马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心首席技术官Claus Winter Graugaard

继北欧绿色氨动力船舶（NoGAPS）项目取得积极进展之后，马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心（Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping，MMMCZCS）又在推动氨燃料船舶应用方面迈出了新的重要一步。近日，在与本刊记者的对话中，马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心首席技术官Claus Winter Graugaard将这艘15000TEU氨燃料集装箱船如何从设计上确保能效和安全向我们娓娓道来，并通过氨燃料集装箱船设计项目与新加坡氨燃料加注可行性研究项目（SABRE）在构建氨供应链方面的内在联系以及马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心的深度风险评估工作如何促成新的概念设计、解决关键难题，展示了中心在与知识渊博的行业利益相关方携手开展各类项目时的合作理念。

问：相比“NoGAPS”号氨动力气体运输船，最新推出的15,000 TEU氨燃料集装箱船在设计有哪些新的因素需要考虑？

答：我们通过NoGAPS概念设计积累了大量经验，许多解决方案可以在该项目的设计过程中得到借鉴。在研究大型集装箱船如何应用氨气双燃料解决方案时，我认为，首先应当考虑15,000TEU大型集装箱船的特性，这为此类船舶的航程和续航力设定了预期。因此，我们首先需要解决的一大关键难题就是确定这类船舶会部署在哪种典型贸易航线上，然后确定其续航里程和航速，进而了解这些因素对大型船舶上的氨气储存有何影响，以及船舶储罐结构储存大量氨气时的灵活性。这是我们从技术和商业灵活性相结合的角度进行研究的第一步。在我们最近发布的报告中，大家可以看到，我们设定了几种标准或情景来确定船舶在不同贸易模式以及18000海里全航程与12000海里续航选项对比之下的贸易灵活性表现。我们得出的结论是，对于这艘集装箱船而言，12000海里的续航效果非常好，对货物装载能力的影响也有限，而选择18000海里全航程续航则可将氨气储罐设计在住宿区下方，从而尽可能减少集装箱货位损失。

其次，如何将氨燃料加注上船也是一个非常具有考验性的问题，这与NoGAPS 项目中的LPG运输船情况大为不同。在燃料加注站的位置与船上集装箱货物装卸活动的协调上，我们也花了大量时间来讨论和研究，力求将其设置在安全、合适的位置。我们将其放置在船上相对靠前的位置，靠近氨气储罐，以便最大限度地减少从加注站到储罐之间燃料及供应管线的暴露，使管线尽可能简单、短距，同时将加注站设计成一个封闭的空间，周围有各类安全机制和保障措施。我们找到了一种可行的解决方案，即尽可能减少对集装箱运力的影响，同时简化储罐连接空间（TCS）和储罐的安全设计。

另一个考虑因素是储罐的位置。在这种双岛式（twin-island）设计概念中，将储罐置于住宿区下方，远离机舱，就意味着氨燃料的主要消耗者（主机和辅机）与储罐隔着相对较长的距离。我们也开展了大量讨论，探索如何从风险评估的角度以安全的方式确定从储罐到机舱之间的燃料输送管路的最佳路线，机舱内的主机和辅机将放置在靠近燃料准备室的处所。我们实际上是将燃料准备室与机舱连接了起来。如此，所有的氨处理系统，包括大量的阀门、法兰连接、管线和其他设备，都被放置在距离住宿区相当远的机舱处所内。我们通过风险评估工作和氨燃料安全研究项目了解到这些设备对船员来说存在很大风险，因此我们将这些设备放置在人员较少的空间附近。

此外，氨燃料供应管路的布局也是我们重点考虑的因素。我们发现在龙骨内的管道（keel duct）中铺设供应管路将氨燃料输送到燃料准备室是一种相当安全的方案。我们也研究了将供应管路设置在主甲板下方管道的可行性，但集装箱装卸作业也在此空间进行，有受到作业现场影响的潜在风险。最终，我们确定可将燃料供应管路放置在龙骨内的管道中。从搁浅等事故的统计数据来看，龙骨内的管道发生破裂的可能性非常小。因此，风险评估证明这是氨燃料供应管路布局的可行路线。

最后，在通风桅杆（vent mast）的布置上，每艘船都面临着独有的挑战。通风桅杆可以让船舶排出潜在的未处理蒸发气体或其他特定情形（如紧急情况）中可能需要释放的气体。因此，我们对该船通风桅杆的位置进行了研究，气体扩散研究证明，将通风桅杆放置在船舶最前端实际上是一种比较可行的解决方案。如果船舶高度合适，从风险评估的角度来看，这样的布置有利于控制气体释放，方便其向大气中扩散，同时能够保持通风桅杆不受货物操作的影响。替代燃料船舶通风桅杆的位置设计比较敏感，需要避免物体掉落和起重机之类的操作带来的风险。

