節(jié)能型集裝箱船型研究

侯 立 平

（中遠(yuǎn)集裝箱運(yùn)輸有限公司，上海 200080）

0 引 言

金融風(fēng)暴后，由于歐美干線需求持續(xù)低迷，供大于求成為班輪業(yè)普遍現(xiàn)象，航運(yùn)市場面臨巨大的困境。為了應(yīng)對運(yùn)力過剩、燃油價(jià)格高企的現(xiàn)狀，很多班輪公司都紛紛祭起“加船減速”的大旗，營運(yùn)船舶航速的降低對新船型的設(shè)計(jì)和建造亦帶來很大影響，新船型的設(shè)計(jì)和訂造成為各設(shè)計(jì)單位、航運(yùn)公司考慮的重點(diǎn)，關(guān)注新市場環(huán)境下的新船型以期對現(xiàn)有船隊(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整升級則成為諸多班輪公司普遍采用的經(jīng)營手段。

1 今年以來集裝箱船訂單現(xiàn)狀[1]

盡管集裝箱航運(yùn)市場仍處于低迷狀態(tài)，但由于近幾年來新造船價(jià)格的降低（見圖1），以及使用節(jié)能型船舶替代早先高航速、高能耗船舶的需求，集裝箱船領(lǐng)域的新訂單仍然層出不窮。Alphaliner的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2008年9月至2012年12月，全球集裝箱船訂單規(guī)模為445艘、302萬TEU，占同期全球船隊(duì)運(yùn)力總量的18.4%。盡管訂單總量僅為2006~2008年全球集裝箱船訂單規(guī)模的一半左右，但考慮到國際金融危機(jī)對航運(yùn)業(yè)的影響，在全球經(jīng)濟(jì)緩慢復(fù)蘇過程中已屬不易。雖然班輪業(yè)供大于求的狀況在不斷加劇，2013年一季度發(fā)布業(yè)績公告的班輪公司中虧損面依然較大，而同期依然新增了數(shù)量可觀的集裝箱船訂單（見圖2）。在存量訂單中，一種載箱量在8800TEU左右的寬體船訂單搶眼，成為市場的一個(gè)熱點(diǎn)。

目前全球尚未交付的8000~9500TEU 訂單數(shù)超過100艘，這些訂單中剔除2007年后訂造、但因?yàn)檠舆t交付等因素尚未交付船東的8500TEU訂單，基本是18列/45.6~45.8m寬的8000TEU級船和19列/48.2m寬、/寬體8800TEU型集裝箱船，其中后者訂單有57艘，占據(jù)新訂單的半壁江山。另外，還有一個(gè)值得注意的現(xiàn)象：傳統(tǒng)的42.8m寬、甲板上橫向堆裝17列集裝箱的8500TEU船型在金融風(fēng)暴后沒有公司再訂造。

寬體8800TEU級集裝箱船因其上層建筑所處位置不同，可分為單島式和雙島式兩種設(shè)計(jì)，單島式一般載箱量在8800TEU左右，雙島式最大載箱量可超過9200TEU。

對比傳統(tǒng)8500TEU集裝箱船，寬體8800TEU船的船長縮短至300m以內(nèi)，滿足目前南美東航線上對船長300m的限制要求；船寬則放大至48.2m，滿足目前公布的巴拿馬運(yùn)河新船閘通行要求。船長的縮減，可有效降低船舶的空船重量，進(jìn)而降低船舶的造價(jià)成本。而船寬加大，相比傳統(tǒng)瘦長型集裝箱船型，雖然高速性能受到影響，但對改善船舶穩(wěn)性有利，同時(shí)隨著集裝箱布置列數(shù)增加，總裝箱數(shù)以及14t均質(zhì)裝載重箱量都有明顯增加。此外，設(shè)計(jì)航速降低后船舶主機(jī)及配套設(shè)備可相應(yīng)調(diào)整，有利降低船舶造價(jià)。

圖2 2013年前幾個(gè)月集裝箱船訂單

圖1 新造船價(jià)格指數(shù)

此類寬體型的8800TEU船，長寬比小于傳統(tǒng)8500TEU級船，設(shè)計(jì)航速較傳統(tǒng)8500TEU級低，最大油耗亦有降低，載重量放大，且壓載水用量減少，寬體8800TEU級船的14t均質(zhì)裝載重箱數(shù)要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)8500TEU級，滿載后營運(yùn)航速下單箱的燃油成本明顯比傳統(tǒng)8500TEU船要低。

2 節(jié)能型集裝箱船型設(shè)計(jì)目標(biāo)[2]

由于燃油價(jià)格的上升，降低船舶航速已是不爭的事實(shí)。EEDI（Energy Efficiency Design Index，船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)）自2013年1月1日開始生效， 新船設(shè)計(jì)必然以獲得更?。ǜ鼉?yōu)秀）的EEDI數(shù)為目的。從計(jì)算公式上可以看出，對EEDI指數(shù)起決定性作用的參數(shù)主要有航速、為達(dá)到該航速所需的安裝功率、船舶載貨量三項(xiàng)。就集裝箱船設(shè)計(jì)而言，需要通過注重總體布置，控制船舶自重，減少船舶航行途中壓載水的使用量，進(jìn)而提升船舶的有效裝貨量，增大船舶載重量，降低集裝箱船油耗的主要措施有：

2.1 減速航行

減速已逐漸被業(yè)內(nèi)接納，并已影響到新造船的開發(fā)和設(shè)計(jì)，表現(xiàn)為船舶的航速指標(biāo)比雷曼危機(jī)爆發(fā)前的設(shè)計(jì)有 10%左右的降低。在此基礎(chǔ)上，新船型設(shè)計(jì)在船舶線型方面優(yōu)化，進(jìn)一步降低船舶阻力，如采用低航速適用的球鼻艏、螺旋槳設(shè)計(jì)等，使船舶具備低速航行的優(yōu)勢。

