在一項(xiàng)聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目（JIP）中，TotalEnergies、現(xiàn)代重工，某航運(yùn)公司和DNV合作研發(fā)新建造的液化天然氣運(yùn)輸船項(xiàng)目，以確定滿足2050年國際海事組織脫碳軌跡的可行方法。

1、關(guān)于該聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目（JIP）

該JIP 評估了將在現(xiàn)代重工（HHI） 建造的 174, 000 立方米 LNG 運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)，以確定其如何滿足 IMO 到 2050 年的二氧化碳排放目標(biāo)。

目標(biāo)是繪制一條切實(shí)可行的路徑，使船舶能夠遵守碳減排軌跡。尤其，該項(xiàng)目旨在確定最具成本效益的實(shí)現(xiàn)合規(guī)的有效方法和實(shí)施改造的最佳時(shí)間，并了解不確定性。不同的脫碳選項(xiàng)，包括：

從船舶生命周期的角度研究了與能源效率、能量收集、船上碳捕捉和存

儲（CCS）和替代燃料相關(guān)的措施。成本影響和安全性也納入考量。

2、原型船的規(guī)格

該原型船是一艘 109, 000dwt的LNG運(yùn)輸船，能裝載174, 000立方米LNG，配備低壓（XDF）推進(jìn)系統(tǒng)和再液化裝置。

作為節(jié)能設(shè)備，該船將配備螺旋槳轂蓋鰭和舵球、空氣潤滑系統(tǒng)和軸發(fā)電機(jī)。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)兩個(gè)貿(mào)易航線：休斯頓-安特衛(wèi)普和休斯頓-日本，以及兩個(gè)運(yùn)營模式，一個(gè)正常的商運(yùn)速度和一個(gè)緩慢的航行速度。兩條路線的典型年度運(yùn)營數(shù)據(jù)，例如運(yùn)營碳強(qiáng)度和年度燃料消耗量，均被用作參考。

3、與脫碳軌跡的交叉點(diǎn)

圖表中船舶的碳強(qiáng)度（顯示為任一運(yùn)營模式的水平線）與2050 年和 2040 年的脫碳軌跡相交的點(diǎn)，顯示了改造節(jié)能措施和碳減排技術(shù)和/或開始使用碳中和燃料混合的最晚時(shí)間，使船舶能夠繼續(xù)遵守排放限制。

對于2050 年的軌跡，關(guān)鍵年份將是 2038 年的運(yùn)營模式 1，而對于更加雄心勃勃的 2040 年軌跡，船舶必須在 2031 年之前進(jìn)行改裝/融合。假設(shè)該船于2025 年投入使用，在第一種情況下，2035年第二次干塢將是最好的機(jī)會。對于慢速運(yùn)營模式 (OP2)，2040 年進(jìn)行第三次干塢即可。

4、降低碳強(qiáng)度的措施

原型船設(shè)計(jì)從一開始就包括了幾個(gè)提高效率的功能和節(jié)能設(shè)備。當(dāng)船舶達(dá)到需要升級和/或混合碳中和燃料以保持合規(guī)性時(shí)，JIP考慮采取五項(xiàng)額外措施：- 三個(gè)旋翼帆形式的風(fēng)力輔助推進(jìn)（ Flettner旋翼） - 使用岸電（“冷熨”） - 船上碳捕獲和儲存 (CCS) - 燃料電池- 廢熱回收 (WHR)

5、脫碳策略

JIP 評估了為實(shí)現(xiàn) IMO 脫碳目標(biāo)的四種策略的益處和經(jīng)濟(jì)可行性：

策略 A：LNG 船舶在其整個(gè)壽命周期內(nèi)按設(shè)計(jì)和建造的方式運(yùn)行，2037 年之后逐漸加入bio/e-LNG以保持合規(guī)。

策略B：該船從交付之日起額外配備三個(gè)旋翼帆（ Flettner旋翼）以及岸電設(shè)備，并于2038年開始加入bio/e-LNG和bio/e-MGO。

策略C：2035 年將碳捕獲和儲存 (CCS) 系統(tǒng)安裝在船上，以提取廢氣中的二氧化碳排放。假設(shè) 100% 的二氧化碳減排潛力（樂觀），因此無需混合bio/e-fuel。

策略 D：2035 年安裝模塊化燃料電池系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)。到 2037 年，bio/e-LNG 和 bio/e-MGO 逐步加入，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)碳強(qiáng)度。

