船舶設(shè)計(jì)中的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用研究

馬化錚，郭文菁

（1.武漢船舶設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430000；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所，湖北 武漢 430000）

船舶設(shè)計(jì)中的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用研究

馬化錚1，郭文菁2

（1.武漢船舶設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430000；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所，湖北 武漢 430000）

在當(dāng)今社會(huì)，節(jié)能減排為一項(xiàng)熱門的社會(huì)議題，其由“技術(shù)”與“意識(shí)”組成，能夠?qū)ΜF(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)方面產(chǎn)生影響。由于我國(guó)在全球范圍內(nèi)屬于造船大國(guó)，因此，為了保證船舶制造行業(yè)發(fā)展道路的正確性，提升船舶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的高效性，國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)更應(yīng)高度關(guān)注節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用效能。對(duì)此，本研究深入分析了節(jié)能減排技術(shù)的現(xiàn)實(shí)地位，通過分析船舶設(shè)計(jì)過程中節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用存在的問題與不足，提出相對(duì)應(yīng)的解決方案。

節(jié)能減排；船舶設(shè)計(jì)；技術(shù)應(yīng)用；策略

自進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國(guó)面臨著節(jié)能減排的關(guān)鍵任務(wù)，作為貿(mào)易運(yùn)輸主要方式，船舶航運(yùn)產(chǎn)生的廢氣排放、能源結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響自然環(huán)境。為此，船舶設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合節(jié)能減排技術(shù)，以便合理控制船舶對(duì)于自然環(huán)境、海洋環(huán)境等產(chǎn)生的不良影響。

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

現(xiàn)階段，與船舶設(shè)計(jì)中的節(jié)能減排相關(guān)的條款主要包括《控制和管理船舶壓載水和沉積物國(guó)際公約》、《國(guó)際防止船舶造成污染公約》等，此類條款的實(shí)施目標(biāo)為降低船舶產(chǎn)生的污染，維護(hù)周邊環(huán)境。在“綠色航運(yùn)革命”中，我國(guó)政府部門對(duì)船舶行業(yè)的未來發(fā)展模式做出了調(diào)整與改革，例如，政府決定分階段集中控制NOX、燃油含硫量，分階段提高限制空氣污染的標(biāo)準(zhǔn)。另外，我國(guó)針對(duì)船舶行業(yè)運(yùn)營(yíng)指數(shù)、設(shè)計(jì)指數(shù)、管理計(jì)劃等方面，提出了多次調(diào)整與修改。這就表明，在同時(shí)面臨經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)發(fā)展需求與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)壓力的背景下，船舶行業(yè)需將節(jié)能減排轉(zhuǎn)換成有力的競(jìng)爭(zhēng)工具，即不可忽視節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

2 節(jié)能減排的應(yīng)對(duì)措施

（1）降低船舶阻力。降低船舶阻力為減少船舶排放、降低能源損耗的有效途徑。其中，對(duì)于船舶阻力而言，船舶線型為關(guān)鍵因素。通常情況下，船舶制造公司會(huì)選擇阻力較低的船舶線型設(shè)計(jì)方案，諸如母型船法，即在優(yōu)化母型船的同時(shí)，將其應(yīng)用于新船。此外，部分船舶制造公司選擇使用船模試驗(yàn)方法，該種方法充分利用水、監(jiān)控、測(cè)量船舶阻力，并計(jì)算在一定時(shí)間范圍內(nèi)，船舶的阻力大小、浮心位置、排水量等指標(biāo)，以便引導(dǎo)船舶制造企業(yè)選擇科學(xué)、合理的船型尺度比例。

船舶所處的海洋環(huán)境復(fù)雜、多變，因此，在設(shè)計(jì)船舶的過程中，設(shè)計(jì)人員需掌握環(huán)境因素，諸如流速、風(fēng)浪對(duì)船舶阻力的影響，其目標(biāo)為采取合理措施控制運(yùn)行阻力與風(fēng)浪影響。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)做到以運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，縮小擋風(fēng)面積，合理調(diào)整船舶浮動(dòng)狀態(tài)。正是因?yàn)榇白枇π阅芘c多種因素之間息息相關(guān)，所以，設(shè)計(jì)人員需綜合考慮各個(gè)角度，以滿足船舶總體設(shè)計(jì)目標(biāo)為基礎(chǔ)，致力于降低波浪阻力、風(fēng)阻力，選擇最為合理的船舶線型。

（2）提高推進(jìn)效率。為提高船舶設(shè)計(jì)中節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)效率，設(shè)計(jì)人員不僅要提高船舶線型的合理性，還需注意保證船槳、船機(jī)等匹配程度，實(shí)現(xiàn)船舶有效馬力、螺旋槳負(fù)荷量、主力功率的吻合性，從而做到主力功率的滿足與有效利用。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以船舶主機(jī)狀態(tài)為依據(jù)，確定主機(jī)動(dòng)力能量調(diào)控范圍，積極采用新型的材料，此亦為提高船舶推進(jìn)效率的重要因素。

