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船舶制造业在“双碳”目标下的碳减排措施及策略

[《船舶物资与市场》2022年第2期], 国研网 发布于 2022/5/18


从国内船舶制造业的碳排放现状入手,分析现阶段船舶制造业碳减排面临的困难,列举国外船舶制造业的碳减排路径,提出了我国船舶制造业可行的碳减排措施,探讨了国内船舶制造业在“双碳”目标下未来可能的发展策略,并得出“双碳”目标对船舶制造业既是挑战也是机遇,船企应当顺势而为主动转型,寻找低碳经济下的增长点,对助力船舶制造业实现“双碳”目标有一定参考意义。

摘要:从国内船舶制造业的碳排放现状入手,分析现阶段船舶制造业碳减排面临的困难,列举国外船舶制造业的碳减排路径,提出了我国船舶制造业可行的碳减排措施,探讨了国内船舶制造业在双碳目标下未来可能的发展策略,并得出双碳目标对船舶制造业既是挑战也是机遇,船企应当顺势而为主动转型,寻找低碳经济下的增长点,对助力船舶制造业实现双碳目标有一定参考意义。

关键词:船舶制造业,碳达峰,碳中和,碳减排

0 引言

2020年在第七十五届联大会议上,中国向国际社会庄重承诺碳排放的双碳目标,即2030年前实现碳达峰,在2060年前实现碳中和。2021年,双碳目标作为国家战略首次被写入政府工作报告。无论是主动顺应国际低碳发展潮流还是借势推动国内经济社会绿色转型,未来一段时间内,双碳都将会在我国后工业化时代发展进程中写下浓墨重彩的一笔,交通运输领域也不例外。水运一直都是运输体系中重要和有效的运输方式,近年来,随着国家在公转水铁水联运上布局的逐渐深入,水路运输依靠船舶水路运输在我国货物周转总量中的占比有突破目前50%的趋势。与公路、铁路及航空运输相比,尽管水路运输产生的碳排放相对较低,但由于船舶对燃料动力特殊的依赖性以及船用低碳替代燃料的前景不明朗,实现双碳目标仍面临着不小的压力。作为水运行业碳减排的初始和关键环节之一,船舶制造业在双碳目标下的表现也势必会对国家双碳目标能否顺利实现产生影响。

1 国内船舶制造业的碳排放现状

据统计,截至2020年底,我国造船完工量3853万载重吨,全国新承接船舶订单量2893万载重吨。国内现有船舶数量多,基数大,河船占比近92%。船型复杂,船舶吨位和功率差异大,绿色能源船型应用比例低,对化石能源依赖程度高,以上这些都给国内船舶制造业实现双碳目标带来了严峻的挑战。

1.1 船舶建造过程中的主要碳排放

船舶工业有“综合工业之冠”的美誉,船舶建造是融合船体、轮机、电气3个领域的复杂系统工程。船舶建造过程涉及到的工序很多,从钢材的预处理,下料及成型加工,再到分段组装、船体合拢和码头舾装,整个过程会用到大量的焊接、切割、除锈、涂装等作业。作为推动经济发展的重要引擎之一,造船业在推动经济发展的同时也不可避免地产生了大量的碳排放。船舶建造生产过程使用的能源包括电、乙炔、水和煤等。其中直接涉及碳排放的是乙炔和煤,间接涉及碳排放的主要是电和水。从体量上看,船舶建造过程中的主要碳排放一般由生产消耗的电量、蒸汽量形成的碳排放以及钢材切割消耗乙炔而形成的碳排放3部分组成。

沪东船厂曾对一艘18万吨的散货船建造过程所消耗的能源做过统计,结果表明,所消耗的电量约为1.08×107kWh,涂装车间生产用汽和生活供暖所消耗的热水约4500t(产生这些蒸汽所消耗的实物量以煤来换算约675t),钢材切割所消耗的乙炔气体约为36万立方米,将以上能源实物量分别乘以对应的CO2排放因子,可以估算出仅在建造阶段该散货船碳排放约1.35万吨[1]。由此可以看出我国基数庞大的船舶建造量将会产生巨大的碳排放,并给后续的碳中和进程带来直接的压力。

1.2 国内船舶制造业碳减排面临的问题

船舶制造业缺少碳排放核算标准和碳强度衡量标准。我国于201712月开始正式启动了全国碳排放交易体系建设,先后对24个行业发布了行业碳排放核算报告指南,并提出了13项碳排放核算相关的国家标准[2]。总的来说,这些基本上都是工业企业的通用性标准,没有考虑到船舶制造业的特殊性,适用性不强,造船业的碳排放核算标准及碳强度衡量标准有待进一步制定和完善。