6、不同改造措施的技術(shù)影響

旋翼帆是一種久經(jīng)考驗(yàn)的風(fēng)力輔助推進(jìn)技術(shù)。根據(jù)歷史交易模式和風(fēng)力條件，據(jù)估計(jì)三個(gè)旋翼帆每年可減少近 6% 的燃料消耗和二氧化碳排放。天氣定航將進(jìn)一步提高效益。此外，有必要對船員進(jìn)行培訓(xùn)。

船舶在港時(shí)使用岸電將進(jìn)一步減少燃料消耗，并將二氧化碳排放量減少約8-9%（相對于年總排放量），前提是停靠港口擁有所需的基礎(chǔ)設(shè)施。船上碳捕獲和儲存 (CCS) 需要對船上進(jìn)行重大改造，例如額外的甲板以容納系統(tǒng)和二氧化碳?xì)夤�。為系統(tǒng)供電所需的額外燃料（約 24%）不會影響船舶的碳足跡，改裝后碳足跡被認(rèn)為是零。

該戰(zhàn)略的可行性取決于岸上二氧化碳基礎(chǔ)設(shè)施和價(jià)值鏈（仍未到位）的存在。在 LNG 上運(yùn)行的模塊化固體氧化物燃料電池 (SOFC) 系統(tǒng)與廢熱回收系統(tǒng)相結(jié)合，可以提供輔助動力并提高效率。燃料電池和電池在 8 年后需要更換。燃料節(jié)省估計(jì)為 6-7%，二氧化碳減排潛力也在相同范圍內(nèi)。

7、使用FuelPath模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評估

JIP 應(yīng)用 DNV FuelPath模型來評估設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性能，即特定船舶可用的燃料和能源效率策略�；�于不同的假設(shè)和情景，該模型可幫助船東確定能夠適應(yīng)未來變化并在船舶生命周期內(nèi)各種情景下都能表現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)方案�？冃б钥倱碛谐杀竞推渌�經(jīng)濟(jì)參數(shù)來表示。由于未來的燃料價(jià)格難以預(yù)測，因此該研究考慮了三種不同的燃料價(jià)格情景（高、基線、低）。

8、不同措施對碳強(qiáng)度的影響

這四種策略在改造后的碳強(qiáng)度 (CII) 方面存在顯著差異。雖然該船舶將配備最先進(jìn)的效率增強(qiáng)功能，使其碳強(qiáng)度性能明顯優(yōu)于當(dāng)前船舶的平均水平，但其他三種策略中的任何一種都將進(jìn)一步提高其 CII 評級和降低燃料成本。策略 B（新造船階段的旋翼帆/岸電）和策略 D（燃料電池/余熱回收改造）在較小程度上都將推遲需要混合碳中和燃料的時(shí)間點(diǎn)。策略 C（碳捕獲）將 CII 降低到零，這抵消了它導(dǎo)致燃料消耗增加的事實(shí)。

9、基準(zhǔn)價(jià)格情景的年度和累計(jì)成本

年度成本的制訂——假設(shè)中間或“基準(zhǔn)”燃料價(jià)格情景——反映了對新建船和后續(xù)改造的投資以及由此產(chǎn)生的燃料成本。在策略 A 的情況下，當(dāng)從 2037 年開始逐步添加碳中和燃料時(shí)，燃料支出會急劇上升。旋翼帆和岸電減輕了策略 B 的這種影響。而策略 C 必須在 2035 年對 CCS 系統(tǒng)進(jìn)行大量投資，這項(xiàng)投資使燃料成本在剩余年份保持不變。由于對燃料電池的投資，策略 D 的總費(fèi)用最高；節(jié)省的燃料無法彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

10、總擁有成本 - 貼現(xiàn)成本

總體而言，策略 B 和 C 顯示在船舶整個(gè)壽命周期內(nèi)的總擁有成本最低。然而，如果引入二氧化碳稅，或應(yīng)用更雄心勃勃的目標(biāo)溫室氣體強(qiáng)度軌跡（例如 2040年實(shí)現(xiàn)脫碳），這一結(jié)論可能會改變。策略 C 對本研究中應(yīng)用的不同燃料價(jià)格假設(shè)最不敏感，因?yàn)樗�不使用碳中和燃料。例如，與策略 B 和 D（2035 年之后）相比，策略 A 的 TCO 對燃料價(jià)格的敏感性最高，因?yàn)樗�依賴于碳中和燃料并且能耗相對較高。就 TOC 而言，最佳選擇是風(fēng)力輔助推進(jìn)與岸電相結(jié)合，緊隨其后的是 CCS 方法（基線和低燃料價(jià)格情景）。在加速情景下（2040 年實(shí)現(xiàn)脫碳），必須盡早采取額外的碳減排措施。

