船舶設計節(jié)能減排技術策略研究

倪軍

摘 要：“節(jié)能減排”是時下最熱的社會議題，它由“意識”和“技術”兩部分構成，可改變現(xiàn)代化建設的方方面面。我國是造船大國，為確定正確的發(fā)展道路，研發(fā)高效的船舶技術，我國對節(jié)能減排技術的關注度遠遠高于其他國家。基于此，該文將結合節(jié)能減排技術在綠色環(huán)保共性研究中的應用地位，深度解析船舶設計的重難點問題，并提出合理性的對策建議。

關鍵詞：船舶設計 節(jié)能減排 技術策略 研究與分析 對策建議

中圖分類號：U662 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0051-01

由于全球氣候變暖，人類生活的自然環(huán)境發(fā)生了急速轉變，能源緊缺、環(huán)境惡化等現(xiàn)象給經(jīng)濟發(fā)展帶來了沉重的無形枷鎖。中國正在進入節(jié)能減排時代，船舶航運作為貿易運輸?shù)闹黧w，其能源結構和廢氣排放對自然環(huán)境的影響很大，因此從船舶設計入手，研究節(jié)能減排技術，以盡可能地減少船舶航運對環(huán)境的不利影響。

1 我國船舶行業(yè)節(jié)能減排技術的發(fā)展現(xiàn)狀

《國際防止船舶造成污染公約》、《控制和管理船舶壓載水和沉積物國際公約》是船舶設計有關節(jié)能減排的重要條款，其主要目的在于降低船舶對其航運路線周邊環(huán)境的污染和影響。我國在“綠色標準革命”下，對船舶工業(yè)發(fā)展格局做出了大刀闊斧的改革和調整。除分階段提高空氣污染的限制標準、分階段對船舶發(fā)動機的燃油含硫量、NOX進行集中控制之外，我國在船舶能效管理計劃、設計指數(shù)、運營指數(shù)等方面都進行了多次修訂和調整。由此可見，在國際競爭壓力和經(jīng)濟市場需求的雙重影響下，節(jié)能減排技術已經(jīng)成為船舶工業(yè)建設的有力競爭手段，其發(fā)展狀態(tài)不容忽視。

2 節(jié)能減排的應對措施

船舶在航運過程中會釋放出大量的碳化物、硫化物、氮化物，產(chǎn)生噪音、壓載水、生活垃圾等污染物，這些污染涉及到船舶運營的多個工作系統(tǒng)，所以要想實現(xiàn)節(jié)能減排，必須從多角度、多方面入手，利用節(jié)能減排技術，設計、控制污染，降低能耗，具體內容包括：

2.1 降低船舶阻力

減小船舶阻力，是降低能源消耗、減少排放的最佳途徑。而影響船舶阻力最大的因素是船舶線型，一般情況下，船身會選擇低阻力線型設計方案，最簡便有效的方法是采用母型船法，改良母型船的線型為新船所用；亦可采用成本相對較高的船模試驗法，利用水對船體的阻力測量和監(jiān)控，計算船舶在單位時間內的排水量、浮心位置、阻力大小等指標數(shù)據(jù)，以選取最合理、科學的船型尺度比。通過這些方法，最終確定性能優(yōu)良的船舶線型。

船舶面對的是海上復雜多變的海洋環(huán)境，船舶設計時應研究風浪、流速等環(huán)境要素對船舶阻力的影響，為了降低風浪影響和運行阻力，設計人員應該依照運行數(shù)據(jù)，調整船身浮態(tài)，縮小上層建筑的擋風面積?？傊绊懘白枇π阅艿囊蛩厥嵌喾矫娴?，設計人員應從綜合角度出發(fā)，在滿足總體設計的基礎上，著力選取優(yōu)良的船舶型線，降低風阻和波浪阻力。

2.2 提高推進效率

要達到優(yōu)良的推進效率，除了設計合理型線的設計外，重要的是保證船、機、槳的良好匹配，即主力發(fā)出的功率與螺旋槳的負荷及船舶的有效馬力是吻合的，通俗的講就是主力功率不浪費、也不欠缺。根據(jù)船舶的主機配置情況，適當提高主機的動力能量，擴大船槳面積、采用新式材料等，都是船舶設計中影響船舶推進效率的關鍵。

采用各類節(jié)能附體也是一種很有效的途徑，如“螺旋槳整流罩”是現(xiàn)代船舶節(jié)能減排設計最成功的一項技術改革，其運行原理在于通過控制螺旋槳尺寸，使船舶脫離高負荷、低航速的運行狀態(tài)，平衡槳軸上、下流場，讓舵的左、右部分能夠相互配合，完成航運任務。從工程建設角度看，加裝舵前緣整流體也可提高船舶推進效率，因為其也可以起到降低槳轂產(chǎn)生的渦流、能量損失目的。

船舶設計應協(xié)調好主機與船舶航運速度之間的能源輸入、輸出配合，做到控制有效、節(jié)能減排。

2.3 引進節(jié)能設備

在船舶設計中，船、機、漿是關鍵，所以它們是節(jié)能減排技術的主要應用載體和研究對象，在變頻技術、柴電混合動力技術、動力節(jié)能技術、主輔機智能技術的影響下，船舶設計對節(jié)能設備的引用率大大提升了。目前，我國大多數(shù)船舶使用的是169-177g/kW·h柴油機，其不僅投資成本高，生命周期也不長。在節(jié)能減排技術的幫助下，船舶設計已開始引入6RT-flex68-D主機，其功率最大，但能耗卻小很多，粗略計算，它可以節(jié)省5.34%的能源。數(shù)據(jù)證明，節(jié)能設備具有一定的“節(jié)能功效”，它能夠轉變船舶設計結構的基本布局、結構，進而實現(xiàn)能源的有效傳遞、使用。由此可見，節(jié)能設備對船舶節(jié)能狀態(tài)、能力的影響很大，無論是能源消耗、轉化，還是能源積累，節(jié)能設備都能夠在其中發(fā)揮正向影響力。

2.4 開發(fā)新能源

不可再生能源有限，使用價值、代價昂貴，對于能源消耗量極大的船舶行業(yè)來講，開發(fā)新能源是一個刻不容緩的研究議題。目前，核能、風能、太陽能、燃料電池等新能源已逐漸進入船舶行業(yè)，雖引用效果不佳，但已有許多技術上的突破。如：廢熱利用技術，船舶在熱交換、熱輻射等工作形式中會消耗、浪費掉大量的熱能，通過廢熱回收，這些熱能可以轉變成動能，急需為船舶提供運行能量。又如：廢氣處理技術，在船舶中安裝廢氣凈化器，依靠廢氣循環(huán)系統(tǒng)，消耗對海洋環(huán)境有污染的氣體，一來可以降低船舶減排壓力，二來可以實現(xiàn)船舶節(jié)能減排設計需要。因此，新能源是船舶設計的又一大突破口，但為避免船舶結構混亂、造成運行障礙，在設計、添置新能源處理系統(tǒng)時，應密切關注船舶各生產(chǎn)系統(tǒng)的配合。

通過上文對船舶設計節(jié)能減排技術策略進行系統(tǒng)分析可知，節(jié)能減排技術是我國船舶工業(yè)向前發(fā)展的重要媒介，也是我國實現(xiàn)“綠色船舶”的關鍵技術。因此，我國一定要在履行國際公約的基礎上，強化節(jié)能減排技術的發(fā)展與應用，不斷調整應對策略，加大科研投入，只有這樣，我國船舶也才能真正進駐世界前列。

參考文獻

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