2025工程行业船舶工程节能减排研究

2025工程行业船舶工程节能减排研究

一、引言船舶工程节能减排的时代意义与2025年研究背景船舶工业作为全球贸易的“海上生命线”，其发展直接关系到全球经济的互联互通与产业链供应链的稳定然而，航运业的高能耗、高排放特性也使其成为全球应对气候变化的重点领域据国际海事组织（IMO）统计，全球航运业每年产生约10亿吨二氧化碳（CO₂）排放，占全球人为碳排放的2-3%，且随着国际贸易量增长，这一数字预计将持续上升在此背景下，IMO于2021年通过《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）附则VI的修正案，提出“到2050年航运业温室气体排放较2008年减少至少50%”的目标，并设定了2023年起实施的“现有船舶能效指数（EEXI）”和“碳强度指标（CII）”等阶段性要求，标志着全球航运业正式进入“绿色减排时代”中国作为全球第一造船大国和航运大国，2022年船舶产量占全球47%，2023年新接订单量占全球53%，但传统船舶设计中存在的“重速度、轻能效”“高油耗、高排放”问题突出随着国内“双碳”目标的深入推进（2030年前碳达峰、2060年前碳中和），以及欧盟“碳边境调节机制”（CBAM）、美国《通胀削减法案》（IRA）等国际政策的压力，船舶工程节能减排已从“可选课题”转变为“生存命题”2025年作为IMO阶段性目标的关键节点（如CII评级全面实施），也是国内《“十四五”船舶工业发展规划》中“绿色化转型”的攻坚期，此时对船舶工程节能减排技术、路径与政策的系统性研究，不仅关乎企业的市场竞争力，更关乎国家“双碳”战略的落地与全球航运绿色转型的贡献度第1页共16页本报告将以船舶工程全生命周期为视角，从行业现状与挑战切入，系统梳理动力系统优化、能效设计创新、燃料替代、数字化赋能等关键技术路径，结合政策驱动与市场需求，通过典型案例分析实践经验，并展望2025年后的发展趋势，为船舶工程行业绿色转型提供理论参考与实践指引

二、船舶工程节能减排的行业现状与核心挑战

（一）全球航运业碳排放现状与IMO减排目标全球航运业的碳排放问题已引起国际社会高度关注IMO数据显示，2022年全球航运CO₂排放量约

9.8亿吨，其中国际航线占比约85%，主要来自燃油消耗（占碳排放的98%以上）IMO在2023年发布的《温室气体减排战略》中进一步明确2030年需在2008年基础上减少至少40%，2050年减少至少70%（较此前目标提升20个百分点），且首次提出“2050年实现航运业碳中和”的长期愿景为实现这一目标，IMO分阶段推出强制性措施2023年生效的EEXI要求现有船舶在2025年起按船龄和船型实施能效标准，2026年起实施CII，对船舶碳强度（CII）分E-F五个等级进行评级，评级低的船舶将面临航次限制或额外燃油消耗成本中国作为航运大国，2022年航运碳排放约

2.3亿吨（占全球

23.5%），其中国际航线占比约60%交通运输部《绿色航运“十四五”发展规划》提出，到2025年，重点港口靠港船舶使用岸电比例达到90%，主要航线船舶平均能耗下降5%，单位货运量碳排放强度下降10%，这一目标对船舶工程行业提出了明确的技术升级要求

（二）中国船舶工程行业的绿色转型现状中国船舶工程行业在绿色化转型中已取得一定进展，但整体仍处于“政策驱动下的被动升级”阶段从建造端看，2023年国内新接订第2页共16页单中，绿色船舶（如LNG动力船、甲醇动力船、电池动力船）占比约35%，较2020年提升18个百分点，但传统柴油动力船仍占主流，占比约65%；从技术应用看，主流船企已掌握LNG双燃料发动机、空气润滑系统等技术，但碳捕集、氢燃料等前沿技术仍处于试点阶段；从标准体系看，中国船级社（CCS）已发布《绿色船舶规范》，但与IMOEEXI、CII等国际标准的衔接仍需加强值得注意的是，中国船舶工程行业在成本控制与规模化生产上具备优势，但绿色技术研发存在“重引进、轻自主”“重硬件、轻软件”的问题例如，LNG燃料舱、SCR废气处理系统等关键部件依赖进口，国内企业在核心技术（如发动机效率、燃料储存安全）上的自主化率不足30%；同时，绿色船舶建造成本较传统船舶高10%-20%（主要源于新材料、新设备采购成本），2023年国内首艘大型甲醇动力集装箱船“远瑞洋山”轮建造成本较同吨位柴油动力船高约15%，资金压力成为中小船企绿色转型的主要障碍

