船舶節(jié)能減排技術的應用淺述

張貴虎+秦金楊

【摘 要】隨著物流業(yè)的進一步發(fā)展，其數(shù)量在不斷增加。船舶作為能耗大戶，對其進行節(jié)能減排技術改造，具有重要的現(xiàn)實意義，文章首先對船舶節(jié)能減排的意義進行了闡述，接著對節(jié)能型船舶的發(fā)展趨勢和在研發(fā)中存在的問題進行了細致的分析，最后重點探討了船舶節(jié)能減排技術的應用。

【關鍵詞】船舶；節(jié)能減排；應用

前言

作為海上重要的交通運輸工具，不僅要確保船舶的可靠性高和速度快，而且需要處理好船舶設計節(jié)能減排技術問題。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。

一、船舶節(jié)能減排的意義

船舶作為海上運輸?shù)闹饕ぞ?，他具有通過能力大、運費低廉、運輸量大等特點，目前，國際貿易總運量的三分之二，我國進出口貨運總量的90%都是利用海上運輸。隨著物流業(yè)的進一步發(fā)展，其數(shù)量也在不斷增加。而船舶作為能耗大戶，對其進行節(jié)能減排技術改造，保護環(huán)境，具有重要的現(xiàn)實意義。國際航運業(yè)對環(huán)境到底產生了多大的影響？眾多的研究表示船舶的二氧化碳排放量估計占世界二氧化碳排放總量的1.8%到4.5%。而且該數(shù)字還將隨著世界貿易活動和國際航運量的增長而不斷增長。除排放二氧化碳外，船舶動力裝置還會排放一氧化碳、氮氫化合物、硫化物、微粒等有害物質，這些都會對海洋環(huán)境造成影響和破壞。

二、節(jié)能型船舶的發(fā)展趨勢和在研發(fā)中存在的問題

（一）節(jié)能型船舶的發(fā)展趨勢

目前節(jié)能減排已經成為船舶行業(yè)關注的重要問題，選擇節(jié)能型船舶是節(jié)能減排的重要因素。選擇節(jié)能型船舶需要堅持的兩個原則：1）根據(jù)不同的地形，不同河流，選擇不同的節(jié)能型船型；2）根據(jù)經濟效益因素選擇不同的節(jié)能型船型。節(jié)能型船舶除了船型、螺旋槳等因素影響節(jié)能外，還存在許多因素，比如航速和外界條件等。

（二）節(jié)能型船舶在研發(fā)中存在的問題

1.政府支持力度不夠

節(jié)能型船舶的研發(fā)與推廣需要大量的資金，因此節(jié)能型船舶必須得到政府的大力支持才能取得明顯的進步，但是部分政府對于節(jié)能型船舶的環(huán)保作用認識不到位，并沒有給予資金以及政策上的支持，這是節(jié)能型船舶在研發(fā)中存在的主要問題。

2.節(jié)能環(huán)保意識不強

人們對于環(huán)境保護的意識不強，必須依靠宣傳才能增強節(jié)能減排的意識。節(jié)能型船舶的宣傳力度不夠，導致決策者以及船東對節(jié)能型船舶的認識不夠，從而影響節(jié)能型船舶的研發(fā)和推廣。

3.短期經濟利益的影響

節(jié)能型船舶的造價較高，受經濟利益的影響，大多數(shù)船東會選擇造價低、短期經濟效益高的船舶，一般不會選擇造價高的節(jié)能型船舶。

4.基礎設施的制約

目前我國中一半的航道存在機械化程度低、技術條件差、工作效率低等問題，這些問題影響大型節(jié)能型船舶的推廣。

5.缺乏法律保障

近年來環(huán)境污染日益嚴重，需要利用法律對環(huán)境保護進行制約，目前船舶的能耗對環(huán)境污染造成的影響非常的大，由于缺乏法律保障，對于環(huán)保型船舶沒有明確的規(guī)定，導致節(jié)能型船舶推廣受到阻礙。

