大型集裝箱船舶能效管理計劃實施

陳學文 錢立勝 胡一民 莊 佳

（1，4“新美洲”輪；2，3上海海事職業(yè)技術(shù)學院 上海 200135）

○ 引言

大型集裝箱船舶編制能效管理計劃，對船舶能效操作全過程實施監(jiān)控、評估，及時識別船舶能效因素，及時完成船舶能效分析，制定船舶能效改進措施，編寫船舶能耗、能效的自評估報告呈報公司安技部審閱，從而確保船舶以最優(yōu)化的方法降低能耗，達到船舶節(jié)能減排的目標，是當今國際大型航運公司通行做法。本文基于8 530TEU大型集裝箱定線班輪“新美洲”的實踐，對2012年4月實施船舶能效管理計劃以來，船舶在“技術(shù)革新，節(jié)能減排”的技術(shù)路線，積累了一些經(jīng)驗。認為航速優(yōu)化、航線改進，實施推進阻力管理，完善貨物裝卸程序，以及主機監(jiān)控優(yōu)化等機艙系列革新舉措，是大型集裝箱船舶實現(xiàn)能效管理計劃的有效舉措。

1 航速優(yōu)化與航線改進

1.1 航速優(yōu)化

海上航行時航速優(yōu)化：控制要求是根據(jù)主機工況特性、裝載條件、ETA條件合理調(diào)整主機負荷。

海上航行時船舶的航速優(yōu)化與很多因素有關(guān)，首先是航線因素，盡可能選用最小有效航程，在航線上避免出現(xiàn)大舵角轉(zhuǎn)向點，大舵角轉(zhuǎn)向時主機負荷劇增而船速明顯降低。其次是航區(qū)風、流、海況因素，分析航區(qū)潮汐表，利用順流，達到在不增加主機轉(zhuǎn)速的情況下提高航速 ,減少航時。在大風浪惡劣海況時，如保持原有轉(zhuǎn)速航行，不僅主機負荷會猛增，有時還會出現(xiàn)主機“飛車”現(xiàn)象，且船速也會下降很多，應(yīng)及早降速，保證螺旋槳效率，既保證船舶的安全，又降低燃料的消耗。再次就是船舶班期因素，及時和港口代理聯(lián)系掌握船舶靠離泊動態(tài)，避免快速到達后拋錨等泊位或等貨，根據(jù)航行富裕時間優(yōu)化航速，達到節(jié)約能耗的目的。

例如，本輪 2012年5月16日當?shù)貢r間 16：00自韓國釜山出發(fā)，班期要求 5月25日美國當?shù)貢r間 5：00到達洛杉磯港，經(jīng)計算主機需要開95轉(zhuǎn)全速航行，每天主輔機共耗油230噸，航行途中5月21日上午接到公司指示，班期改為5月27日5：00到達洛杉磯港，按 95轉(zhuǎn)航行時間富裕 2天，經(jīng)計算船長及時下令將主機轉(zhuǎn)速改為 66轉(zhuǎn)航行，這時每天主輔機共耗油95噸，按期到達目的港共節(jié)省 350噸燃油，減少二氧化碳排放1 090噸。

考慮航速優(yōu)化時，需要適當考慮協(xié)調(diào)到達港口次數(shù)和裝卸泊位可用性及裝卸速度。從公司層面考慮，如運力允許可增加從事某些貿(mào)易航線的船舶數(shù)量，降低航速。例如，由于公司運力過剩，自 2012年5月21日起增加了一艘船舶參與美西航線運輸，該航線所有船舶班期時間增加一周，船舶自美國返程時可以用最低經(jīng)濟航速66轉(zhuǎn)航行，大大降低了油耗。

進出港航行時航速優(yōu)化：船舶淺水航行，因淺水效應(yīng)增加了興波阻力，船速會降低，要保持原來船速，則要增加主機功率，使得主機處于高負荷、低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，不但浪費燃料，且對主機安全不利。船舶進入淺水區(qū)還會發(fā)生船體下沉而使船舶吃水增大，船速越高，吃水增值就越大，船舶航行阻力越大。

附表—1“新美洲”輪航速、油耗及主機功率的關(guān)系表

“新美洲”輪每次進出港航行時都降低航速，減少了吃水增值，也減輕了淺水效應(yīng)，節(jié)約了燃料，且保護機器。最終降低能耗，減少了二氧化碳排放。

1.2 航線優(yōu)化和改進

控制要求是預測航次氣象，根據(jù)水文、水深、海區(qū)船舶密度、自動操舵儀性能、舵機設(shè)計等修正航線。

（1）航線天氣因素：航線設(shè)計時，要及時采集各種天氣預報的信息，根據(jù)航線部門的航次計劃和碼頭管理方意見和建議，商定恰當?shù)拈_航時間；若天氣預報航經(jīng)海區(qū)有惡劣天氣情況，要考慮惡劣天氣的持續(xù)時間或根據(jù)惡劣天氣性質(zhì)、主機性能等適當調(diào)整航線；在考慮調(diào)整航線時，亦要考慮航程增加的因素。

