以及结构性设计审查。其目的在于帮助船东确定能保持排放合规性与商业竞争力的新造船设计。

“为了保持合规性和商业竞争力、同时满足监管者及相关方面对于船舶和船队运营脱碳的要求，船东需要策略以及切实可行的解决方案”，DNV海事部资深咨询师兼环境顾问、《面向2050年的海事展望》第一作者琳达（Linda Sigrid Hammer）表示，“通过正确地评估技术、燃料和能源生产/基础设施的状况，船东能符合既定甚至更具雄心的碳减排轨迹。”

船舶燃料和设计选项经济性的建模

为帮助船东响应脱碳行动，DNV绘制了符合碳减排轨迹的实用路径。《面向2050年的海事展望》提供了最新的碳风险管理框架（图1），为船舶找到了最具性价比的Fuel Ready及燃料灵活性的选择。

该框架包含两个步骤。首先，技术经济性模型“FuelPath模型”研究了适用于某一特定船舶的不同燃料及能效策略的财务绩效。通过不同假设条件和场景的应用，该步骤帮助船东辨识能够顺应未来变化并且在一系列场景中表现良好的设计选择。第二步是对于上述设计选择的结构性审查，以确定在新造以及（可能的）改造阶段对船舶设计的关键影响。

“我们已经更新了框架，就是为了实现对燃料灵活性和Fuel Ready方案的详细评估。考虑船舶的寿命，规划此类方案能简化向低碳和零碳替代燃料的过渡，并尽可能减轻搁浅资产的投资风险”，琳达解释。

图1：DNV帮助船东考虑如何确保当前的新造船在未来符合碳排放规则及应对竞争压力的最新方法

第一步：对船舶运用DNV的FuelPath模型

FuelPath模型可以评估船舶整个生命周期内、涉及燃料的可用设计方案的经济绩效，该绩效通过总拥有成本和其他经济指标来表示。

船舶运用FuelPath模型时输入的四大类参数包括：船舶规格及航线信息、温室气体减排目标轨迹、涉及燃料的设计方案、燃料价格。

《面向2050年的海事展望》在案例研究中，通过不同选定参数的评估来阐述了这一步骤——这是一艘21万载重吨、设计寿命为25年的新造Newcastlemax型散货船（表1）。续航力假设用来估计燃油舱需求、假定每个往返航次加注一次燃料、允许在一些主要煤炭运输航线上有一定灵活性。

“尽管案例研究针对的是新造散货船，但评估方法可适用于任何船型，DNV已经为客户提供了相应支持”，琳达补充说。

表1：关于21万载重吨Newcastlemax型散货船的案例研究，其先进的概念设计符合EEDI第2阶段

评价散货船案例研究中的燃料与设计选项

Newcastlemax型散货船的案例研究中采用了单一的温室气体排放轨迹，以满足那些想比IMO当前时间表更快实现排放脱碳的货主的雄心。研究中也考虑了最低合规的更慢轨迹，但没有建模。

案例研究中选择轨迹的具体细节请见《面向2050年的海事展望》。简言之，案例中的最终目标是于2040年实现航运业的完全脱碳，而大部分的减排来自于2030年后。

案例研究中包含了7种合理选择的设计选项中可使用的不同燃料，无论是新造船还是未来可能的改造阶段（表2）。

表2：Newcastlemax型散货船关于燃料的设计选项，显示了每个设计选项在新造和后续改造（如适用）中的燃料灵活性。

对于涉及燃料的设计方案的财务绩效而言，燃料价格是关键的决定因素，但未来的燃料价格很难预测。

为简单起见，案例研究中的燃料价格预测（表3）只选择了单一的未来场景，其中低成本的可再生电力用于生产电燃料，价格比生物燃料更低廉。

在该场景的设想中，氨是最廉价的碳中和燃料；船东所服务的客户在温室气体减排方面有最高的需求；不存在碳价格——尽管该模型评估了碳定价机制对航运业的经济影响，该机制尚处于开发阶段。

案例研究中，建模期内的燃料价格保持恒定，运用FuelPath模型来审视单一场景下、上述7种燃料系统设计选项的对比情况。

表3：Newcastlemax型散货船中采用美元/GJ和美元/吨油当量（toe）为单位的燃料价格。价格为未来平均价，其场景是低成本的可再生电力用于生产碳中和的电化燃料。

案例研究的关键结论

关于Newcastlemax型散货船案例分析结论的完整资料包含在《面向2050年的海事展望》中，在选定的场景和假设条件方面有三个关键点（图2）：

1、在2030年后，常规单燃料（MF）船舶的总折扣成本最高。其资本支出（CAPEX）最低，但全生命周期燃料支出（FuelEX）最高。这是因为研究假设碳中和船用燃料（MGO）的价格较高，这可能是常规单燃料(MF)船舶满足所选温室气体减排目标轨迹的唯一燃料选择。

2、与传统选项相比，氨燃料设计方案的CAPEX更高，但在船舶寿命周期内的燃料支出费用更低。

3、折扣成本最低的两种设计选项是MF Fuel Ready（氨）和双燃料（DF）LNG Fuel Ready（氨）。研究认为，DF LPG Fuel Ready（氨）也是低成本的选项之一，但没有深入探讨。

图2：案例研究船舶为21万载重吨的Newcastlemax型散货船，在快速脱碳场景中运用DNV的FuelPath模型，评估了7种燃料系统设计的总折扣成本

琳达建议，需要结合具体的假设条件，对上述结论以及案例研究的其他结论加以解释，“我们强调，结果并非说明氨燃料设计是最可靠的选择（图3），结论本身也不作为对船东的推荐。在用于支持实际新造船决策时，要测试多种燃料与碳价场景以及温室气体轨迹，以辨识适合特定船型和航线的最可靠选择。不过，研究充分表明了基于安全考量和提高船舶燃料灵活性的设计选择的潜在优势。”

图3：与常规船舶相比的氨燃料设计的重要影响因素。但在因素发生变化的场景下，其他设计可能优于氨燃料设计。

第二步：实施船舶燃料策略的设计意义

《面向2050年的海事展望》将案例研究结论作为结构性设计审查的基础，也构成了碳风险管理框架的第二步，确保21万载重吨的新造Newcastlemax型散货船能应对未来可能出现的燃料转换。

研究考虑了两艘此类船舶：一艘是传统燃油船，另一艘是采用了双燃料LNG推进的新造船。DNV评估了两者将来转换为氨燃料所需的设计。

审查运用了系统工程方法，涵盖了燃料储存、轮机和燃料系统融入船舶设计的工程考量。工程审查的结果可用于新造船规格书中。这样可以消除导致中止的因素、优化未来改造，从而减少船厂改造的费用和时间。

例如，下表显示了Newcastlemax型散货船从单燃料（传统燃料）转为氨燃料的审查过程中，需要采用的行动要点。

表4：Fuel Ready——新造船阶段以及单一燃料（传统燃料）船舶改造阶段的准备工作

设计审查为新造船规范提供宝贵意见

琳达总结：“设计的结构性审查对于燃料灵活性策略下的新造船规格书具有重要意义。审查本身得益于技术经济性评估提供的指导。这些流程组成了我们管理碳风险的‘两步走’方法，为船东提供了切实可行的解决方案，以符合日益收紧的脱碳法规和激励措施。”