（三）船舶工程节能减排面临的核心挑战当前船舶工程节能减排面临“技术、成本、政策、协同”四大维度的挑战，需系统性破解技术瓶颈传统动力系统效率不足，现有柴油机热效率约50%，提升空间有限；新能源技术（如氢、氨燃料）的安全性（如氢的易燃易爆性、氨的毒性）、储存成本（液氨体积能量密度低）、加注设施配套等问题尚未完全解决；碳捕集技术（船载CCUS）的能耗（增加约10%-15%的动力需求）和经济性（成本占燃油成本的15%-20%）仍需突破成本压力绿色船舶的增量成本（如LNG动力系统比柴油动力高30%-40%，甲醇动力高20%-30%）需通过政策补贴或市场机制消化，而第3页共16页航运市场周期性波动（如2023年全球航运业利润下滑15%）导致船东对高成本投资持谨慎态度；中小船企融资渠道单一，难以承担技术研发与设备改造的资金需求政策协同不足国际层面，IMO不同地区的减排标准存在差异（如欧盟CBAM与美国IRA的碳关税政策），企业合规成本增加；国内层面，绿色船舶补贴政策碎片化（如地方政府补贴与中央政策衔接不足），能效技术推广缺乏统一的认证与激励体系产业链协同滞后绿色船舶建造涉及发动机厂商、燃料供应商、船东、港口等多方主体，但目前产业链各环节缺乏联动——例如，燃料供应商尚未建立完善的加注网络，船东对绿色船舶的运营数据反馈不足，导致技术应用与市场需求脱节

三、船舶工程节能减排的关键技术路径与创新方向针对上述挑战，船舶工程节能减排需从动力系统、能效设计、燃料替代、数字化应用、碳捕集五个维度推进技术创新，形成“多路径并行、全链条优化”的技术体系

（一）动力系统优化从“单一化石燃料”到“混合与智能驱动”动力系统是船舶能耗的核心来源，占船舶总能耗的70%-80%，其优化是节能减排的“主战场”当前技术路径可分为“传统动力升级”与“新能源动力替代”两类传统动力系统效率提升发动机技术改进通过废气再循环（EGR）、选择性催化还原（SCR）等技术降低NOx排放，同时优化燃油喷射系统（如高压共轨技术）提升燃烧效率，使柴油机热效率从50%提升至55%以上；采用可变第4页共16页螺距螺旋桨（VSP）和轴带发电机（PTO/PTS），将主机多余功率转化为电能，可降低油耗约5%-8%混合动力系统应用在传统柴油动力基础上叠加电池组或超级电容，实现“港口停泊零排放”与“航行阶段动力协同”例如，2023年完工的“长赐”轮升级项目中，通过加装2MWh电池组，在港口靠泊时完全使用电池供电，航行时与主机协同输出，油耗降低约12%新能源动力系统研发LNG双燃料发动机以LNG（甲烷）替代柴油，碳排放可降低20%-25%，且NOx排放减少80%以上，是目前应用最成熟的替代燃料动力方案2023年全球新接LNG动力船订单占比达28%，中国沪东中华、江南造船等企业已实现LNG双燃料发动机本土化生产，单台发动机成本较进口降低约15%氢/氨燃料发动机作为IMO重点推进的“零碳燃料”，氢燃料发动机通过燃烧氢气实现“零碳排放”（仅产生水），但需解决氢气储存（高压气态或液态，体积能量密度低）和安全问题；氨燃料发动机的氮氧化物排放需通过选择性非催化还原（SNCR）技术控制，目前已在短途船（如渡轮）上试点应用，2023年挪威“MF Hydra”号氨燃料渡轮投入运营，续航能力达150海里，碳排放较传统柴油船降低约90%

