硫排放控制区内船舶减排措施及效益分析
时间：2020-12-15 08:00:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘要]針对日趋严格的排放控制区（ECA）船舶尾气排放法规，安装海水脱硫装置、使用轻油（MGO）、联合使用MGO和岸电为3种可选择的方案。分析了不同方案的成本及环境效益，并引用投资收益比指标进行评价，环境监管部门和船东可以根据结果科学制定船舶的减排措施。结果表明，投资收益比取决于ECA内航行距离、重油（HF0）和MGO的差价以及岸电成本等多种因素。
[关键词]海洋环境；硫排放控制区；减排措施；效益分析
[中图分类号]X736.3 [文献标识码]A [文章编号]1005—152X（2016）11—0121—06
1引言
航运在国际贸易和世界经济中的作用日益显著，但其给环境带来的负面影响亦引起了社会的广泛关注，众多国际组织纷纷出台公约以减少船舶大气污染物的排放。国际海事组织（IMO）MARPOL 73/78附则第Ⅳ条规定2015年1月后硫排放控制区（sECA）内船舶燃油的含硫量不能超过0.10%。我国交通运输部发布的《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》在中国沿海地区划定了3个ECA，规定2019年前进入ECA范围内的船舶在停泊期间使用的燃油含硫量不高于0.5%，2019年起船舶在ECA范围内使用的燃油含硫量不高于0.1%，或采用一些等效替代措施来减少排放，包括尾气处理装置、岸电、清洁能源等。
诸多学者对3种等效替代措施进行了研究。李文研究了镁法、氨法、海水法等船舶尾气脱硫工艺的机理和可行性；朱益民归纳了包括替代燃油、船舶废气脱硫技术等在内的船舶硫氧化物控制方法，并重点概述舶废气脱硫技术的研究进展；Seddiek、Tzannatos、Adamo等计算了船舶使用岸电的减排潜力；周松对船舶使用低硫燃油、废气洗涤技术等技术方案的成本、环境影响、技术可行性进行了研究；杨富龙翻分析了低硫燃油的特点，提出船舶进入SECA后换用低硫燃油的技术措施。
然而，极少有学者综合对比不同措施的有形成本以及定量分析不同措施由于减排带来的环境效益。对于一艘特定船舶，采取何种措施才能保证以较少的成本带来较大的社会环境效益还有待研究。因此，本文将分析不同措施的成本，并采用自下而上的动力法计算不同措施的大气污染物排放量，以量化不同措施带来的环境效益，最终采用投资收益比指标对不同减排方案进行评价，这将有助于环境监管部门或船东对船舶减排措施的采纳做出科学决策。
2船舶减排措施简介
2.1海水脱硫工艺
海水脱硫工艺的原理是利用天然海水中的可溶盐对烟气中的SO2的吸附作用来达到烟气的净化目的。海水脱硫工艺大约能减少98%的SO2排放和55%的PM排放，该工艺受到沿海国家的重视，目前已被广泛用于发电厂、炼油厂等工业锅炉。为了减少船舶尾气排放，海水脱硫工艺也被逐渐用于船舶上。
2.2使用轻油
另一种方案是用MGO（0.1%S）替代HFO（3.5%S）。由于MGO含硫量较少，燃用MGO能直接减少硫排放。MGO替代HFO不需要额外的技术投资，主要增加的是油耗成本。由于MGO价格较高，为了节约成本，船东可以在进入ECA和靠泊时燃用MGO，在其余航段燃用HFO。
2.3岸电技术
船舶岸电技术指船舶在靠泊期间，关闭船舶发动机，改用码头上的电源供电。船上的备用岸电箱通过连接电缆与码头上的岸电箱相连，实现对船舶的供电。在靠泊期间，相对于使用重油，船舶使用岸电能大幅减少大气污染物的排放。目前，国外一些先进港口已经采用了岸电技术，包括洛杉矶港、哥德堡港、鹿特丹港等，我国的上海港、蛇口港等也建成了岸电系统。
3不同措施的成本一效益分析
3.1成本分析
3.1.1海水脱硫工艺成本。船舶安装海水脱硫工艺后，即使燃用含硫量较高的HFO，SO2的排放量仍可减少98%。海水脱硫工艺的成本主要是安装设备时的初始投资以及年运营维护费用，见表1。
3.1.2使用轻油成本。船舶从HFO转换成MGO，不需要额外的初始投资。主要的成本变化是使用较贵的MGO后增加的油耗成本，即：
式中：AS—船舶实际航行速度，Knot；AS—船舶最大设计航速Knot。
副机负载系数与船舶的种类以及行驶状态相关。不同航行状态下的副机负载系数见表6。
4.4排放因子
本文参考Entec的研究，主、副机的排放因子见表7。船舶靠泊连接岸电后，虽然主、副机停止工作，但是发电站提供电能也会产生大气污染物排放，在考虑社会环境效益时，这部分排放也需考虑在内。火力发电排放因子见表7。
在主机负载低于20%时，部分大气污染物排放量会相应上升，此时需要引入低负载校正因子对主机排放因子进行校正。此外，表7中主、副机排放因子的确定均基于含硫量为3.5%的燃油。
5实例分析
5.1船舶及运营信息
船舶MSC Linzie从事港口A和港口B之间的集装箱班轮运输，船舶参数见表8，两港均位于硫排放控制区内，航线距离约为1000海里，船舶各航次载箱率为90%，载重量为额定载重量的80%，在日常运营中，船舶在硫排放控制区的行驶距离为整个航次的30%，海上航行航速为最大设计航速的94%，离岸12海里备车机动航行进/出港，平均航速为6节，在各港口均为24h作业，集装箱装，卸效率均为500TEU/h，货物卸完后立即装货，主副机之前均使用含硫量为3.5%的HFO。现有以下方案可使船舶尾气排放满足ECA的相关法规：（1）ECA区域内开启海水脱硫装置；（2）ECA区域内使用MGO（含硫量为0.1%）；（3）ECA区域内航行阶段使用MGO、靠泊阶段使用岸电。现通过计算不同方案的成本和环境效益，选出投资收益比最高的为候选方案。