问：根据报告，项目组选择将该船的氨燃料储罐放置在住宿区下，这种设计是如何确保船员安全的？

答：有这样的疑虑很正常，我们也会问自己，让氨燃料储罐远离船员和住宿区会不会更好？但在最终采用的设计中，以冷藏状态储存氨燃料的B型储罐结构也考虑到了B/5标准（即燃料舱与船壳外板的距离不少于B/5）以及国际海事组织有关如何布置此类储罐的典型规范要求。如果大家了解一下针对这类储罐破裂风险的评估，就会发现，储罐结构本身发生破裂的可能性非常非常有限。而且，该船的储罐结构还设有两级屏蔽，这意味着，如果一级屏蔽发生泄漏，储罐仍然有一层围护系统，可以处理系统内的任何氨蒸气泄漏，同时，船上还配备蒸发气体再液化装置。另外，还能通过透气系统来加强安全屏蔽。

其实，当储罐被放置在距离船壳外板相当远的处所时，储罐因撞击而破裂的风险是非常有限的。我们认为最大的风险更多地存在于燃料准备室或机舱，定量风险评估研究也证明了这一点。因为这些处所每天都要处理氨燃料，有大量设备在各类燃料系统周围传输、加压泵送氨燃料。而储罐中则没有这些活动，储罐结构实际上是一个非常简单的存储系统，内置了相当多的安全屏障。

问：从船东角度来说，您认为在开发氨动力船舶的过程中，他们最关注和想要解决哪些方面的问题？

答：在讨论这类概念设计时，我们着重强调的一点是要从安全设计的理念出发来设计船舶，建立我们称之为本质安全的解决方案。我们在船舶设计过程和安全项目中，建立了定量风险评估模型，深入研究具体设计特点，并结合船舶运营状况，了解各种设计特点如何帮助我们降低风险水平，因此既有定性风险评估，也有定量风险评估。这使我们能够真正确定最合适的本质安全设计方案，这种方案能够最大程度地确保船舶设计不会给船员带来任何危险。当然，这也是船东非常关心的问题，他们需要考虑如何在合理可行的情况下确保船舶本质安全（即最低合理可行），让船员在开始接受针对各类紧急情况（例如发生泄漏）的培训之前，就能对船舶安全非常放心，因为这些系统设计的初衷是为了保护他们。

其次，未来的海员们需要在这类双燃料船舶上工作，不仅仅是氨燃料，还有甲醇或甲烷（LNG）等等，他们需要接受适当的培训，确保能力得到提升，船上的安全管理系统以及技术管理人员驾驶船舶的方式都要随着新的标准而更新。海员需要知道如何处理新的燃料系统，因为他们的操作会涉及到氨、甲醇或甲烷，这些与他们熟悉的、过去几十年来船舶惯用的燃料油又有区别。顺便一提，燃料油也并非毫无风险。这一点很值得注意，大家如今所熟知的单燃料船并不是完全没有风险的船舶，但是人们可以通过适当的安全管理机制来管理风险，这也正是我们在此项目中所做的事。我们面临的是一种不同类型的风险，以氨燃料为例，氨分子的性质与燃料油不同，而我们在工程设计中构建了能够保护船上工作人员的本质安全解决方案，并采用正确的方式开展工作。除此之外，当然还需要对人员进行培训，让他们了解需要具备什么技能，在这类船舶的日常操作中如何反应和行事，以及如何进行燃料加注等等。另外，还有一个问题是，万一发生事故，应该采取怎样的紧急响应措施和应急计划？如今所有船东和运营商都需要制定燃油泄漏或溢油应急计划。因此，对于这类新型船舶设计而言，应急计划也需要成为安全管理系统的一部分。

问：报告分析得出该船足以满足EEDI第三阶段要求，且CII评级可达到A级别，在实际运营中若要保持这样的合规表现，船舶使用的氨燃料应符合什么样的要求？氨燃料的生产和供应是否能够满足需求？

答：首先，当我们考虑未来船舶能效时，船上任何程度的能耗节约，只要可以实现，就都具有重要意义，这是实现船舶脱碳的第一步，也是最有效的一步。因此，现有船舶和新造船必须尽可能地提高能效。在相关法规即将出台、替代燃料价格预期上涨的情况下，对船舶节能进行投资绝对不会让人后悔。当船舶选择使用替代燃料实现合规时，这些投资将在非常短的时间内得到丰厚的回报。我们的设计也在EEDI方面进行了优化。在项目第一阶段，我们主要聚焦的是实现氨双燃料解决方案，等项目进行到下一阶段，进入船厂建造流程时，就将在最大程度上通过CFD对船体设计进行优化，并将评估空气润滑系统、轴带发电机和其他节能装置或者风力辅助方案等各类节能技术的应用。我们很清楚，在技术方面，市场上已经有很多工具可用，但它们需要成为一个系统，以最佳可行的方式集成到这种特定类型的船舶上，这一点非常重要。满足EEDI第三阶段要求对我们来说并不成问题，即使这艘新造船使用燃料油我们也无需担心其EEDI合规性。而且，船舶可以从使用氨这种无碳替代燃料中获益。如果使用的是经过认证的绿氨，或者是符合适当的全生命周期（LCA）资格标准，通过制造证书可以证明为零碳/低碳能源载体的蓝氨，并且在法规中纳入了相应燃料标准的情况下，这样的双燃料船在CII或EEDI等机制下就可以降低碳排放惩罚，鉴于其采用零排放燃料而获得合理的碳强度退款。