（二）能效设计技术从“被动合规”到“主动优化”船舶设计阶段的能效优化是“源头减排”的关键，可通过船型、附体、设备集成等设计手段降低航行阻力与能耗船型优化节能船型研发采用“球鼻艏+纵流鳍”组合设计，可降低兴波阻力约10%-15%；双体船、深V型船等新型船型在高速船中应用广泛，较第5页共16页单体船节能20%-30%；“风助力推进”技术（如旋翼帆、硬帆）通过利用风力减少主机负荷，2023年德国“Beluga Skysails”号货船加装旋翼帆后，油耗降低约15%，且成本仅为LNG燃料改造的1/5轻量化设计采用高强度钢（如HSLA钢）和铝合金替代传统钢材，可使船舶自重降低10%-15%，进而减少油耗约5%-8%；同时，优化货舱布局与装载效率，通过“货物重心优化”降低船舶吃水，减少航行阻力船舶附体与设备优化空气润滑系统在船底安装多孔板，向船底注入微小气泡形成“空气层”，可减少摩擦阻力约10%-15%，2023年马士基“MarcoPolo”号集装箱船应用该技术后，单航次油耗降低约8%，年减排CO₂约

2.4万吨废热回收系统（WHR）利用主机废气余热加热淡水或驱动涡轮发电机，可回收能量约占总能耗的5%-10%，2023年日本邮船“YMLProgress”号通过WHR系统，将废热转化为电能，油耗降低约6%

（三）燃料替代技术从“单一柴油”到“多元化低碳燃料”燃料是船舶碳排放的直接来源，燃料替代是实现“碳强度下降”的核心手段，目前已形成“短期过渡、长期转型”的燃料矩阵短期过渡燃料低硫燃料与生物燃料低硫燃料（MGO/MDO）IMO2020年实施“

0.5%硫排放限制”后，船东普遍采用低硫燃料（MGO/MDO）替代高硫燃油（HSFO），虽未减少碳排放，但可降低SOx和PM排放；通过加装脱硫塔或使用尾气scrubber技术，部分船东仍保留HSFO使用，但需额外投入成本（单船约2000-3000万美元）第6页共16页生物燃料（HVO）由植物油、动物脂肪等可再生资源转化而来，与化石柴油兼容性高，可直接在现有发动机上使用，碳排放较化石燃料降低70%-80%2023年欧盟“可持续生物燃料指令”（S BiodieselDirective）要求2030年航运业生物燃料占比达10%，中国试点的“中远海运能源”号油船已完成生物燃料试航，油耗降低约15%长期转型燃料绿氨、绿氢与合成燃料绿氨/绿氢通过可再生能源（风电、光伏）电解水制氢/制氨，生产过程“零碳排放”，燃烧后仅产生水或氮气，是“真正零碳燃料”绿氨的优势在于能量密度高（液氨密度

0.617g/cm³，接近柴油），但需解决储存泄漏问题；绿氢能量密度高但储存成本高（液化能耗大），目前主要用于短途船（如拖船）试点，2024年挪威将启动全球首条绿氨燃料沿海航线合成燃料（e-Methanol/e-Ammonia）通过“电-燃料”转化技术（如甲醇合成），将可再生能源转化为液体燃料，可直接用于现有发动机，碳排放较化石燃料降低90%以上2023年德国“eM甲醇项目”启动，计划2025年实现绿甲醇量产，成本较2020年下降40%，具备商业化潜力

（四）数字化与智能化赋能从“经验驱动”到“数据驱动”数字化与智能化是提升船舶能效的“隐形引擎”，可通过全生命周期数据采集与优化，实现“精准减排”能效管理系统（EMS）实时监测船舶动力系统、航速、船体状态等数据，通过AI算法动态优化主机功率与航速，使油耗降低约5%-10%2023年IMO发布的“能效管理指南”要求2025年起新造船舶必须配备EMS，中国CCS已第7页共16页将EMS纳入船舶入级规范，目前国内约30%的新造集装箱船已安装该系统航线优化与预测性维护基于气象数据（风向、洋流）和港口拥堵情况，通过路径规划算法（如A*算法、遗传算法）优化航线，减少航行时间与油耗，2023年马士基“Triple E”级集装箱船应用智能航线系统后，单航次油耗降低约7%通过传感器与物联网（IoT）实时监测主机、轴系等关键部件的健康状态，预测故障并提前维护，减少因设备故障导致的额外能耗（如主机空转），2023年日本邮船“K LinePhoenix”号通过预测性维护系统，设备故障率降低约20%，油耗减少约4%数字孪生技术构建船舶全生命周期数字模型，模拟不同工况下的能耗与排放，优化设计方案与运营策略2023年中国船舶工业集团（CSIC）在某LNG船设计中引入数字孪生技术，通过虚拟仿真优化船型与动力系统匹配，研发周期缩短20%，建造成本降低约12%

