張文芬 嚴新平

（1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心，湖北 武漢430070；2.國家水運安全技術(shù)研究中心，湖北 武漢430070）

1 長江航運的作用與地位

長江是貨運量位居全球內(nèi)河第一的黃金水道，全長6300余km，橫貫我國東部、中部和西部三大經(jīng)濟區(qū)，也是連接絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路的重要紐帶。長江經(jīng)濟帶覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11省市，面積約205萬km2，人口和生產(chǎn)總值均超過全國的40%。長江航運是流域經(jīng)濟社會發(fā)展的“主動脈”和綜合運輸體系的“主架骨”，為長江經(jīng)濟帶建設(shè)提供強勁的支撐。

長江航運在“一帶一路”“長江經(jīng)濟帶”國家發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要地位，對帶動沿江經(jīng)濟發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局具有十分重要的作用。近年來，長江航運蓬勃發(fā)展，長江航道尺度大幅提升，運力結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，長江航運已成為沿江綜合運輸體系的核心組成。2016年長江干線貨物吞吐量達到23.1億t，規(guī)模以上港口完成貨物吞吐量22.7億t，集裝箱吞吐量1520萬TEU，億噸大港總數(shù)達14個，長江干線貨船平均噸位1490t。目前，長江航運承擔了沿江鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)所需85%的鐵礦石、沿江電廠所需85%的電煤和上游地區(qū)90%的外貿(mào)集裝箱運輸，在煤炭、金屬礦石、水泥、礦建材料等大宗散貨運輸和集裝箱運輸中發(fā)揮了重要作用，是冶金、石化、汽車、電力等產(chǎn)業(yè)要素橫向運動和資源配置的重要通道。

長江流域提供了中國36.5%的水資源，48%的可開發(fā)水電資源，52.5%的內(nèi)河通航里程。長江航運對經(jīng)濟的拉動作用達1∶38，長江航運每年對GDP的直接貢獻超過700億元，間接貢獻達1萬億元，拉動沿江省市GDP保持年均兩位數(shù)增長，帶動間接就業(yè)逾千萬人，是長江流域經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐。

綠色是航運的內(nèi)在屬性，長江航運運量大、距離長，具有占地少、能耗低、污染小的優(yōu)勢，創(chuàng)造了極大的“生態(tài)紅利”。長江航運多利用天然河道，航道整治與堤防建設(shè)、灘涂圍墾相結(jié)合。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，公路、鐵路、長江航運產(chǎn)生單位運輸周轉(zhuǎn)量所需占地比是167∶13∶1，公路、鐵路、長江航運每千噸公里運輸周轉(zhuǎn)量能耗比是14∶2∶1，長江航運污染物單位排放量是公路的1/15、鐵路的1/1.2，長江航運能有效緩解土地、能源和環(huán)境壓力，發(fā)揮水資源的綜合效益。

2 長江綠色航運發(fā)展面臨的問題與挑戰(zhàn)

近年來，長江航運的蓬勃發(fā)展導(dǎo)致的大氣污染、水污染、噪聲污染、生態(tài)污染等問題日益凸顯[1]，因此，如何兼顧長江航運的生態(tài)效益與社會效益，實現(xiàn)“綠色航運”對發(fā)揮黃金水道功能、服務(wù)長江經(jīng)濟帶具有重要意義。當前，長江綠色航運發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2.1 船舶柴油機污染嚴重

長江沿岸共計有319個集中式飲用水水源地，長江水質(zhì)狀況直接影響著流域5億萬群眾飲水安全。長江航運船舶90%以上采用柴油機作為動力，船舶柴油機動力系統(tǒng)在船舶營運過程中，不可避免產(chǎn)生油污水，如果不經(jīng)過任何處理，一艘船舶每年排放的機艙油污水約為其總噸的10%，含油率一般為2%～5%。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，長江上有約20萬條船舶常年運營，每年產(chǎn)生的含油廢水、生活污水達3.6億t，若直接排入水中，對流域水環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅[2]，影響飲用水質(zhì)安全，危及水下生物的生存繁衍。

近年來，霧霾在全國肆虐，航運污染成為繼機動車尾氣、工業(yè)企業(yè)排放之后的第三大大氣污染來源。中國船舶燃油平均含硫率高達2.8%～3.5%，且多未進行有效的尾氣處理，煙塵廢氣排放嚴重[3][4]。船舶噪聲主要來源于船舶動力裝置及其他輔助裝置自身振動及吸排氣，柴油機作為柴油機船舶的心臟，也是船上最強的噪聲源[5]。強噪聲環(huán)境容易掩蓋危險信號，阻礙船員間信息交流。