“新美洲”輪為美西航線定線班輪，經(jīng)津輕海峽跨北太平洋航行，長期使用專業(yè)氣象導航公司推薦航線繪制計劃航線。航行中船長能及時接收氣象傳真圖、氣象文字資料；亦收集調(diào)度中心氣象資料（通電等），了解航次中的中、長期氣象預報，洋流對船舶的影響，在船舶安全前提下實施氣象導航。調(diào)度中心隨時對船舶航線實時監(jiān)控、預控，并監(jiān)督氣象導航公司對船舶的導航，避免因氣象變化致船舶長時間航行在惡劣海況中。

（2）航線水文因素：“新美洲”輪航線設(shè)計時充分考慮航經(jīng)海區(qū)海流的影響，避開強頂流對船速的影響，或順著海流航行減輕主機負荷； 在潮汐影響的海區(qū)，亦可改變航向，優(yōu)化主機負荷。

（3）航線海區(qū)水深變化：“新美洲”輪考慮船舶特定航次的吃水情況，選擇合適水深的航線，保持足夠的富裕水深，以便減少淺水效應(yīng)增加的主機負荷。

（4）航線海區(qū)的通航條件：為規(guī)避密集的漁船作業(yè)而導致的繞航，“新美洲”輪在設(shè)計航線時盡可能遠離作業(yè)的漁區(qū)。受到海區(qū)地理環(huán)境限制不得不通過漁區(qū)時會合理調(diào)整航線。

注意設(shè)計航線還要考慮商船習慣航線的特點，順著船舶的總流向航行，以避免交叉、對遇，減少頻繁施舵，導致偏航增距多耗燃料。航行中注意守聽航線附近的實時航行通告，了解航經(jīng)航區(qū)工程船、拖帶船、勘探船等影響，以便盡快做出航線調(diào)整，避免增距多耗燃料。

（5）航向控制：“新美洲”輪在開敞的海區(qū)實行自動操舵儀操作，是為了減少自動操舵儀因外部環(huán)境造成的Z 形偏航；自動操舵儀設(shè)定在自適應(yīng)舵的操作狀態(tài)，還可將舵阻力造成的能效損失降至最低。我們還結(jié)合綜合導航儀系統(tǒng)、電子海圖的航線功能，達到減少偏航來節(jié)省燃料。

“新美洲”輪在密集航區(qū)、狹水道、港口航道時，自動操舵儀停止使用以人工操舵的方式減少偏航，達到優(yōu)化能效目的。

2 實施推進阻力管理

把船舶操縱中應(yīng)用的調(diào)整縱傾、掌握艏側(cè)推時機、減小推進偏轉(zhuǎn)等措施提升為實施推進阻力管理的提法，有助于進一步量化能效管理計劃。

1）最佳縱傾：控制要求是以船舶安全穩(wěn)性要求，調(diào)整吃水差。

一般在船舶航行時，保持適當?shù)聂簝A是有利的。這樣船舶的推進效率較好，可以節(jié)約燃油。在配載時一般應(yīng)保證尾吃水大于首吃水。但是艉傾不能過大，一是會加大船舶的盲區(qū)不利于航行安全，二是容易造成尾部上浪?！靶旅乐蕖陛唽嶋H控制船舶最佳縱傾參閱下表 (艉傾方式)：

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2）合理使用船艏側(cè)推：控制要求是最佳時間段的選擇。

“新美洲”輪使用側(cè)推時在備車準備妥后啟用側(cè)推，船舶機動操作完成后就即刻停用側(cè)推，減少能源的消耗。

3）減小船體阻力：控制要求是減少船體和螺旋槳表面污染物，拋光和油漆工藝。

船舶能耗應(yīng)主要考慮船體外表光潔度，構(gòu)成船體阻力的主要原因為海水侵蝕造成船體凹凸不平、或多次打磨涂漆造成船體光潔度下降、海生物吸附船體水下部分。為優(yōu)化能效，“新美洲”輪利用碼頭卸貨時間對船體經(jīng)常性的維護，改進油漆工藝以保持船體光潔度。

螺旋槳葉片表面質(zhì)量好，可以降低螺旋槳槳葉表面的粗糙度，減小槳葉運轉(zhuǎn)時與海水的摩擦力，提高螺旋槳的工作效率，增加船舶航行速度，降低船舶燃油消耗。這項工作只有等修船進塢時才可進行。