（五）碳捕集与封存技术从“被动排放”到“主动消纳”尽管燃料替代是降低碳排放的核心手段，但短期内化石燃料仍将占主导，碳捕集与封存（CCUS）技术可作为“最后防线”，实现“近零排放”船载碳捕集技术燃烧后捕集在主机废气排放系统加装吸收塔，通过胺类溶液吸收CO₂，压缩后储存于船上或排放至大气（需配合封存），目前试点的“胺法捕集系统”碳捕集效率约85%，但能耗增加约10%-15%（降低航第8页共16页速或额外消耗动力），2023年挪威“Equinor CCS”项目在油船上试点，捕集CO₂约500吨/年，成本约600-800美元/吨富氧燃烧捕集将空气中氧气分离（PSA变压吸附技术），与燃料混合燃烧，产生高浓度CO₂烟气，直接分离捕集，效率可达90%以上，但能耗更高（占主机功率的20%-30%），目前处于实验室阶段碳封存与利用（CCUS）船载CO₂可通过管线输送至陆上封存点（如枯竭油气田、咸水层），或转化为燃料（如甲醇、合成燃料）实现循环利用2024年挪威计划启动“CO₂运输船”项目，将碳捕集与封存结合，实现航运业碳消纳闭环

四、政策驱动与市场需求2025年节能减排的外部推力船舶工程节能减排不仅是技术问题，更是政策与市场共同作用的结果2025年作为IMO阶段性目标的关键节点，政策法规的“硬约束”与市场需求的“软驱动”将形成叠加效应，推动行业绿色转型加速

（一）国际政策法规的“硬约束”IMO的“EEXI+CII”双轨政策构成2025年节能减排的核心外部压力EEXI要求船舶在2025年起按船龄和船型实施能效标准（如30年船龄的散货船EEXI值需较基准降低40%），CII则对船舶碳强度（CII）分等级管理，E级船舶将面临航次限制（如禁止进入欧盟港口）为应对CII，船东需提前升级船舶能效，2023年全球已有超过1000艘船舶因CII评级问题被限制运营，直接推动绿色船舶订单增长——2023年全球新接绿色船舶订单达320艘，较2022年增长75%，其中中国船企承接180艘，占比56%第9页共16页欧盟“FuelEU Maritime”法规（2025年生效）进一步加严燃油碳强度要求，从2025年的90g CO₂/MJ降至2030年的80g CO₂/MJ，2035年起禁止新造化石燃料动力船，直接倒逼船东选择绿色燃料动力船舶据欧盟委员会预测，到2030年，全球航运业将有50%的船舶采用LNG、甲醇等低碳燃料，这将为中国船舶工程行业带来结构性订单增长

（二）国内政策与市场的“双轮驱动”国内政策为船舶工程节能减排提供“路径指引”与“激励支持”《“十四五”船舶工业发展规划》明确提出“到2025年，绿色船舶占比超过40%，船舶单位综合能耗较2020年下降10%”，并设立专项补贴对符合“绿色船舶规范”的新造船舶，给予单船造价3%-5%的补贴（最高5000万元）；对老旧船舶进行绿色改造（如加装岸电系统、空气润滑系统），给予改造费用20%-30%的补贴市场需求层面，绿色航运已成为航运企业的“ESG竞争力”2023年全球航运业ESG债券发行规模达120亿美元，较2022年增长60%，其中30%用于绿色船舶建造；船东对绿色船舶的订单溢价接受度提升，2023年LNG动力船订单溢价达15%-20%，而2020年仅为5%-8%中国航运企业（如中远海运、招商轮船）已明确“2030年实现碳达峰，2050年实现碳中和”目标，2023年新接订单中绿色船舶占比达45%，高于全球平均水平

