船舶作为人类历史上最古老的运输工具之一，其能源系统的演变始终与科技发展、环保需求及能源结构变革紧密相连，从早期的柴薪、风力到如今的内燃机、电力乃至新兴的清洁能源，船舶能源的选择不仅影响着航行效率与经济性，更直接关系到全球航运业的低碳转型与可持续发展，当前，船舶使用的能源类型已呈现多元化趋势，不同船型、航线及运营场景对能源的需求也各有侧重，以下从传统能源、过渡能源及未来清洁能源三个维度展开详细分析。
传统化石能源：主导当前航运业的基石
传统化石燃料仍是全球船舶能源体系的绝对主力，其中船用燃料油（MFO）、船用柴油（MDO）、船用轻柴油（MGO）以及液化天然气（LNG）占据主导地位，这些能源凭借其能量密度高、供应网络成熟、技术适配性强等优势,在过去百年间支撑了全球贸易的繁荣。
重质燃料油（HFO）与低硫燃料油（LSFO）
重质燃料油是大型远洋船舶（如散货船、油轮、集装箱船）最常用的燃料，其价格低廉、粘度高，需通过加热系统降低粘度后才能喷射进入发动机燃烧，HFO燃烧过程中会产生大量硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）及颗粒物（PM），对海洋生态环境和人类健康构成严重威胁，为应对国际海事组织（IMO）2025年实施的“全球硫限制令”，航运业逐步转向低硫燃料油（LSFO）或安装废气清洗系统（Scrubber），以降低硫排放，尽管如此，HFO/LSFO的碳排放强度依然较高，难以满足IMO提出的“2050年温室气体排放较2008年减少50%”的目标。
船用柴油（MDO/MGO）
船用柴油包括中间燃料油（MDO）和船用轻柴油（MGO），其硫含量和杂质含量低于HFO，燃烧更清洁，适用于中小型船舶或对排放要求较高的区域（如排放控制区ECA），在北美、欧洲等ECA内，船舶需使用MDO或MGO替代HFO，以减少SOx和NOx排放，但这类燃料价格较高，且同样依赖化石资源,长期来看仍非可持续解决方案。
液化天然气（LNG）
作为过渡能源的代表，LNG近年来在船舶领域的应用快速增长，其主要成分是甲烷（CH4），燃烧时几乎不产生SOx，颗粒物排放可减少90%以上，NOx排放降低约20%-30%，且二氧化碳（CO2）排放较传统燃料减少约20%-25%，LNG发动机可采用“双燃料”设计，既能使用LNG，也能切换至柴油，提升了燃料灵活性，LNG燃料已在大型集装箱船（如中远海运“宇宙号”）、LNG运输船（船-船同步加注技术成熟）及邮轮等领域得到应用，但LNG的碳减排潜力有限，且甲烷逃逸（甲烷是比CO2更强效的温室气体）问题仍需技术优化,同时加注基础设施不足也制约了其普及。
过渡能源与电力系统：减排路径的“中间桥梁”
在完全清洁能源规模化应用前，混合动力、甲醇燃料及电池系统等过渡能源及电力技术,正成为船舶减排的重要补充。
甲醇燃料
甲醇作为一种液体燃料，具有能量密度适中、运输储存便利、燃烧清洁（可减少硫和颗粒物排放）等优势，甲醇发动机可分为“传统甲醇发动机”和“甲醇-柴油双燃料发动机”两类，2025年，全球首艘甲醇动力集装箱船“马士基·迈克-凯尼·穆勒号”投入运营，标志着甲醇燃料在大型商船中的商业化突破，甲醇的生产既可来自化石燃料（如煤制甲醇），也可通过生物质或“绿氢+捕获的CO2”合成（绿甲醇），后者可实现全生命周期碳中和，但其生产成本较高,仍需政策支持和技术突破。
混合动力与电池系统
电池系统（如锂电池、钠离子电池）在小型船舶（如渡轮、游艇、工程船）中已广泛应用，通过“柴油发电+电池储能”的混合模式，可实现低负荷工况下的纯电航行，降低燃油消耗和排放，挪威沿海的电动渡轮“Ampere号”成为全球首个纯电动渡轮运营案例，每年减少约1000吨CO2排放，对于大型船舶，电池系统目前主要用于辅助供电（如停泊时使用岸电替代燃油发电）或短途航行，受限于电池能量密度（锂电池能量密度约为0.25-0.3MJ/kg，远低于柴油的42MJ/kg）和充电时间，大规模应用仍面临挑战，固态电池、氢燃料电池等技术的突破可能推动电池在远洋船舶中的应用。