2.2 船舶防污清污設(shè)施缺乏

油污水接收設(shè)施是“水上清道夫”，長江沿線港口船舶油污水接收設(shè)施存在配置不足、不合理、油污水接收作業(yè)不規(guī)范等問題。大型港口和油碼頭到港船舶數(shù)量多，船舶油污水接收需求量大，能滿足油污水接收公司的運營需求。但部分小港，船舶油污水較少，船舶油污水接收設(shè)施作業(yè)量低，油污水接收公司難以生存。此外，盡管油污水接收設(shè)施以油污水接收船舶為主，但需要建設(shè)大的油污水處理池，占地面積大，接收管路和接收船只及處理設(shè)備需要維護與保養(yǎng)，使得油污水接收公司投資大，建設(shè)資金的“短板”使得港口船舶油污水接收設(shè)施不足。依據(jù)長江海事局2015年防治船舶污染基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，長江內(nèi)河船舶污染物接收設(shè)施以污染物接收船舶為主，僅122艘，且多針對本企業(yè)所屬船舶提供油污水接收服務(wù)。

2.3 綠色環(huán)保船有效供給不足

我國是世界第一造船大國，但綠色船舶設(shè)計和建造在長江航運市場中推廣應(yīng)用不普遍。長江航運船舶還存在大量船況差、設(shè)備陳舊、技術(shù)落后的非標準船舶，目前還處在優(yōu)化船舶技術(shù)裝備、淘汰高能耗船舶的階段，正式投入生產(chǎn)運營的新能源船舶、混合動力船舶等綠色船舶數(shù)量非常少，且集中在旅游客運船，新能源貨船仍處在研發(fā)階段。綠色船舶的原材料、加工工藝、制造要求相對傳統(tǒng)船舶要高，生產(chǎn)成本價格昂貴，劣幣驅(qū)逐良幣問題比較普遍，且岸電、低硫油及環(huán)保船舶船只的供給，涉及經(jīng)信、環(huán)保、交通、海事、船級社等諸多部門，部門之間協(xié)同不力，難以為綠色能源及環(huán)保產(chǎn)品打開應(yīng)用市場。

2.4 航運污染監(jiān)管治理水平低

受河流水體和船舶流動性影響，船舶污染監(jiān)管和治理困難。據(jù)統(tǒng)計，長江航運污染事件中，操作性事故和人為故意排放占據(jù)四分之三以上。長江船員整體素質(zhì)較低，環(huán)保意識不強，為逃避海事檢查和節(jié)約運營成本，船舶非法排污的現(xiàn)象十分普遍。長江航運污染監(jiān)管覆蓋面和精細度有限，船舶排污監(jiān)測中心和監(jiān)管設(shè)備配置不足，相關(guān)職能部門多采取普通船舶隨機抽查、重點船舶全面排查的形式。且船舶非法排污具有隱蔽性和復(fù)雜性，船舶防污監(jiān)管人員專業(yè)技能水平有限，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和查處船舶非法排污概率低，加之船舶污染懲罰力度小，給航運污染提供了存在的環(huán)境和土壤。

長江航運船舶自愿性減排約束力缺乏，船舶油污水處理裝置和尾氣處理裝置使用頻率低，成為應(yīng)付海事部門、船舶檢驗部門檢查的擺設(shè)，且部分老舊船舶沒有安裝環(huán)保設(shè)備，成為長江航運污染隱患。此外，船舶配備的清污工具和設(shè)備有限，編制的船舶污染應(yīng)急處置預(yù)案針對性、有效性不夠，船員操作技能不強，一旦發(fā)生船舶污染事故，自身污染應(yīng)急能力普遍較差，污染事故處置和環(huán)境修復(fù)嚴重依賴地方海事和政府部門，航運污染防治效果不理想。

3 發(fā)展長江綠色航運的技術(shù)途徑

2017年8月4日交通運輸部印發(fā)的《推進長江經(jīng)濟帶綠色航運發(fā)展的指導(dǎo)意見》強調(diào)，推廣清潔低碳的綠色航運技術(shù)裝備，持續(xù)提升船舶節(jié)能環(huán)保水平。因此，攻克綠色船舶設(shè)計與制造關(guān)鍵技術(shù)，包括新能源船舶技術(shù)、岸基能源船舶技術(shù)、艉軸承水潤滑技術(shù)、無軸輪緣推進器技術(shù)等，培育壯大綠色水運裝備，已成為長江綠色航運的主要發(fā)展方向。

3.1 新能源船舶技術(shù)

面對全球范圍的能源沖擊，新能源正席卷能源消費的各個領(lǐng)域，新能源的開發(fā)和利用是我國經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略的重要選擇，以太陽能、風能、波浪能、核能等為典型代表的新能源在船舶中應(yīng)用越來越廣泛，節(jié)能環(huán)保效益日益凸顯[6]。