船舶工业在碳排放交易市场中的排放配额分配方案不明确。碳排放交易市场中的排放配额旨在确定企业能够拥有的排放配额的数量,利用其在碳排放交易市场中的价格信号作用来鼓励和引导企业采取节能减排的措施。不同于其他传统工业,船舶工业受国际形势、金融市场、原材料市场及疫情等影响较大,船舶市场需求往往随着航运需求呈现出极大的波动性,直接造成船厂接单的不稳定性,无法与排放配额等碳减排要求相协调。

现有碳减排相关装备技术不成熟。以挥发性有机物(VOCs)等污染物的处理为例,船舶造修企业在涂装工序中使用大量涂料,不可避免地会产生VOCs。目前船厂涂装室常用的VOCs去除方法是活性炭吸附氧化燃烧,但活性炭燃点低更换频繁,故VOCs通过燃烧或催化氧化方法处理的场景更多,这样产生的CO2排放到大气中,对于企业碳排放有重大影响,而目前新的VOCs处理技术成本高昂且无法完全适应船舶的生产特点,成为了目前船舶企业积极性不高的原因之一。

2 国外船舶制造业的碳减排路径

随着政府间在气候变化问题上逐渐达成共识,类似《巴黎协定》的国际环保公约未来只会越来越严格,国际海事组织温室气体减排的战略也只会从紧从快。在这种形势下,为了让本国船舶制造业尽早符合国际环保公约的新规,在新一轮船舶市场中占据主动性,各海洋强国如挪威、英国、日本等纷纷从顶层制度上设计船舶碳减排的发展规划,鼓励各船舶企业在船舶总体优化以及船舶替代动力能源2个方向上,加大新能源、新技术和新材料等碳减排相关创新应用的研发推广力度。

挪威政府鼓励与船舶制造业相关的企业通过捐款、资金支持等方式,为船舶新能源的研发与基础设施建设提供帮助。例如挪威国有独资公司Enova是挪威皇家石油能源部下属的公共事业单位,其宗旨是促进挪威以更环保的方式进行能源的生产和消费,推动能源、环境技术的发展。2015年开始,该公司就为各种绿色船舶的电池及充电设施安装提供15亿挪威克朗的资金支持。

日本作为全球造船业的佼佼者,一直以来在研发碳减排相关的新技术上不遗余力。近年来,日本造船业把双燃料内燃机、船载CO2捕集系统和电池推进效率提升等项目作为重点攻关技术,日本船级社也针对投入成本高、续航能力差、配套设施弱等不利于推广应用的问题开展了一系列改善和优化工作,并取得了一定的进展。

英国紧盯国际海事组织关于2050年实现零排放的初步战略,计划在2030年前就投入使用零排放船舶。为此,英国政府制定了船舶脱碳方案,并明确了脱碳的发展路径。英国劳氏船级社也以零碳燃料发展的影响因素和技术成熟度为出发点,构建了零排放船舶采用零排放技术后的收益能力和成本影响评估体系。

3 我国船舶制造业的碳减排措施

3.1 深化现代造船模式,提高造船效率

以先进制造技术理论、现代生产管理理论和系统统筹优化理论为基本工具的总装方式被称为现代造船模式,具体表现在船舶设计、船舶生产和船舶管理模式与传统造船模式截然不同。这种壳舾涂一体化的现代造船模式,从传统的以“工种”专业化为指导的大规模生产模式向现代的针对托盘管理生产作业进一步细化的精细化管理转变,对船舶设计、生产和管理流程实施精益优化,提高了船企的生产效率,加强了船舶建造的精度控制,减少零构件数量和焊接工程的总量,极大地避免了生产操作中的人为浪费,在节省成本的同时降低了焊接工时和物料总量,进而有力地减少了碳排放。

3.2 推广分布式光伏发电应用,加强余气余热回收

分布式光伏发电是一种绿色、可再生的新能源开发利用方式,近年来已经在许多钢铁企业得到了广泛的应用,积累了成熟的经验。船舶修造企业基础设施占地较大,坐拥天生的“地利”,利用厂房屋顶推行分布式光伏发电,在一定程度上可以减少船厂用能方面对火电和煤炭的依赖。同时,船舶建造生产过程中的余气余热并没有得到足够的重视,往往采用稍加处理的方式直接排放,既对环境造成了污染也浪费了能源。加强船企在船舶建造生产过程中的余气余热回收,并将它们循环利用到船厂日常用热供暖中,就地消纳使用这些绿色能源,可以直接有效地减少碳排放。

3.3 船舶科研开发向智能化和低碳化转型

船舶制造业长久以来一直推崇唯交船数量、建造吨位等指标论的考核指标,不断地在接单和交船之间进行大量的重复循环工作,这既不利于船舶行业质的发展,也在完成“双碳”目标的跑道上拖了后腿。船舶科研开发应打破固有思维,在初步实现大型化和标准化之后[3],加大对船舶设计、建造过程中的一些原理性、基础性的关键技术,例如型线优化、船机桨匹配、船舶轻量化、气膜减阻、涂层减阻、推进装置优化、设计工况优化等智能低碳技术的研发投入,提升每艘船的技术附加值和产品含金量,这是既能实现科技创新推动营收增长又能踩中低碳发展节奏的重要途径。