氢燃料与氨燃料
氢（H2）和氨（NH3）被视作未来航运业的终极清洁能源之一，氢燃料电池通过电化学反应直接产生电能，排放物仅为水，零碳排放；氨燃料燃烧时无CO2排放（若采用“蓝氨”或“绿氨”），且能量密度高于氢，便于储存运输，氢燃料电池已在小型船舶（如荷兰“Energy Observer”号实验船）中试点，而氨燃料发动机（如MAN Energy Solutions的氨燃料二冲程发动机）已进入测试阶段，氢和氨的生产（尤其是绿氢、绿氨）成本高昂，且加注基础设施、安全储存技术及发动机材料兼容性等问题仍需解决,预计在2030年后逐步规模化应用。
未来清洁能源：迈向零碳航运的关键方向
为实现IMO的2050年零碳目标，航运业需加速向可再生能源转型，除氢、氨外，风能、太阳能等辅助能源及碳捕获技术（CCUS）也将发挥重要作用。
风能辅助推进
现代船舶重新采用风能技术，通过“风帆+发动机”的复合动力系统降低燃油消耗，日本“Wind Challenger”号安装了硬质风帆，可减少5%-8%的燃油消耗；法国“Canopée”号则采用“风筝式风帆”，预计降低20%的CO2排放，这类技术适用于远洋船舶，且对现有船舶改造难度较低,可作为短期减排手段。
太阳能光伏
太阳能通过光伏板转化为电能，为船舶辅助设备（如照明、导航系统）供电，或在小型船舶中作为主动力，中国“太阳能塔拉号”双体船完全依靠太阳能实现环球航行，但受限于光伏效率（目前约20%-23%）和面积，太阳能难以满足大型船舶的主能源需求,更适合作为补充能源。
碳捕获与封存（CCUS）
对于仍在使用化石燃料的船舶，CCUS技术可通过捕获发动机排放的CO2并封存于海底或转化为利用，实现“近零排放”，CCUS在船舶领域的应用仍处于试验阶段，捕获系统的体积、能耗及成本是主要障碍,未来需与燃料低碳化协同推进。
不同船型能源应用对比
为更直观展示不同能源的适用性,以下通过表格对比主要船型的能源选择特点：
| 船型 | 常用传统能源 | 过渡能源/电力系统 | 未来清洁能源潜力 | 适用场景举例 |
|---|---|---|---|---|
| 远洋集装箱船 | HFO/LSFO、LNG | 甲醇、氨燃料 | 氨、氢、CCUS | 马士基、中远海运的大型干线船舶 |
| 油轮 | HFO/LSFO | LNG双燃料 | 氨、氢 | VLCC、苏伊士型油轮 |
| 散货船 | HFO/LSFO | LNG、甲醇 | 氨、氢 | 好望角型、巴拿马型散货船 |
| 邮轮 | MDO、LNG | LNG、电池混动 | 氢、氨 | 皇家加勒比、嘉年华邮轮 |
| 沿海渡轮 | MGO、柴油 | 电池混动、纯电动 | 氢燃料电池 | 挪威、瑞典的电动渡轮 |
| 工程船/渔船 | 柴油 | 电池、燃料电池 | 太阳能、氢 | 近海工程船、小型渔船 |
相关问答FAQs
Q1：为什么LNG被视为船舶过渡能源，而非长期解决方案？
A：LNG虽能显著减少SOx和颗粒物排放，降低20%-25%的CO2排放，但其甲烷逃逸问题（甲烷温室效应是CO2的28倍）会削弱碳减排效益；LNG仍属于化石燃料，资源有限且依赖进口，无法实现零碳目标；全球LNG加注基础设施覆盖率低，远洋航线加注不便,这些因素限制了其作为长期解决方案的可行性。
Q2：船舶使用电池系统面临哪些主要挑战？
A：电池系统在船舶应用中面临三大挑战：一是能量密度不足，锂电池能量密度仅为柴油的1/150左右，难以满足远洋船舶的续航需求；二是充电时间长，港口充电设施建设滞后于船舶运营节奏；三是安全风险，锂电池热失控可能引发火灾，需复杂的温度管理和防护系统，电池主要用于短途、小型船舶，大型船舶需依赖技术突破（如固态电池）或与其他能源（如氢燃料电池）结合使用。