3 貨物程序和租船方參與

1）貨物裝卸的改進：控制要求是建立預配信息交流、溝通代理、港方，適當安排工班和裝卸機械、調(diào)整船舶泊位姿態(tài)。

船長、大副收到預配船圖后，應(yīng)及時校核并反饋修正意見，以期達到貨箱最優(yōu)配載?？紤]的配載內(nèi)容有：預配計劃須符合國際載重線公約的要求，危險品貨箱符合國際危規(guī)的要求，冷藏箱適配箱位，綁扎方式的采納，以提高作業(yè)效率，保障班期。船長、大副還應(yīng)掌握裝卸進度，督促裝卸人員避免單邊裝卸貨箱，導致船舶過度傾斜影響作業(yè)，延誤船期。

船長、大副還督促駕駛員及時調(diào)整系泊狀態(tài)，避免因風向、流向影響，導致裝卸延遲。

2）租船方的參與：租船經(jīng)營由航線部門決策決定，公司航線部門在經(jīng)營船舶時要根據(jù)港口泊位信息、天氣情況、港口設(shè)備控制船舶班期。譬如，2012年5月9日，“新美洲”由于大霧在連云港錨地等待進港，但5月11日要靠上海港，為確保班期，公司及時決定放棄?？窟B云港，起錨開往上?？坎础?/p>

4 機艙系列降耗管理舉措

1）主機監(jiān)控和優(yōu)化：控制要求是主機各運轉(zhuǎn)參數(shù)、PMI指標參數(shù)要正常，最佳調(diào)整汽缸油，凈油機最佳狀態(tài)運行，燃油數(shù)量、質(zhì)量要保證，控制助燃劑添加量，輪機員值班要求等。

降低主機的轉(zhuǎn)速損耗可以提高主機的功率，減少燃油的消耗。造成主機轉(zhuǎn)速的損耗的因素很多，燃油的燃燒不完全、缸內(nèi)活塞環(huán)與氣缸壁之間的密封狀況差、主機運動部件潤滑不良、軸系的中線不正等，改善和解決這些問題有利于降低主機的轉(zhuǎn)速損耗，提高主機的工作效率，減少燃油的消耗。“新美洲”輪采取的措施主要有：

（1）精心維護增壓器、空冷器，控制含氧。

（2）增加增壓空氣中的含氧量，提高燃油噴射的霧化度有利于提高主機的熱效率，降低主機的燃油消耗。

（3）控制主機汽缸油和滑油：氣缸油注油量應(yīng)與柴油機的載荷相匹配。降低氣缸油的消耗，也就降低了航行船舶對環(huán)境造成的污染與氣缸套的磨損。氣缸油注油率的大小對廢氣中灰塵微粒含量的影響關(guān)系見圖1：

圖1 氣缸油耗量與排放微粒間的關(guān)系

主機系統(tǒng)滑油的油質(zhì)好壞不僅影響主機的運行安全，對能效的影響也不容忽視。當滑油中的雜質(zhì)過多時，滑油的運動粘度增大，運動阻尼增加，主機的運動部件之間的摩擦力增大，主機的機械效率降低，能耗增加。當滑油被燃油等污染時，滑油的運動粘度減小，滑油的潤滑性能降低，甚至于出現(xiàn)干摩擦，不僅大大降低主機的機械效率，使得能耗增加，還會嚴重威脅主機的安全運行。

（4）注重燃油質(zhì)量、使用燃油添加劑改善柴油機的燃燒質(zhì)量提高設(shè)備的能效。

（5）隨時關(guān)注發(fā)動機監(jiān)測，必須保證主機的相關(guān)溫度 ,壓力等傳感器處于良好的工作狀態(tài)。

2）風機可控裝置：控制要求是按需求控制風機數(shù)量。

本輪按機艙設(shè)備工況需求合理進行有效通風，區(qū)分航行與停泊以及不同外界溫度對機艙/艙室風機的需求以提高能效。

3）焚燒爐的使用：控制要求是按公約要求執(zhí)行焚燒爐使用，污油送岸處理。

注意使用焚燒爐焚燒船舶垃圾時必須在規(guī)定區(qū)域，焚燒爐燃燒室工作溫度維持在850℃～1 200℃,爐灰送岸處理并記錄在《船舶垃圾記錄簿》。

4）柴油機的優(yōu)化：控制要求是維護設(shè)備，提高能效，減少能耗。

“新美洲”輪柴油機優(yōu)化目前已完成氣缸油注油器的改造，將原配的機械式注油器改為電子定時式注油器，大大降低了主機氣缸油的耗量。因其注油量隨主機負荷的變化而自動調(diào)節(jié)，適應(yīng)了主機運行超低負荷的要求，使得主機可以長期運行30%MCR，燃油的消耗明顯下降。

主機噴油器的改造也早已完成，噴油器的針閥偶件由原來的噴孔式改為滑閥式，改善了燃油噴射，特別是低負荷運行時噴射霧化效果更好，且噴油器不易積碳，延長了噴油器的拆檢周期，為主機運行 30%MCR 打下了基礎(chǔ)，也為下一步運行25%MCR 創(chuàng)造了條件，使得主機的燃油消耗進一步降低。