4 双碳目标下我国船舶制造业的发展策略

我国造船业应充分重视,积极采取措施,把完成“双碳”目标作为推动我国造船业高质量发展的契机,一方面主动拥抱“碳机遇”,主动谋划绿色船舶研发制造,抢占绿色船舶研发制造的制高点;另一方面积极适应“碳约束”,利用自身优势积极投入新能源建设,降低船舶建造领域碳排放强度。

4.1 加快布局绿色船舶研发制造,快速向替代能源动力方向转变

目前业界可为船舶动力提供的燃料,除了常见的燃油外,也包括LNG、甲醇、生物燃料、动力电池、氢等相对于燃油减碳效果明显的燃料。影响燃料的选择最主要的因素是技术成熟度和经济成本。在可供选择的低排燃料中,LNG与甲醇技术运用成熟、改造成本较低、能源供应有保障,且相对燃油而言理论上可以减少25%的碳排放,因而从2010年开始,我国部分传统柴油机的内河船舶逐步由LNG和柴油双燃料主机替代,据统计,截止到202012月,全国已建成了超过290艘的LNG动力船舶。甲醇的情形和LNG类似,但受制于岸基LNG加注站等基础设施的薄弱,加上2030年前,现役船舶的船龄相对较小,更换成本较高,船东的需求意愿并不强烈,因而常常以试点示范的形式出现。生物燃料是指以植物油、纤维素和动物脂肪等生物质组成或萃取为原料的动力燃料。虽然现阶段技术层面上可行,且在减碳效果上较传统燃油有40%的效果,但能源可供性差和经济性低的问题阻碍了其在短期内实现大规模商业化应用。动力电池和氢燃料是船舶实现低碳发展的重要方向之一,理论上,氢在燃料电池中反应后仅产生水,锂电池和氢燃料的减碳效果可以达到100%。但目前基于化石能源(煤、石油和天然气等)的制氢方式仍然会产生大量温室气体和空气污染物排放,且尚存在着能量密度低续航不足及成本过高的缺点。

尽管如此,2030年后现役船舶的船龄普遍达到15年以上,更换成本已显著降低,LNG、甲醇、生物燃料、动力电池及氢燃料的应用也更加成熟,生产成本与能源保障都趋于稳定,有望实现规模化商业化应用,造船业也应当提前布局,在设计阶段、建造过程对LNG、甲醇等替代能源积极研究并推进相关技术的应用,以满足不同船舶尺度、bet356亚洲版在线体育投注航线、不同类型船舶的排放要求[4]

4.2 利用自身优势积极投入新能源建设,寻找碳交易的经济增长点

“双碳”目标下我国从源头减碳,首批被纳入碳排放体系的是2000多家电力企业。船舶企业作为用电大户,电力行业巨大的碳减排压力将间接导致船厂用能成本的显著增加,将来船舶行业被纳入碳排放交易体系后也很可能为此支付一定费用,但这并非意味着船舶行业就只能出钱买碳

按照碳交易规定,新能源、环保等在节能减排中超出规定指标的相关企业是碳交易中的主要卖方。一方面,如果我国造船企业能利用自身优势在风能、海洋能、潮汐能、波浪能、海上风电制氢、深远海绿色养殖等领域持续经营并占据先机,就能成为市场绿色能源的提供主体,从而变身手握碳交易资源的“卖碳翁”。目前,已有船企布局或建设集风、光、氢能于一体的综合浮式海上风电场,或积极研究海上可再生能源为海洋油气平台供电,或紧锣密鼓地打造海上风电生产、运输、储存、利用系统等。虽然相关技术有待成熟,但值得船企长期投入和攻关。另一方面,对标2020年美国电动车企业特斯拉靠卖炭积分而非销售电动车首次实现年度盈利的实例,建造低碳绿色船舶的造船企业也将拥有更多的碳交易资源,并可以通过销售碳排放额度来实现经济的增长。

5 结语

随着越来越严密的碳排放管理体系以及碳减排措施的陆续出台,我国船舶行业将面临着严峻的挑战,但同时也面临着前所未有的机遇。只要我国船舶制造业提前谋划主动作为,就能将减碳转为企业的新型竞争力,从而在低碳发展的这一新赛道上成为领跑者。

参考文献:

[1]李碧英,陈实.船舶碳足迹计算[J].中国船检期刊.2010,(10):48-51.

[2]钱立华,方琦,鲁政委.2019年中国绿色金融发展趋势展望[J].金融发展,2019,(11):35-51.

[3]王清燕.浅析内河水运在发展低碳经济中的作用[J].中国水运.2015,(10):42-43.

[4]中国船级社.绿色船舶规范(2015[S].北京:中国船级社,2015.

作者简介:娄联栋(1972-),男,学士,工程师,研究方向为船舶检验与管理。

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