船舶節(jié)油技術(shù)綜述

常國(guó)強(qiáng)

（中遠(yuǎn)集裝箱運(yùn)輸有限公司 上海 200080）

為建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會(huì)，我國(guó)工業(yè)在現(xiàn)代化發(fā)展的浪潮下越來(lái)越將可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略放在首位。燃油價(jià)格的不斷攀升使航運(yùn)企業(yè)的效益急劇下降，造成如今航運(yùn)市場(chǎng)不景氣的現(xiàn)狀，航空運(yùn)輸企業(yè)如何在這么嚴(yán)峻的形勢(shì)下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與企業(yè)的利益最大化，其關(guān)鍵因素在于船舶節(jié)油技術(shù)的不斷改進(jìn)，在動(dòng)力系統(tǒng)、能源選擇以及能量再利用等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)的改進(jìn)，從而降低企業(yè)燃油成本。筆者分析了近年來(lái)船舶節(jié)油技術(shù)在各個(gè)方面的突破，希望能為節(jié)油技術(shù)其它方面的改進(jìn)提出參考。

1 船舶節(jié)油管理措施

1.1 優(yōu)化內(nèi)部節(jié)能，調(diào)整結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，油價(jià)越來(lái)越高，而在船舶節(jié)油技術(shù)的管理方面，經(jīng)濟(jì)航速在航運(yùn)公司中的使用越來(lái)越廣。經(jīng)濟(jì)航速主要包括絕對(duì)經(jīng)濟(jì)航速和相對(duì)經(jīng)濟(jì)航速兩種，利用這兩種經(jīng)濟(jì)航速在船舶使用中進(jìn)行指導(dǎo)，調(diào)整船舶內(nèi)部節(jié)能結(jié)構(gòu)，如優(yōu)化壓載和調(diào)整最佳傾角。在經(jīng)濟(jì)效益的原則指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建立經(jīng)濟(jì)航速計(jì)算模型，計(jì)算船舶的壓載和最佳傾角，利用船舶傾斜儀測(cè)定船舶傾角（包括左右傾角、橫傾、縱傾）。為了降低船舶運(yùn)營(yíng)成本還要完善其壓載系統(tǒng)，壓載系統(tǒng)不僅要保持船只空載的穩(wěn)定性，又要保證重載時(shí)的適航性。在調(diào)整壓載系統(tǒng)的過(guò)程中，可以調(diào)整壓載艙中的壓載吸口大小，在設(shè)置壓載總管時(shí)可以將壓載艙和掃艙的壓載管連在一起。結(jié)合燃油成本控制理論進(jìn)行船舶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，達(dá)到節(jié)油的目的。

1.2 改善原油的調(diào)節(jié)比例

國(guó)際燃油價(jià)格的快速上漲使得船舶燃油成本不斷上升，尤其是到2015年歐盟即將公布的強(qiáng)制使用低硫燃油的規(guī)定，燃油成本會(huì)更高。如圖1所示為燃料油國(guó)內(nèi)價(jià)格2013-1-1到2013-3-31的180cst價(jià)格走勢(shì)圖，價(jià)格增幅很大。航運(yùn)公司可通過(guò)減少燃油消耗量降低燃油成本，因此可使用價(jià)格便宜的高粘度燃油380cst，380cst燃油是在50℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大于等于380平方毫米/s的燃油，在總的價(jià)格走勢(shì)中價(jià)格變動(dòng)不大。其次，可以在正常使用的燃油中加入添加劑以增加燃燒值，通過(guò)合理的計(jì)算確定合適的原油調(diào)節(jié)比例。

1.3 船體改造優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖1 燃料油國(guó)內(nèi)價(jià)格2013-1-01至2013-3-31走勢(shì)圖

船體改造優(yōu)化的目的是通過(guò)對(duì)船舶線性優(yōu)化、動(dòng)力推進(jìn)和船配件等三個(gè)方面的改進(jìn)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)油。首先，在船舶線性優(yōu)化過(guò)程中，主要包括對(duì)船舶尾部形狀的改造，船舶線性優(yōu)化技術(shù)以球尾船型設(shè)計(jì)為例，依據(jù)主要原理為流體力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)球尾產(chǎn)生與船尾尾波的計(jì)算，預(yù)測(cè)出船體的吃水線長(zhǎng)度，以期起到消波壓浪的作用，由尾流影響整流從而增加船舶推進(jìn)效率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)算出主機(jī)功率節(jié)約了8%以上。其次，營(yíng)運(yùn)節(jié)油中以優(yōu)化船舶航線實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)航速。第三，船配件產(chǎn)品如減阻節(jié)能球鼻艏在降低興波阻力中的應(yīng)用，以及槳后自由旋轉(zhuǎn)助推葉輪的改進(jìn)，助推葉輪可以提高6%—9%的船舶推動(dòng)力。

1.4 動(dòng)力設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先，在推進(jìn)船舶動(dòng)力中，螺旋槳的改進(jìn)可以最大程度上提高航船推動(dòng)力，螺旋槳的工作效率與直徑大小密切相關(guān)，確定合理的螺旋槳的葉片面積可以提高氣蝕余量利用率，降低其摩擦損失，從而間接提高船舶驅(qū)動(dòng)效率，降低燃油使用。第二，調(diào)整噴油定時(shí)設(shè)備，在行進(jìn)阻力較小時(shí)可以減少噴油量，節(jié)省燃油使用量。第三，船舶上耗能最大的動(dòng)力系統(tǒng)是引擎，可以在三個(gè)方面優(yōu)化主機(jī)，即降低能量轉(zhuǎn)換損失、減少推進(jìn)功率和新能源的開發(fā)。新型的電子智能式主機(jī)是通過(guò)液壓機(jī)械系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)推動(dòng)功能的，由于電子智能主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)地測(cè)量，以共軌燃油噴射技術(shù)為代表，新型主機(jī)的研發(fā)提高了燃油使用率，降低了環(huán)境污染同時(shí)節(jié)約了航運(yùn)成本。