因此，我认为需要从两个方面来看待这个问题。无论实际燃烧的是氨、甲醇还是燃料油，船舶都需要持续优化。尤其是在未来，船舶优化的重要性会愈加凸显，CII法规将逐年提高现有船队的合规要求，2026年及以后的标准还会更高。这意味着船舶运营商从现在起每次干船坞都需要对船舶资产进行投资，以减少船舶运营中的能源消耗。而这实际上有助于整个航运业的转型，如果所有人都尽最大努力，采取最佳能效措施，全球船队的能耗就有可能从当下3亿吨燃油当量减少20%量级。这至少会让我们朝着正确的方向迈出一大步。

那么，我们应该如何进一步削减能耗比例呢？这就是低排放或零排放替代能源（例如氨）的用武之地。在这方面，替代能源发挥着极其重要的作用，能够帮助我们实现净零排放。当然，如果船舶使用的是获得全生命周期认可的燃料类型，那么法规应该支持其在分类体系（如EU ETS）中获得明显的优惠。

问：请您介绍一下这艘氨动力集装箱船与SABRE项目具体有着怎样的联系？

答：SABRE项目由日本住友商事株式会社（Sumitomo Corporation）牵头，重点聚焦在新加坡开展氨燃料加注的可行性。我们通过该项目与马士基、Fleet Management船舶管理公司、ABS、吉宝（Keppel）等其他合作伙伴进行了合作。项目第一阶段主要研究如何建立将氨燃料输送到新加坡的商业供应链。此外，我们还与吉宝共同开发了氨燃料加注船概念，探索如何开展大型氨燃料加注，以便在新加坡周边地区实现氨燃料交付。项目第二阶段是开发氨燃料接收船概念，即一艘经常停靠新加坡、有氨燃料需求的典型船舶。正因为此，马士基·麦克-凯尼·穆勒零碳航运中心才决定开展15000 TEU氨动力集装箱船设计项目，为与之独立的SABRE项目提供支持，将新加坡氨燃料加注的整个物流链（涵盖燃料加注以及从储存设施到加注船和接收船的岸基供应等环节）连接了起来。

还有一些风险评估工作也是围绕着这些项目开展的，而且这样的合作模式也带来了其他优势。例如，我们可以通过一个非常具体的案例来展示如何在新加坡构建氨燃料供应和接收的供应链，以及如何与当地合作伙伴一起验证概念的实现，现在新加坡港务管理局（MPA）也加入了SABRE项目。这正是我们零碳航运中心项真正推崇的项目合作方式，我们在开展业务组合中各种各样的项目时积累了大量模块化的知识，而通过各项研究活动我们又得以将这些点串联起来，融合进更多现实应用案例中。我们将一片片模块化的知识紧密联系起来，发展成更成熟完备、从商业层面能够启动投资的概念设计，并让供应链和接收端利益相关方能够应用这些解决方案，为他们制定投资决策提供支持。

问：报告提到还有一些重要问题需要在下一阶段的项目中继续研究，请您谈谈下一步设计工作将如何开展。

答：有一点前面已经提到过。我们现在正在讨论如何优化该船能效，如何应用我们所了解的技术方面的所有最佳实践，再结合商业灵活性来进一步优化设计，这将是对概念设计进行全面能效优化的一个过程。然后，是对实际设计的审批。目前，我们已经与美国船级社（ABS）共同开发了船舶设计的安全解决方案，并在储罐结构、燃料输送系统、燃料加注站位置、燃料准备室和发动机解决方案等细节方面获得了原则性认可（AIP）。当然，下一步这还需要从细节上进行更加全面地设计，以便获得船级社入级和船旗国认可。因此，接下来非常重要的一步是进入详细设计阶段，并与船级社和选定的船旗国合作，通过基于风险的方法确保这种本质安全原则得到充分验证。

还有一点也是我们在报告里列出的建议事项，其实在之前的NoGAPS 项目中已经在推进，不过还有待在本次设计中继续探索，那就是应用气体扩散模拟来进一步研究如何验证潜在源头的氨泄漏情景，模拟潜在氨气泄露的扩散表现，无论泄漏是源自燃料准备室，还是燃料加注站，又或是通风桅杆。我们可以在气体扩散研究中模拟氨气的扩散行为，至少可以非常清楚地了解这对于设计的影响，从而进行微调并再次验证，让船上的工作和生活尽可能的本质安全，确保船员在正常操作条件下不会受到伤害。