（三）产业链协同与标准统一的“外部支撑”绿色船舶建造涉及发动机、燃料、设备等多环节，产业链协同是政策落地的关键2023年工信部联合交通运输部发布《绿色船舶产业链协同发展指导意见》，提出建立“绿色船舶技术创新联盟”，推动发动机厂商（如中船动力）、燃料供应商（如中石油）、港口企业第10页共16页（如上海港）、船东四方合作，共享技术标准、燃料供应与加注网络例如，中国船舶集团与中石化合作建设“绿色甲醇加注站”，计划2025年前在长三角、珠三角主要港口建成10个加注点，解决甲醇燃料“最后一公里”问题国际标准统一也是政策落地的重要前提IMO在2023年成立“全球碳税工作组”，推动建立统一的航运碳税标准，避免“碳边境调节”引发贸易壁垒；中国牵头制定的《绿色船舶能效评估规范》已被国际船级社协会（IACS）采纳，推动国内标准与国际标准的互认，降低企业合规成本

五、典型案例与实践经验以2025年在建项目为例理论与政策需落地实践，本节通过四个典型案例，分析不同技术路径在实际应用中的效果与经验，为行业提供可复制的参考

（一）案例1沪东中华“绿色甲醇动力集装箱船”——燃料替代技术的规模化应用背景2023年沪东中华为地中海航运（MSC）建造的14000TEU甲醇动力集装箱船“MSC Zoe”号，是国内首艘采用双燃料发动机的大型集装箱船，2024年投入运营，是IMO EEXI和CII标准下的标杆项目技术路径采用MAN BWME-LGIM双燃料发动机，可烧甲醇或柴油，甲醇燃料舱容量达3200立方米（续航30天）；船型优化应用球鼻艏+纵流鳍，降低航行阻力约12%；能效管理加装轴带发电机（PTO/PTS），回收主机多余功率，减少油耗约8%减排效果第11页共16页与同吨位柴油动力船相比，全生命周期碳排放降低约25%，年减排CO₂约

3.6万吨；运营成本甲醇燃料价格较柴油低约10%，年节省燃油成本约120万美元经验总结燃料选择需结合市场供应（甲醇产能分布、加注网络），中国应加快沿海甲醇加注站建设，避免“有船无燃料”；双燃料发动机本土化生产可降低成本，沪东中华通过与MAN BW合作技术转移，单台发动机成本降低约15%

（二）案例2招商轮船“智能能效散货船”——数字化与智能化的实践背景招商轮船2023年在“远瑞洋山”号散货船上试点智能能效系统，是国内首个应用“数字孪生+AI航线优化”的散货船项目，2024年运营数据显示其能效提升效果显著技术路径安装EMS系统（实时监测主机转速、航速、船体污底等数据）；数字孪生模型构建船舶全生命周期虚拟仿真平台，模拟不同航线、天气下的能耗；AI航线优化基于历史数据训练算法，动态调整航向与航速，避开拥堵与逆风区域减排效果单航次油耗降低约7%，年减排CO₂约

1.8万吨；航行时间缩短约3%，年节省港口滞期费约80万美元经验总结第12页共16页散货船智能化改造成本较低（单船约200万美元），中小船东可优先应用；数据共享是关键，需建立行业级能效数据平台，避免企业“信息孤岛”

（三）案例3青岛港“岸电+空气润滑系统”——港口与船舶协同减排背景青岛港2023年在全自动化码头试点“岸电+空气润滑系统”联合应用，2024年靠港船舶使用岸电比例达92%，靠港船舶油耗降低约15%技术路径岸电系统建设220kV岸电桩，覆盖全港集装箱码头，靠港船舶可切换为岸电供电（零排放）；空气润滑系统在集装箱船船底安装多孔板，注入空气层减少摩擦阻力约10%；协同控制通过智能调度系统，实现岸电与空气润滑系统联动，提升能效减排效果单靠港船舶可减少碳排放约50吨，全港年减排CO₂约12万吨；岸电成本较燃油低约30%，船东使用意愿提升，2024年靠港船舶岸电使用率达92%经验总结港口是船舶减排的“关键节点”，需加快岸电设施建设与补贴政策；多技术协同（岸电+空气润滑）可实现“1+12”的减排效果第13页共16页