三、船舶節(jié)能減排技術的應用

（一）船體減阻降耗

船舶船體減阻降耗是船舶節(jié)能減排重要手段之一。從船舶設計層面上講，船體減阻降耗可以從船體低阻力線型設計、浮態(tài)調整、船舶船體表面減阻以及低風阻上層建筑等方面進行設計研究。低阻力線型設計主要包括線型優(yōu)化和總體設計優(yōu)化兩個方面，如下圖3.1所示。低阻力線型設計中的總體設計優(yōu)化指的是設計優(yōu)化人員根據(jù)設計經驗和母型船等，在保證船舶具有足夠排水量的前提下，調整方形系數(shù)和浮心位置，選取合適的船型尺寸比。而線型優(yōu)化則指的是船舶船體線型的UV度、水線進流角以及去流角等的設計對船舶船體阻力具有一定的影響，設計優(yōu)化人員依靠模型試驗和CFD手段等，反復調整船舶線型，并最終確定船體的低阻力線型。船舶在實際航行中的阻力不僅僅取決于船舶的靜水阻力，還與航線上風浪流等環(huán)境因素有關，研究人員對船舶在多種轉載工況下的阻力性能進行研究，實現(xiàn)了在全航程多工況下船舶綜合阻力性能全面提升的目標，從而形成了船舶船體減阻降耗的浮態(tài)調整方法。低風阻上層建筑則指的是設計人員通過優(yōu)化船舶船體上層建筑的外形，降低風阻力，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

（二）使用經濟航速

船舶的燃油消耗是一種綜合反映船舶節(jié)能減排技術與經濟性的指標，其與船舶航速息息相關。在實際的船舶運行過程中，經濟航速的概念主要有三種，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油費用航速，實際意義上的經濟航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有鍋爐、船舶主機以及發(fā)電柴油機等，其中最重要的耗油就是船舶主機耗油，其重要的耗油特點就是在運行船舶主機時，船舶功率和船舶航速之間具有三次方關系，因此應適當?shù)亟档痛昂剿?。從實際的船舶運行方面進行考慮，當船舶轉速和功率變化時，船舶主機消耗燃油量就會受到船速、換氣量以及噴油量的影響，因此就要找到一個船舶航速和耗油的最佳平衡點。最佳平衡點主要從以下幾個方面進行考慮：船舶航速和主機耗油量關系、船舶耗油設備的狀態(tài)、船舶運營年限、船舶航行條件、船舶實際的運行路線等。因此，船舶使用經濟航速的基本原理就是工作人員在主機安全的轉速范圍內，根據(jù)主機實際的運行情況，找到船舶耗油和航速最佳的平衡點。

（三）提高推進效率

提高船舶推進效率主要有改進尾部伴流場、主機降功率使用等方式，改進尾部半流場指的是在船舶船體上加裝螺旋槳整流罩，這種技術主要應用到對螺旋槳尺寸有限制的以及拖輪等高負荷低航速的船舶。加裝螺旋槳整流罩后的螺旋槳后流場、槳軸上下不完全對稱，其螺旋槳槳軸上方流場偏右，槳軸下方流場偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，來分別對齊螺旋槳后流場，進而減少船舵所受扭矩，這種節(jié)能措施可在服務航速工況下節(jié)省4%的功率。主機降功率使用指的是將船舶主機的功率降低，進而降低船舶燃油消耗率，達到船舶節(jié)能的目的。這種節(jié)能技術較為成熟，雖然初次投入成本較大，但從整個船舶生命周期來看，該節(jié)能技術經濟性較好。目前，很多的大型船舶公司可以接受這種優(yōu)化設計方案，其通過主機的優(yōu)化配置可實現(xiàn)3%―6%的降耗。

（四）廢熱回收及廢氣處理

船舶廢熱回收及廢氣處理也是一種較為重要的船舶節(jié)能減排手段，其中船舶廢熱回收主要指的是船舶廢熱利用技術，在船舶燃油消耗中，大概有50%的熱量以熱輻射、廢氣以及熱交換的形式浪費掉。船舶主機廢熱利用透平轉化功率為最大功率的0.6%到4%，這種利用技術初次投入資金較多，多用在大型集裝箱船上；船舶主機冷卻水廢熱再利用則可對船舶掃氣和缸套的廢熱進行再次利用，從而提高2%到3.5%的主機功率，這種回收系統(tǒng)較為復雜，通常需要與蒸汽透平和廢氣透平等聯(lián)合使用，因此多用在大型集裝箱船上。

四、結束語

綜上所述，設計節(jié)能減排技術在船舶中，對于船舶設計節(jié)能減排技術應當從原理進行研究，重視船舶能效設計指數(shù)及其影響，最大限度的善船舶的環(huán)境。

參考文獻：

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