11、碳稅假設(shè)

未來的二氧化碳價(jià)格將通過“懲罰”具有最高燃料消耗的解決方案，來對成本情景產(chǎn)生重大影響。在為新造船選擇碳減排策略時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。在行業(yè)利益相關(guān)者認(rèn)為碳稅情景是現(xiàn)實(shí)可行的假設(shè)條件下，JIP 考慮了這個(gè)參數(shù)。此處未顯示碳稅的影響，但例如，對于策略 A（基線），碳稅將使 TCO 增加約 20%。引入二氧化碳稅后，策略 C (CCS) 的表現(xiàn)相對較好。重要的是要記住影響研究的不確定性，特別是燃料價(jià)格變動、燃料稅、相關(guān)貿(mào)易區(qū)域的燃料供應(yīng)、將應(yīng)用的監(jiān)管脫碳軌跡以及船東自己的脫碳目標(biāo)。

12、設(shè)計(jì)和安全考慮

JIP 還對設(shè)計(jì)和安全考慮進(jìn)行了全面審查，其中值得一提的是：旋翼帆需要風(fēng)能夠自由流入，以最大限度地發(fā)揮馬格努斯效應(yīng)的向前推力。它們在甲板上的布置必須考慮諸如舵作用、船舶轉(zhuǎn)向能力、貨-甲板操作、駕駛臺視野和帆基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)加固等因素。需要對船員進(jìn)行培訓(xùn)，并且必須考慮相關(guān)的安全規(guī)則。旋翼帆技術(shù)成熟。為了使用岸電，船上需要適當(dāng)?shù)碾姎庋b置，并應(yīng)評估一系列考慮因素，例如設(shè)備相對于危險(xiǎn)區(qū)域的位置、緊急撤離、配電盤布置等。CCS 技術(shù)預(yù)計(jì)將在未來五年內(nèi)趨于成熟。船上必要的改造非常重要；可能需要靠近排氣煙囪的額外甲板。船上二氧化碳管理對安全和船員培訓(xùn)具有重要意義。CCS 系統(tǒng)需要額外的發(fā)電和港口基礎(chǔ)設(shè)施來收集捕獲的二氧化碳。燃料電池系統(tǒng)是模塊化和集裝箱化的，需要一個(gè)安全的空間、用于廢熱回收系統(tǒng)的排氣裝置以及新鮮空氣和燃料的獲取。如果選擇這種方法，則應(yīng)在設(shè)計(jì)機(jī)艙和煙囪以及一些甲板加強(qiáng)件時(shí)加以考慮。燃料和電力危險(xiǎn)以及船員培訓(xùn)是附加標(biāo)準(zhǔn)。有一條通往 2050 年的道路，但“正確”的方向是專門針對船舶和貿(mào)易的，此外還需要建立一系列的假設(shè)。

13、主要結(jié)論

在本 JIP 中研究的 LNG 船舶預(yù)計(jì)將與 IMO 到 2050 年實(shí)現(xiàn)航運(yùn)完全脫碳的雄心保持一致。更雄心勃勃的目標(biāo)可以通過盡早采取適當(dāng)措施來實(shí)現(xiàn)。該研究得出結(jié)論，對于燃料價(jià)格情景、二氧化碳定價(jià)和時(shí)間表情景，策略 B（旋翼帆、岸電）和 C（CCS）的擁有成本最低。令人驚訝的是，在這些假設(shè)下，策略 C 是最穩(wěn)健的，前提是該解決方案實(shí)現(xiàn) 100% 的碳減排率以及建造適當(dāng)?shù)陌渡隙�氧化碳基礎(chǔ)設(shè)施。策略 B 的能源和燃料需求最低，前提是所有停靠港都有岸電。策略 A、B 和 D 的計(jì)算取決于相關(guān)加油港口的碳中和 LNG 和 MGO 的可用性�？紤]到所涉及的不確定性，無法對任何特定的燃料或碳減排技術(shù)提出明確的建議。相反，JIP 展示了一個(gè)結(jié)構(gòu)化的過程，該過程將幫助船東在航運(yùn)界轉(zhuǎn)向脫碳時(shí)擁有更多的選擇。