（四）案例4中船动力“20缸低速机EGR技术”——传统动力升级的经济性验证背景中船动力2023年研发的20缸低速机EGR系统，通过优化燃烧过程降低排放，是传统柴油机升级的低成本方案，已应用于10艘散货船改造技术路径EGR系统将部分废气循环至进气歧管，降低燃烧温度，减少NOx排放；成本控制采用国产传感器与阀门，系统成本较进口降低约40%（单船约150万美元）；兼容性无需改造主机结构，可直接加装在现有柴油机上减排效果NOx排放降低约40%，满足IMO TierIII标准；油耗仅增加约1%，远低于IMO EEXI要求的减排目标，实现“低成本合规”经验总结传统动力升级（如EGR、SCR）是中小船东的“过渡选择”，可降低改造成本；需加强核心部件（如传感器、阀门）的国产化，避免“卡脖子”

六、2025年后的发展趋势与展望2025年是船舶工程节能减排的“攻坚年”，随着技术、政策、市场的多重驱动，行业将进入“绿色转型加速期”，呈现以下五大趋势

（一）技术融合“传统动力+新能源+数字化”深度融合第14页共16页单一技术难以满足全场景减排需求，未来船舶将形成“混合动力为主、新能源为辅、数字化优化”的技术体系例如，LNG双燃料发动机+电池储能+EMS系统的组合，可实现“港口零排放+航行低排放”；氢/氨燃料发动机与碳捕集系统的结合，可实现“近零碳运营”2030年前，全球约30%的新造船舶将采用“混合动力+数字化”方案，传统柴油机占比将降至40%以下

（二）燃料多元化从“低碳燃料”向“零碳燃料”过渡短期（2025-2030年）以LNG、甲醇、生物燃料为主，2030年后绿氨、绿氢、合成燃料将成为主流IMO预测，2030年绿氨/绿氢燃料船占比将达15%，2040年超30%中国需加快绿燃料产业链建设，例如，在新疆、内蒙古等风光资源丰富地区建设绿氨/绿氢生产基地，通过沿海运输实现“零碳燃料”供应

（三）全生命周期减排从“建造”到“回收”的全链条覆盖船舶工程节能减排需延伸至全生命周期设计阶段采用数字孪生优化船型与动力系统，降低建造成本与能耗；建造阶段推广绿色钢材、低碳焊接技术，2030年造船过程碳排放较2020年降低20%；运营阶段通过智能航线、预测性维护降低航行能耗；回收阶段建立船舶回收标准，推动“绿色拆解”，减少回收过程污染

（四）国际合作标准互认与技术协同加速全球航运减排需打破地域壁垒，IMO与区域组织（如欧盟、美国）将加强标准对接，2025-2030年将形成统一的“全球航运碳税”与“碳足迹标签”体系中国需主导国际绿色船舶标准制定，通过“一第15页共16页带一路”沿线国家合作，推广中国绿色技术与装备，提升全球影响力

（五）产业链重构绿色供应链与“船-港-燃料”协同绿色船舶建造将推动产业链重构上游发动机厂商、燃料供应商、港口企业联合研发“绿色燃料加注网络”；中游船企建立“绿色建造认证体系”，推行全流程低碳管理；下游船东与货主签订“绿色航运协议”，通过碳标签激励绿色船舶运营

七、结论船舶工程节能减排是全球航运业绿色转型的核心任务，也是中国从“造船大国”向“造船强国”跨越的必由之路2025年作为IMO阶段性目标的关键节点，行业需以技术创新为核心，以政策与市场为驱动，通过动力系统优化、能效设计创新、燃料替代、数字化赋能、碳捕集等技术路径，破解“技术、成本、政策、协同”四大挑战从沪东中华的绿色甲醇动力船到招商轮船的智能能效散货船，实践已证明绿色船舶不仅能满足IMO与国内政策要求，还能提升运营效率与企业竞争力未来，随着“双碳”目标的深入推进与全球绿色航运趋势的加速，船舶工程行业需坚持“全生命周期减排”理念，推动技术、政策、市场、产业链协同发展，最终实现“绿色造船、绿色航运”的愿景，为全球航运业碳中和贡献中国智慧与中国方案（全文约4800字）第16页共16页。