太陽能具有取之不盡、用之不竭特點，且分布遍及世界各地，不產(chǎn)生污染物或廢棄物。光伏技術(shù)是對太陽光中的短波輻射能照射于硅質(zhì)半導(dǎo)體上鎖產(chǎn)生的電能進行調(diào)制后加以利用，太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于船舶是目前綠色船舶發(fā)展的一個重要方向[7]。

液化天然氣（簡稱LNG）儲量豐富，市場價格遠低于燃油價格，在相同熱值輸出下LNG發(fā)動機使用壽命較長，已在交通、物流、工業(yè)、化工等多個領(lǐng)域被廣泛采用，很多國家將其列為首選燃料，大規(guī)模建設(shè)LNG接收站。LNG已經(jīng)成為繼石油之后全球爭奪的熱門能源，LNG動力船正受到越來越多的關(guān)注。與石油相比，LNG是更清潔、高效、安全的能源，無硫氧化物排放，微小顆粒、氮氧化物排均能較少70%以上，可大幅提高船舶的環(huán)保性，LNG船舶的推廣和應(yīng)用將促進國家清潔能源政策的落實和大氣水環(huán)境優(yōu)化治理。

燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，常見的燃料為氫和一些碳氫化合物（如天然氣）、醇（如甲烷）等，分為質(zhì)子交換膜、堿性、磷酸、熔融碳酸、固體氧化物等多種類型，工作溫度從20～1000℃不等，具有清潔環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將氫能及燃料電池技術(shù)等先進能源技術(shù)作為重點發(fā)展領(lǐng)域。燃料電池目前在電廠、航天、軍事、汽車、船舶領(lǐng)域均有應(yīng)用。燃料電池船是以氫、天然氣、丙烷和甲醇等為燃料，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能進行推進的船舶，燃料電池船的能效比柴油機推進船舶高出50%左右。世界第一艘經(jīng)公證的燃料電池船為HYDRA，在德國萊比錫市，使用了堿性燃料電池系統(tǒng)，輸出功率可達6.5kW。2015年日本研發(fā)了首艘燃料電池船一艘漁船，全長12.5m，可乘坐12人。船上搭載450L的氫燃料，通過燃料電池發(fā)電并轉(zhuǎn)動馬達，速度可達20節(jié)[8]。

3.2 岸基能源船舶驅(qū)動技術(shù)

船舶岸基能源驅(qū)動技術(shù)是將船舶傳統(tǒng)推進形式改為電力推進，由岸基統(tǒng)一為船舶提供電力，并對船舶航行進行智能化管理控制，形成由專用港口碼頭、航道、船隊以及岸基供電系統(tǒng)構(gòu)成的新型船舶運輸系統(tǒng)。岸基能源船舶驅(qū)動技術(shù)有接觸網(wǎng)、動力電池、無線輸電三種形式，由岸基（接觸網(wǎng)、充電樁、無線電力輸送站）為船舶提供電力，船舶無需配備柴油機和相關(guān)輔助機械，取消了復(fù)雜的船舶柴油機動力系統(tǒng)，節(jié)約了艙容，增加了載貨量，并能實現(xiàn)船舶的“零排放”目標，該技術(shù)具有創(chuàng)新船舶設(shè)計、減少大氣污染、減少水域污染、減少震動和噪聲、經(jīng)濟效益佳的優(yōu)勢。

隨著我國清潔能源發(fā)電比重不斷增加，且發(fā)電廠集中控污能力較強，岸基能源船舶運行中無煙塵廢氣排放，能大大降低大氣污染。岸基能源船舶航行時無需使用燃油，無油污水污染，可保護水質(zhì)安全?；茉创安捎秒娏ν七M的形式，震動和噪聲相對較小，船舶舒適性較好。在當前電價、油價水平市場下，相同主機功率的柴油機船舶與岸基能源船舶相比，岸基能源船舶能耗費用約為柴油機船舶的2/3，且岸基能源船舶的運輸效率一般能提高15%[9]。采用船舶岸基能源驅(qū)動技術(shù)是一種實現(xiàn)船舶綠色航運的創(chuàng)新技術(shù)，開展這項技術(shù)的基礎(chǔ)研究和推廣應(yīng)用，有利于實現(xiàn)船舶節(jié)能減排，培育和發(fā)展綠色船舶，促進長江航運綠色發(fā)展。

3.3 艉軸承水潤滑技術(shù)

船舶艉軸承是船舶推進軸系的關(guān)鍵部件，長江航運船舶油潤滑艉軸漏油現(xiàn)象普遍存在。船舶艉軸承水潤滑技術(shù)是用水替代油，實現(xiàn)船舶艉軸承潤滑與冷卻的目的。與油潤滑艉軸承相比，水潤滑艉軸承具有資源節(jié)約、環(huán)境友好和減少噪音等特點，符合節(jié)能、環(huán)保和綠色航運的發(fā)展需求。

