在一項聯合工業項目（JIP）中，TotalEnergies、現代重工，某航運公司和DNV合作研發新建造的液化天然氣運輸船項目，以確定滿足2050年國際海事組織脫碳軌跡的可行方法。

1、關于該聯合工業項目（JIP）

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

目標是繪制一條切實可行的路徑，使船舶能夠遵守碳減排軌跡。尤其，該項目旨在確定最具成本效益的實現合規的有效方法和實施改造的最佳時間，并了解不確定性。不同的脫碳選項，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）和替代燃料相關的措施。成本影響和安全性也納入考量。

2、原型船的規格

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

作為節能設備，該船將配備螺旋槳轂蓋鰭和舵球、空氣潤滑系統和軸發電機。該項目負責兩個貿易航線：休斯頓-安特衛普和休斯頓-日本，以及兩個運營模式，一個正常的商運速度和一個緩慢的航行速度。兩條路線的典型年度運營數據，例如運營碳強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

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

對于2050 年的軌跡，關鍵年份將是 2038 年的運營模式 1，而對于更加雄心勃勃的 2040 年軌跡，船舶必須在 2031 年之前進行改裝/融合。假設該船于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會。對于慢速運營模式 (OP2)，2040 年進行第三次干塢即可。

4、降低碳強度的措施

原型船設計從一開始就包括了幾個提高效率的功能和節能設備。當船舶達到需要升級和/或混合碳中和燃料以保持合規性時，JIP考慮采取五項額外措施：- 三個旋翼帆形式的風力輔助推進（ 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 評估了為實現 IMO 脫碳目標的四種策略的益處和經濟可行性：

策略 A：LNG 船舶在其整個壽命周期內按設計和建造的方式運行，2037 年之后逐漸加入bio/e-LNG以保持合規。

策略B：該船從交付之日起額外配備三個旋翼帆（ Flettner旋翼）以及岸電設備，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) 系統安裝在船上，以提取廢氣中的二氧化碳排放。假設 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和余熱回收系統。到 2037 年，bio/e-LNG 和 bio/e-MGO 逐步加入，以實現目標碳強度。

6、不同改造措施的技術影響

旋翼帆是一種久經考驗的風力輔助推進技術。根據歷史交易模式和風力條件，據估計三個旋翼帆每年可減少近 6% 的燃料消耗和二氧化碳排放。天氣定航將進一步提高效益。此外，有必要對船員進行培訓。

船舶在港時使用岸電將進一步減少燃料消耗，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設施。船上碳捕獲和儲存 (CCS) 需要對船上進行重大改造，例如額外的甲板以容納系統和二氧化碳氣罐。為系統供電所需的額外燃料（約 24%）不會影響船舶的碳足跡，改裝后碳足跡被認為是零。

該戰略的可行性取決于岸上二氧化碳基礎設施和價值鏈（仍未到位）的存在。在 LNG 上運行的模塊化固體氧化物燃料電池 (SOFC) 系統與廢熱回收系統相結合，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。燃料節省估計為 6-7%，二氧化碳減排潛力也在相同范圍內。

7、使用FuelPath模型進行經濟評估

JIP 應用 DNV FuelPath模型來評估設計方案的經濟性能，即特定船舶可用的燃料和能源效率策略。基于不同的假設和情景，該模型可幫助船東確定能夠適應未來變化并在船舶生命周期內各種情景下都能表現良好的設計方案。績效以總擁有成本和其他經濟參數來表示。由于未來的燃料價格難以預測，因此該研究考慮了三種不同的燃料價格情景（高、基線、低）。

8、不同措施對碳強度的影響

這四種策略在改造后的碳強度 (CII) 方面存在顯著差異。雖然該船舶將配備最先進的效率增強功能，使其碳強度性能明顯優于當前船舶的平均水平，但其他三種策略中的任何一種都將進一步提高其 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間點。策略 C（碳捕獲）將 CII 降低到零，這抵消了它導致燃料消耗增加的事實。

9、基準價格情景的年度和累計成本

年度成本的制訂——假設中間或“基準”燃料價格情景——反映了對新建船和后續改造的投資以及由此產生的燃料成本。在策略 A 的情況下，當從 2037 年開始逐步添加碳中和燃料時，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 系統進行大量投資，這項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 的總費用最高；節省的燃料無法彌補這一點。

10、總擁有成本 - 貼現成本

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

11、碳稅假設

未來的二氧化碳價格將通過“懲罰”具有最高燃料消耗的解決方案，來對成本情景產生重大影響。在為新造船選擇碳減排策略時應考慮到這一點。在行業利益相關者認為碳稅情景是現實可行的假設條件下，JIP 考慮了這個參數。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，特別是燃料價格變動、燃料稅、相關貿易區域的燃料供應、將應用的監管脫碳軌跡以及船東自己的脫碳目標。

12、設計和安全考慮

JIP 還對設計和安全考慮進行了全面審查，其中值得一提的是：旋翼帆需要風能夠自由流入，以最大限度地發揮馬格努斯效應的向前推力。它們在甲板上的布置必須考慮諸如舵作用、船舶轉向能力、貨-甲板操作、駕駛臺視野和帆基礎結構加固等因素。需要對船員進行培訓，并且必須考慮相關的安全規則。旋翼帆技術成熟。為了使用岸電，船上需要適當的電氣裝置，并應評估一系列考慮因素，例如設備相對于危險區域的位置、緊急撤離、配電盤布置等。CCS 技術預計將在未來五年內趨于成熟。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具有重要意義。CCS 系統需要額外的發電和港口基礎設施來收集捕獲的二氧化碳。燃料電池系統是模塊化和集裝箱化的，需要一個安全的空間、用于廢熱回收系統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，則應在設計機艙和煙囪以及一些甲板加強件時加以考慮。燃料和電力危險以及船員培訓是附加標準。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易的，此外還需要建立一系列的假設。

13、主要結論

在本 JIP 中研究的 LNG 船舶預計將與 IMO 到 2050 年實現航運完全脫碳的雄心保持一致。更雄心勃勃的目標可以通過盡早采取適當措施來實現。該研究得出結論，對于燃料價格情景、二氧化碳定價和時間表情景，策略 B（旋翼帆、岸電）和 C（CCS）的擁有成本最低。令人驚訝的是，在這些假設下，策略 C 是最穩健的，前提是該解決方案實現 100% 的碳減排率以及建造適當的岸上二氧化碳基礎設施。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 的計算取決于相關加油港口的碳中和 LNG 和 MGO 的可用性。考慮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提出明確的建議。相反，JIP 展示了一個結構化的過程，該過程將幫助船東在航運界轉向脫碳時擁有更多的選擇。