在一个联合工业项目中,韩国现代尾浦造船 (HMD)、现代全球服务 (HGS) 和DNV研究了HMD的第七代50000 载重吨“绿色”MR型成品油船设计,研发制订满足IMO 2050年脱碳目标的可行性设计方案。

为了2050年能实现净零碳排放的目标,项目合作伙伴研究了欧盟排放交易系统 (ETS) 和FuelEU Maritime 倡议的影响。随后对各种燃料价格和监管场景进行建模分析,来制订运营船舶全生命周期内,不同时间节点下满足碳排放要求的最具成本效益的方案,并确定了不同设计方案在何时必须引入混合绿色燃料。概念设计中涵盖了碳排放对各项主要设计指标以及建造运营总成本的影响。

现代尾浦造船的高效第七代50000载重吨MR型油船设计在未来几年会有广泛的市场需求,联合研究项目以该设计为蓝本,考虑了两种燃料替代方案:甲醇和LNG。

两种不同燃料选择方案的船舶设计航速均为14.5节,可通过配备各种节能装置,将性能提高约 2%。联合研究项目同时采用了Smartship 解决方案以优化运营,其中包括:通过船队监控、分析和诊断报告进行 CII 管理;提供航程规划指导;优化船体和螺旋桨维护等。

在甲醇燃料的方案中,燃料舱布置在甲板室前面的甲板下,氮气发生器放置在船尾的上层甲板上。而在LNG燃料方案中,由于C型罐安装在甲板上,使得该方案占用的甲板下方空间略小从而保证了货舱舱容。

两种燃料方案都需要布置传统燃油舱以提供足够的点火油。由于存在火灾隐患,岸电连接会妨碍装卸作业,以及目前法规尚不全面等原因,岸电的应用都具有很高的挑战性。相反,使用旋翼帆等技术的风力推进系统,可以进一步改善油耗。因此,船舶可以在新造阶段为以后安装旋翼帆做好必要准备。

2022年12月,欧洲议会、欧盟理事会和委员会就修订欧盟排放交易体系 (ETS) 达成了跨机构协议,这是欧盟Fit For 55一揽子计划的核心要素。ETS计划将于2024年生效,过渡期到2026年。由于ETS将逐步提高船舶二氧化碳排放的价格,这将导致航运成本显著提高。因此,最大限度地降低碳排放预期成本对优化船舶设计至关重要。此外,LNG和甲醇最终可能会与绿色替代燃料混合,或用化工制备的绿色燃料取代,前提是能够以合理的成本提高产能。

在所有展示的情景中,生物燃料或绿色燃料必须逐步添加到化石燃料中,并通过提高占用比例以能达到满足排放控制目标。

该项目研究了各种燃料价格以及典型运营情况的模拟情景。值得一提的是该研究同时研究了两种不同的法规发展场景:一是船舶满足当前 IMO 碳排放控制目标的“最低合规性要求”,从C级过渡到D级的保守方案;二是加速碳减排从而在2050年实现完全脱碳的目标激进方案。

联合研究项目使用DNV FuelPath模型,对这些情景对与船舶生命周期的燃料消耗相关的设计方案进行了经济性能评估。研究表明,最终实施法规的严苛性,将决定必须采取哪些措施来确保合规。

该联合研究项目考虑了多种可应用于船舶的燃料方案,并对此进行了研究。研究成果表明,基于不同的选定方案,船舶将不可避免地需要从传统燃料转向替代燃料,以满足排放控制的“最低合规”要求。值得一提的是,在整个生命周期内,船舶将并不需要完全转换为绿色燃料。

如果目前的IMO脱碳目标保持不变,本联合研究项目所选船舶设计在2045年之前,均可通过使用传统化石燃料满足最低排放要求。但如果IMO决定到2050年实现完全脱碳目标,则必须在2030年代后期引入绿色燃料。

选择传统低硫油燃料的船舶将在2037年率先开始使用绿色燃料;以甲醇(化石燃料)为燃料的船舶仅具有一年的微弱优势,而以LNG为燃料的船舶可以运行到2040年才添加绿色燃料。由于绿色燃料的高昂价格,何时必须添加绿色燃料将成为一个主要的成本因素。

根据当前的IMO碳减排要求,本研究对象MR型成品油船(其他船舶不一定适用)如果使用VLSFO可以运行到 2045年,如果使用液化天然气则可以运行到2050年,而化石甲醇燃料船则可以在没有替代燃料的情况下运营到 2047年。

如果国际海事组织决定支持更严格的脱碳时间表,即到2050年完全脱碳,那么该船舶将在2037年之前使用VLSFO,在2040年之前使用液化天然气,在2038年之前使用化石甲醇。

该图显示了化石燃料与绿色燃料成本的大致发展情况。据联合项目分析,如果实施欧盟排放交易计划,到2025 年,碳减排的要求将使燃料成本增加30%。到2050年,该百分比会增加到50%。绿色燃料价格预计会随着基础设施和可用性的改善而下降。考虑到碳排放成本,预计到2040年代初,绿色燃料的价格可能会降到与化石燃料有可竞争力的水平。

模拟分析的结果显示,在建造成本方面,由于更简单的燃料储存舱技术,甲醇燃料船的建造成本比LNG低;而在燃料成本方面,LNG预计将在2025年之后再次具有竞争力。

在所有假设环境下,EU ETS和可能的未来IMO法规都会对营运船舶产生额外的碳排放成本;甲醇对化学品/甲醇运输船具有特殊的吸引力。

项目合作伙伴得出结论,根据当前的IMO目标,HMD第七代MR型成品油船可以使用VLSFO运行到2040年代初。LNG和甲醇两种燃料选择方案都可以在未来灵活地选择成本较低的替代燃料。碳价格将对燃料支出产生重大影响。但是,如果IMO要求变得更加严格,LNG和甲醇燃料将在未来提供更多符合法规要求的选择。最佳解决方案将在很大程度上取决于营运区域、燃料可用性和预期成本。