5）廢熱回收：控制要求是最大效能控制使用廢氣鍋爐，合理有效運行輔助鍋爐。

“新美洲”輪主機廢氣余熱回收是節(jié)省能源的一種十分行之有效的方法，主機廢氣鍋爐應(yīng)用和引用主機缸套水的余熱作為造水機加熱源均可降低能耗。

6）加強船舶能源管理：控制要求是設(shè)備正常運行無泄漏，船員節(jié)能意識在生活中的體現(xiàn)，船方與港方的配合。

“新美洲”輪加強空調(diào)和冰機的保養(yǎng)和使用管理，維護冷卻水、滑油熱交換器性能，根據(jù)具體海況海水泵、冷卻水泵臺數(shù)的合理選用將明顯提高能效；使用高效新型節(jié)能燈，培養(yǎng)船員節(jié)能意識；本輪配置岸電裝置，在美國洛杉磯港使用岸電。7）船岸聯(lián)系：控制要求是船舶及時掌握最新岸上各方信息。

“新美洲”輪及時關(guān)注的信息包括：調(diào)度中心燃料科信息、預配中心的預配信息、航線部門航線信息、安技部信息、船舶管理部信息、港口代理信息、港口調(diào)度的 ETA、ETD 等信息交流，以避免船舶非營運性停留導致的能耗。

5 加強船舶能效的監(jiān)測，實現(xiàn)船舶能效目標

“新美洲”輪船舶能效管理基準為：

能源強度指標（燃油單耗）為： 6.92 千克/(千噸海里)；營運能效平均指數(shù)（EEOI）為： 21.88×10-6噸/(噸海里)。

1）船舶單位運輸周轉(zhuǎn)量能耗指數(shù)（燃油單耗）為船舶單位運輸作業(yè)所消耗的燃油量，是通過消耗的燃油量與貨物周轉(zhuǎn)量（千克/TEU/人-海里）的比值，來衡量階段時期內(nèi)船舶能效的高低，其單位取決于所載貨物或所作的功的測量，例如千克／（千噸海里）或千克/（TEU海里）。

監(jiān)測方法一個航次的燃油單耗基本表達式為：

燃油單耗=ΣjFCj/(mcargo×D)

式中：●j 為燃油類型；●FCj為在航程中燃油j 的消耗量；●mcargo 為載貨量（以TEU 表示）；●D 為對應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

某段時間或多個航段的燃油單耗平均值計算公式為：

平均燃油單耗 =ΣiΣjFCij/Σi(mcargo,i×Di)

式中：●j 為燃油類型；●i 為航程數(shù)；●FCij為在航程 i中燃油 j 的消耗量；●mcargo為載貨量（以 TEU 表示）；●D為對應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。 如認為適當，可計算平均燃油單耗值的滾動平均指數(shù)以監(jiān)測船舶燃油消耗。2）船舶能效營運指數(shù)（EEOI）為船舶單位運輸作業(yè)所排放的CO2量，是通過消耗燃油所排放的CO2與貨物周轉(zhuǎn)量（噸/TEU/人-海里）的比值，來衡量階段時期內(nèi)船舶能效的高低，其的單位取決于所載貨物或所作的功的測量，例如噸 CO2／（噸海里）或噸CO2/（TEU海里）。

監(jiān)測方法一個航段EEOI的基本表達式為：

●j為燃油類型；●FCj為在航段中燃油 j的消耗量；●CFj為燃油 j的燃油量與CO2排放量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；●Mcargo為載貨量（以載重噸表示）；●D為對應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

某段時間或多個航段的EEOI平均值計算公式為：

●j為燃油類型；●i為航程數(shù)；●FCij為在航程 i中燃油 j的消耗量；●CFj為燃油 j的燃油量與 CO2排放量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；●mcargo,i為載貨量（以載重噸表示）；

●Di為對應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

CFj是燃油消耗量（單位 g）和基于碳含量的 CO2排放量（單位g）之間的無量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)。CFj值如下：

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6 結(jié)語

國際組織IMO已制定了《船舶能效管理計劃（SEEMP）制訂導則》和《船舶能效營運指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》，鼓勵船東和運營人將其納入環(huán)境管理體系來實施。降低船舶能耗、提高能源利用效率、減少 CO2排放造福人類，所有船舶均有義務(wù)為航運朝向低碳綠色方向發(fā)展作出自己的一份貢獻。

[1]IMO.MEPC.1/Circ.683《船舶能效管理計劃（SEEMP）制訂導則》。

[2]IMO.MEPC.1/Circ.684《船舶能效營運指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》。

[3]中海集裝箱運輸股份有限公司《船舶能效管理計劃》。