1.5 自然影響因素

2013年，國(guó)內(nèi)某遠(yuǎn)洋集裝箱運(yùn)輸公司通過(guò)對(duì)比多家燃油供應(yīng)商的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，將燃油選擇定位于俄羅斯遠(yuǎn)東港口燃油供應(yīng)地。充分考慮到地理位置和季節(jié)的優(yōu)勢(shì)，扣除俄羅斯加油的港口使費(fèi)及船舶繞航成本，直接節(jié)約燃油成本達(dá)500多萬(wàn)美元。自然因素的影響還包括氣候、潮汐等，以風(fēng)向舉例，可以在頂風(fēng)環(huán)境下合理安排出航時(shí)間，既可節(jié)省航行時(shí)間又可節(jié)約燃油。

1.6 其他非自然因素

已經(jīng)分析了很多與節(jié)油技術(shù)直接相關(guān)的技術(shù)，如動(dòng)力系統(tǒng)、主機(jī)、螺旋槳的改進(jìn)以及環(huán)境因素的綜合考慮，還需要在航船保養(yǎng)方面加大力度，同時(shí)合理選擇航線，此外，在相關(guān)工作人員的培訓(xùn)中要加強(qiáng)節(jié)油意識(shí)的培養(yǎng)等。

2 節(jié)油技術(shù)組合設(shè)計(jì)分析

2.1 主機(jī)作為船舶上耗能最大的動(dòng)力系統(tǒng)，其技術(shù)改造設(shè)計(jì)過(guò)程要考慮到時(shí)間、燃油利用率以及改造成本等多項(xiàng)因素，通過(guò)綜合分析主機(jī)滑閥式噴油器技術(shù)、電子控制氣缸油注油器技術(shù)、封堵主機(jī)增壓器以及船舶吃水差優(yōu)化系統(tǒng)等多項(xiàng)主機(jī)改進(jìn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，推薦使用電子控制氣缸油注油器技術(shù)改造，在電子智能化控制下，在燃油注入時(shí)壓力的掌控范圍較好，適當(dāng)?shù)娜加蛪毫κ蛊潇F化，增加了燃燒利用率，充分燃燒的情況下也降低了SO2、一氧化氮、CO等有毒氣體的生成。國(guó)內(nèi)某大航運(yùn)公司先后完成了30余艘船舶電子控制氣缸油注油器技術(shù)改造，與改造前相比，氣缸油日耗量降低約20%左右。

2.2 在節(jié)能減排的主要措施中，還可以加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)的排氣和冷卻水的余熱再利用，柴油機(jī)的排氣溫度可達(dá)到250℃以上，因此二次吸收排氣的高溫能力可以供應(yīng)船舶的燃油加熱等。

2.3 在船舶的動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)的前提下，推進(jìn)船舶動(dòng)力中的螺旋槳的改進(jìn)可以最大程度上提高航船推動(dòng)力，螺旋槳的做功效率與直徑大小密切相關(guān)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)具有較低轉(zhuǎn)速而直徑相對(duì)較大的螺旋槳，因此伴流分?jǐn)?shù)會(huì)降低，增大船舶推進(jìn)效率；此外，還可以通過(guò)內(nèi)旋槳的設(shè)立提高推進(jìn)力，主要依據(jù)反槳效應(yīng)，內(nèi)旋槳方向與來(lái)流流入槳盤的切向速度呈180℃角，在一定程度上降低了推力減額值。

3 改善的節(jié)油環(huán)境分析

2011年的聯(lián)合國(guó)報(bào)告指出，全球范圍內(nèi)的環(huán)境承載污染已達(dá)到上限，必須全力實(shí)現(xiàn)技術(shù)改進(jìn)，為避免環(huán)境污染和氣候變換帶來(lái)的災(zāi)難性的后果，各行各業(yè)均要加強(qiáng)技術(shù)改進(jìn)。節(jié)約燃油在降低企業(yè)成本的同時(shí)也減少了溫室氣體的排放。在剛過(guò)去的“十一五”期間,中國(guó)航運(yùn)企業(yè)、煤炭企業(yè)、石油企業(yè)乃至餐飲服務(wù)業(yè)均以節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)企業(yè)發(fā)展，最后中國(guó)實(shí)現(xiàn)了單位GDP能耗總體降低20%的戰(zhàn)略目標(biāo)。船運(yùn)行業(yè)更要為降低環(huán)境污染不斷完善和改進(jìn)節(jié)油技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

為建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會(huì)，我國(guó)工業(yè)在現(xiàn)代化發(fā)展的浪潮下越來(lái)越將可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略放在首位。燃油價(jià)格的不斷攀升要求船舶行業(yè)要以經(jīng)營(yíng)增效和能源降耗為核心，不斷強(qiáng)化工作人員的節(jié)油意識(shí)，抓住近年來(lái)船舶節(jié)油技術(shù)在各個(gè)方面完善和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)油技術(shù)新的突破。

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