節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，可被稱為提高船舶推進(jìn)效率的關(guān)鍵性手段。其中，螺旋槳整流罩為節(jié)能減排技術(shù)中的成功表現(xiàn)，其運(yùn)行原理是指，在調(diào)整螺旋槳尺寸的前提下，促使船舶擺脫低航速、高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，平衡螺旋槳軸線流場(chǎng)，以便提高船舵左右兩方的配合程度，最終完成航運(yùn)目標(biāo)。此外，在工程建設(shè)方面，在船舵前安裝整流體，有助于控制槳轂產(chǎn)生的能量損失，所以，該種方法可提高船舶推進(jìn)效率。

（3）引進(jìn)節(jié)能設(shè)備。在船舶設(shè)計(jì)方案中，船槳、船機(jī)、船身為關(guān)鍵部分，因此，該三者為船舶設(shè)計(jì)中節(jié)能減排技術(shù)的研究對(duì)象與應(yīng)用載體。同時(shí)，在主輔機(jī)職能技術(shù)、動(dòng)力節(jié)能技術(shù)、混合動(dòng)力技術(shù)、變頻技術(shù)的作用下，船舶設(shè)計(jì)工作顯著提高了節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用效率。現(xiàn)階段，我國(guó)大多數(shù)進(jìn)入航運(yùn)階段的船舶柴油機(jī)功率為169～177g/kW·h，該種柴油機(jī)生命周期短、投資成本高。而在應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)之后，船舶設(shè)計(jì)方案中突出了6RT-flex68-D主機(jī)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，例如，該主機(jī)能耗小、功率大，可節(jié)約6%的能源。相關(guān)調(diào)查顯示，節(jié)能設(shè)備自身帶有一定程度的節(jié)能作用，可調(diào)整船舶設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與布局，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源使用、傳遞的高效性。這就表明，節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用，可提升船舶節(jié)能能力，調(diào)整船舶節(jié)能狀態(tài)，且無論是在能源轉(zhuǎn)化、能源消耗方面，還是在能源積累方面，節(jié)能設(shè)備均可以發(fā)揮積極的影響作用。

（4）開發(fā)新能源。由于不可再生資源具備代價(jià)昂貴、使用價(jià)值高、能源有限等客觀特點(diǎn)，因此，對(duì)于船舶行業(yè)而言，其在面臨船舶制造能源消耗量大等問題的前提下，促使新能源開發(fā)成為了一項(xiàng)重要的研究議題。近年來，我國(guó)船舶行業(yè)開始引進(jìn)了新型能源，諸如燃料電池、太陽能、風(fēng)能、核能等，但是上述能源的引用效果并不明顯。然而，在船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展過程中，許多能源開發(fā)在技術(shù)上有所突破，例如，由于船舶在熱輻射、熱交換等工作中，會(huì)浪費(fèi)、消耗大量的熱能，因此，通過利用廢熱技術(shù)，可回收廢熱，并隨之將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，從而為船舶提供日常所需的能量。再如，在船舶設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用廢氣處理技術(shù)，即在船舶上安裝廢氣凈化器，充分利用廢氣循環(huán)系統(tǒng)的作用，將能夠污染海洋環(huán)境的不良?xì)怏w轉(zhuǎn)換成良性氣體。因此，廢氣處理技術(shù)可在一定程度上降低船舶面臨的減排壓力，體現(xiàn)節(jié)能減排技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)方面的現(xiàn)實(shí)意義。由此可見，為完善船舶設(shè)計(jì)方案，使其滿足現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)人員需以新能源作為突破口，以免在后期航運(yùn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)運(yùn)行障礙、結(jié)構(gòu)混亂等問題。另外，在設(shè)計(jì)新能源處理系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需綜合考慮船舶各子系統(tǒng)之間的配合度。通過深入分析船舶設(shè)計(jì)中節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用背景與優(yōu)勢(shì)，可了解到對(duì)于我國(guó)現(xiàn)階段的船舶行業(yè)而言，節(jié)能減排技術(shù)為打造“綠色船舶”的重要技術(shù)支撐。

［1］譚親明，胡以懷，張旭升.現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程，2015，33（7）：76-80.

［2］嚴(yán)新平，萬江龍，袁裕鵬，等.運(yùn)河船舶岸基能源推進(jìn)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)建［J］.船海工程，2015，44（3）：159-163.

［3］李安國(guó)，陳爐云，張?jiān)７?高速布置型船舶的風(fēng)帆設(shè)計(jì)及綜合效能分析［J］.船舶工程，2015，（7）：54-58.

馬化錚（1987-），江蘇徐州人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：船舶機(jī)械。