2.2 主機(jī)功率低配或配置新型低轉(zhuǎn)速超長沖程主機(jī)

由于航速的降低，所配主機(jī)功率也可進(jìn)一步減小。典型例子是13000TEU船，金融危機(jī)前主流設(shè)計(jì)都配置12K98型主機(jī)，目前的主流設(shè)計(jì)基本采用12S90型主機(jī)，主機(jī)活塞沖程變長、轉(zhuǎn)速降低，從而最大功率降低，油耗亦降低。如圖3所示，當(dāng)所選主機(jī)從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速改為低轉(zhuǎn)速后，在主機(jī)65%的功率輸出范圍內(nèi)，單位功率的油耗可降低約7%。

2.3 增加有效載箱量

相對以往設(shè)計(jì)，由于對航速要求降低，新設(shè)計(jì)的集裝箱船更顯“短、胖”，18000TEU船長約為400m，船寬約59m，長寬比降至6.8以內(nèi)，8800TEU的長寬比降至6.2，方形系數(shù)的增加，相同名義箱位下，使現(xiàn)有設(shè)計(jì)的集裝箱船載重量更大，可裝載更多的集裝箱，在前述的油耗降低條件下，單箱油耗數(shù)可以有進(jìn)一步的降低。

圖3 主機(jī)功率油耗曲線

3 經(jīng)濟(jì)船型設(shè)計(jì)技術(shù)

3.1 降低船舶阻力

在線型既定的情況下，可以應(yīng)用各種技術(shù)盡可能地減小船舶阻力。由于水動(dòng)力設(shè)計(jì)水平已日益接近目前設(shè)計(jì)能力的有效邊際，以前設(shè)計(jì)中不太引人注目的減少船舶空氣阻力的方案現(xiàn)已出現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)圖紙中：有些船舶的上層建筑已開始按照“箭簇型”進(jìn)行布置；有些船舶水線以上首部采用諸如 CORNER-CUT的特殊設(shè)計(jì)，以獲得更好的空氣流線分布的方案。

使用船底防污漆對減小船體的粗糙度也會(huì)有一定的效果，各船體涂料公司積極研發(fā)新型防污漆，增加了船體的光滑度，降低海生物附著率，從而達(dá)到降阻的目的。

馬士基、現(xiàn)代商船、達(dá)飛等公司還紛紛對部分集裝箱船改造，去除這些船舶的球鼻艏。預(yù)計(jì)將節(jié)省1%~2%的燃料，其目的是降低船舶在減速航行條件下低速段的興波阻力。

3.2 提高推進(jìn)效率

通常螺旋推進(jìn)器最大效率為75%，其余的能量以漩渦的形式消耗。目前，提高船舶推進(jìn)效率主要基于槳前和槳后2種措施。槳前著重改善半流場，如Mewis導(dǎo)管、槳前鰭等；槳后側(cè)重于利用能量回收，改善螺旋槳的推進(jìn)效率，如螺旋槳轂帽鰭、在舵葉上裝配導(dǎo)流帽和舵翼等，日、韓等國大船廠都紛紛推出類似的節(jié)能裝置。日本川崎在其建造船舶上長期使用其專利舵設(shè)計(jì)，即在螺旋槳后面在船舵上裝配導(dǎo)流帽和舵翼，通過回收螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的渦流來節(jié)省能量，從而達(dá)到提高推進(jìn)效率的目的。日本商船三井開發(fā)的螺旋槳轂帽鰭也有同樣的功效，在螺旋槳后面槳帽的位置安裝螺旋槳轂帽鰭，高效回收殻漩渦能量使其轉(zhuǎn)變?yōu)橥七M(jìn)能量，從而改善螺旋槳的推進(jìn)效率。從總體上講，船體線形、舵、槳的優(yōu)化配合才是根本手段。

3.3 提高能效技術(shù)

在船用設(shè)備和船用系統(tǒng)上，通過各種節(jié)能裝置和節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用，比如節(jié)能燈光、變頻設(shè)備等，降低船用電力消耗，達(dá)到節(jié)能的效果。

在船舶設(shè)備配套方面進(jìn)行優(yōu)化升級，如電子控制噴油主機(jī)的使用可使船舶在速度調(diào)控方面有更大的彈性空間；Alpha注油器、滑閥式油頭的使用提高主機(jī)效率等。

隨著通訊、信息技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)推出各種監(jiān)控管理軟件，如氣象導(dǎo)航、吃水優(yōu)化、能效管理軟件等，可更加細(xì)化地監(jiān)督和提醒船舶在使用過程中注意油耗。

4 展望

新訂造的船舶無論從經(jīng)濟(jì)上（近來船價(jià)低迷，新訂單的價(jià)格已近谷底）還是技術(shù)上（新設(shè)計(jì)集裝箱船單箱油耗低），相對于現(xiàn)有營運(yùn)船有著無可比擬的優(yōu)勢，雖然船東都知道新的集裝箱訂單將給現(xiàn)有運(yùn)力供大于求的現(xiàn)象雪上加霜，但鑒于成本考量，節(jié)能、低價(jià)的船舶還是會(huì)有相當(dāng)?shù)氖袌觥?/p>

[1] Alphaliner. The Containership Market in 2012[J/OL]. http://www.alphaliner.com

[2] 侯立平，徐文宇，趙志高. 迷你超巴拿馬型集裝箱船的特點(diǎn)及新船型的設(shè)計(jì)趨勢[J]. 上海造船，2010, (1): 25-26.