目前，由于人們對水潤滑技術(shù)的理解和認識不足，普遍認為“長江流域泥沙含量較重，泥沙會加速船舶艉軸承磨損、降低壽命”。實則不然，目前隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，水潤滑材料具有較好的抗泥沙能力，比如進口的飛龍、賽龍材料，國產(chǎn)的安高材料也有專門針對重泥沙的應(yīng)用場合。另外，研究表明，適度的細沙可以強化摩擦副，起到減少磨損的作用。此外，如果采用開式水潤滑系統(tǒng)，可以降低艉軸承系統(tǒng)的成本。因此，在長江航運中水潤滑技術(shù)推行從技術(shù)上是可行的，利用水潤滑技術(shù)改造長江航運船舶艉軸承系統(tǒng)是長江綠色船舶的必然趨勢。

3.4 無軸輪緣推進器技術(shù)

無軸輪緣推進器是一種新型推進裝置，將高效永磁直流電動機、軸系、舵及尾推進器高度集成為一體。除控制器之外的推進裝置安裝在船體外部，不占用艙內(nèi)空間，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、振動噪聲小、推進效率高和操控性能好等顯著優(yōu)點。最初主要為小型水下機器人、魚雷和游艇而研發(fā)，2005年美國海軍在發(fā)布的Tango Bravo計劃中將無軸輪緣推進器作為新一代潛艇發(fā)展的首要關(guān)鍵技術(shù)，進而開始獲得廣泛關(guān)注。

無軸輪緣推進器技術(shù)正在受到軍用和民用領(lǐng)域的重點關(guān)注，在各型船舶上的應(yīng)用案例越來越多，對舒適性要求高的游輪和巡航船等船舶非常具有吸引力。由于采用水潤滑軸承，避免了潤滑油泄漏污染的風險，是當前較熱門的綠色船舶技術(shù)。

4 結(jié)論

長江航運綠色可持續(xù)發(fā)展是長江經(jīng)濟帶建設(shè)的重要基礎(chǔ)。長江綠色航運的發(fā)展需要通過頂層設(shè)計，統(tǒng)籌全局，從理念、技術(shù)、投入、政策、法規(guī)五方面助推長江綠色航運技術(shù)，從而減少長江航運污染，保護長江生態(tài)環(huán)境，促進長江經(jīng)濟帶建設(shè)。

長江是我們的母親河，通過宣傳引導(dǎo)和培訓(xùn)教育，強化長江綠色航運理念，尤其注重培養(yǎng)航運企業(yè)和運管人員綠色環(huán)保意識。堅持科技創(chuàng)新，建設(shè)綠色船舶科技人才隊伍，攻克綠色船舶基礎(chǔ)研究到推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，將綠色船舶技術(shù)作為國家及省部級項目重點支持領(lǐng)域，開展綠色船舶改造等示范應(yīng)用工程。鼓勵新建船舶采用綠色船舶技術(shù)，給予稅收優(yōu)惠和減免政策，對實施綠色改造的舊船，實施貨幣化補貼，對航行于“特殊保護水體”的綠色船舶，給予一定的政策扶持，提高長江航運防污染基礎(chǔ)設(shè)施和裝備水平。相關(guān)部門應(yīng)制定嚴格的航運污染監(jiān)管治理規(guī)定，明確相關(guān)規(guī)范和標準、要求、實施細則等，做到源頭嚴防、過程嚴管、違法嚴懲，不給彈性執(zhí)法留余地，倒逼航運綠色轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻：

［1］袁群.長江船舶污染調(diào)控機制研究[C].全國博士生學(xué)術(shù)論壇，2005.

［2］黃昕，郭少華，王榮祥.長江船舶油污染風險分析與管理對策[J].中國海事，2013（4）：45-47.

［3］姜濤.天津港環(huán)境污染防治分析與治理研究[J].交通信息與安全，2014，32（4）：102-107.

［4］Zhang Y，Yang X，Brown R，et al.Shipping emissions and their impacts on air quality in China.[J].Science of the Total Environment，2017，581-582：186.

［5］楊順益，羅宏偉，劉燕婕，等.航運對長江生態(tài)環(huán)境的影響和綠色航運體系研究[J].水運工程，2017（2）：33-38.

［6］孫義存.船舶新能源動力系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國水運月刊，2012，12（7）：87-88.

［7］嚴新平.新能源在船舶上的應(yīng)用進展及展望[J].船海工程，2010，39（6）：111-115.

［8］劉繼海，肖金超，魏三喜，等.綠色船舶的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J].船舶工程，2016，38（s2）：33-37.

［9］嚴新平，萬江龍，袁裕鵬，等.運河船舶岸基能源推進技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)建[J].船海工程，2015，44（3）：159-163