船舶節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用及措施探討

呂一涵

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430010）

0 引言

要想實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境保護(hù)是各行業(yè)、領(lǐng)域都必須重視的問(wèn)題。船舶運(yùn)輸作為海上運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，在航運(yùn)的過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣排放會(huì)對(duì)海洋環(huán)境和空氣造成污染。因此，在船舶運(yùn)行的設(shè)計(jì)和裝置中要充分利用節(jié)能減排技術(shù)，科學(xué)有效地提高船舶運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍剩档痛斑\(yùn)行中的能源耗費(fèi)和污染物排放，保護(hù)海洋和生物環(huán)境[1]。

1 船舶節(jié)能減排的內(nèi)涵以及重要性

船舶節(jié)能減排從實(shí)際意義上出發(fā)就是提高船舶的能源利用效率和運(yùn)輸效益，降低能源消耗；利用較少的能源消耗量來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶的高效運(yùn)輸。船舶的運(yùn)輸含量和油量的價(jià)格之比為運(yùn)輸船舶燃料費(fèi)用的重要運(yùn)行指標(biāo)，需要乘以船舶運(yùn)行中消耗的燃油量。要想達(dá)到節(jié)能的目的，必須適當(dāng)降低消耗的燃油量，使用性價(jià)比高的燃料，可提高船舶的運(yùn)輸效率。

采用節(jié)能減排技術(shù)作為航運(yùn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)提高船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益有著重要的作用。船舶節(jié)能減排技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，作為船舶運(yùn)輸行業(yè)落實(shí)企業(yè)以及國(guó)家科學(xué)發(fā)展觀的重要方向和關(guān)鍵步驟，對(duì)實(shí)現(xiàn)和發(fā)展生態(tài)發(fā)展以及和諧社會(huì)具有重要意義。我國(guó)針對(duì)船舶運(yùn)輸相關(guān)行業(yè)有著明確規(guī)定，到2020 年CO2的排放量至少要降低至60%，要求船舶在運(yùn)輸單位內(nèi)的運(yùn)輸周轉(zhuǎn)能量消耗要降低至15%。因此，船舶的節(jié)能減排技術(shù)符合我國(guó)的具體國(guó)情，也是對(duì)我國(guó)法律法規(guī)強(qiáng)制性要求的滿足。在現(xiàn)實(shí)的船舶運(yùn)輸中，相關(guān)工作人員需要以船舶的運(yùn)行航線、船舶的運(yùn)行工況以及其他實(shí)際情況，作為重要的依據(jù)，對(duì)船舶耗油等各方面的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和修正，來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)收集和分析船舶節(jié)能減排方式的目的，為滿足船舶運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需要打好基礎(chǔ)[2]。

2 船舶節(jié)能減排的影響因素分析

2.1 船舶自身的性能

船舶自身的性能是影響船舶運(yùn)行中節(jié)能減排效果的重要因素之一。不同船舶主輔機(jī)狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)年限、船舶型號(hào)、浸水體積等自身性能因素，都是影響船舶節(jié)能減排效果的重要原因。船舶的主輔機(jī)是船舶在運(yùn)輸工作中，較為重要的耗能設(shè)備和安全設(shè)備，且船舶運(yùn)行的效率和燃油效率成正比。可以采用降低船舶在運(yùn)行過(guò)程中單位內(nèi)的耗油量來(lái)達(dá)到船舶運(yùn)輸中節(jié)能減排的目的。而長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行船舶的主機(jī)磨損較大，相比運(yùn)行時(shí)間較短的新型運(yùn)行船舶來(lái)說(shuō)，單位內(nèi)耗油量過(guò)大，對(duì)船舶的能源利用效率，以及船舶所產(chǎn)生的污染物排放存在著不利的影響。型號(hào)不同、大小不同的船舶抗風(fēng)性、耐波性、以及船舶自身的抗浪性、甲板的受風(fēng)面積，也對(duì)船舶節(jié)能減排有著重要影響。船舶的浸水體積會(huì)影響船舶航行的興波阻力，同時(shí)也是船舶節(jié)能減排的重要影響因素[3]。

2.2 船舶運(yùn)行當(dāng)中的環(huán)境影響因素

船舶運(yùn)行的環(huán)境對(duì)燃料利用率具有一定的影響，進(jìn)而影響節(jié)能減排的效果。船舶運(yùn)行的環(huán)境主要在于其所處的地理環(huán)境，包括航道、溫度、氣壓以及天氣氣象等，對(duì)船舶的排放量和耗油效率有著很大的影響。若是在大風(fēng)天氣中航行，必然會(huì)提高船舶運(yùn)行的阻力，增加船舶主機(jī)的負(fù)荷，如果主機(jī)負(fù)荷超過(guò)其荷載量，就會(huì)加劇船舶的耗油量，對(duì)船舶節(jié)能有著不利的影響。若是在高海波區(qū)域行船，隨著海拔的升高，大氣壓會(huì)降低，空氣也會(huì)越來(lái)越稀薄，空氣中的含氧量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致船舶的燃料燃燒不充分，降低單位內(nèi)燃料燃燒的實(shí)際效率，不利于船舶航行中燃料的節(jié)約和使用效率的提高。在船舶的運(yùn)行過(guò)程中，航道的交叉情況、彎曲角度以及深度和寬度都會(huì)影響船舶的廢氣排放量和能源利用率；在其他條件相同的基礎(chǔ)上，航道彎曲度較小會(huì)降低燃料消耗的比重[4]。因此，不斷地改變航道條件也會(huì)影響船舶的能源利用效率。

2.3 效益因素

船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排技術(shù)投入的資金成本，在一定程度上反映了企業(yè)和國(guó)家在節(jié)能減排工作上的支持。船舶企業(yè)的節(jié)能減排投入成本較低時(shí)，企業(yè)具有更多的資源來(lái)實(shí)施節(jié)能減排工作，并能促進(jìn)船舶節(jié)能減排技術(shù)的研究和發(fā)展。但較高的成本投入，會(huì)形成船舶企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，大部分船舶企業(yè)消極應(yīng)對(duì)節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用，在一定程度上阻礙了船舶運(yùn)輸行業(yè)的健康發(fā)展和進(jìn)步[5]。

3 船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

3.1 采用經(jīng)濟(jì)航速

船舶的航速與燃油消耗有著密切的聯(lián)系，是船舶綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的反映。在船舶的運(yùn)輸過(guò)程中，有最高盈利航速、最低燃油消耗率航速和最低燃油費(fèi)用航速3種經(jīng)濟(jì)航速概念，經(jīng)濟(jì)航速是船舶節(jié)能的新技術(shù)形式。最低燃油消耗率航速是最常采用的。在船舶運(yùn)輸過(guò)程中，鍋爐和柴油機(jī)、船舶主機(jī)是船舶主要的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，其中最重要的是主機(jī)耗油。主機(jī)運(yùn)行是為船舶提供相應(yīng)的航行動(dòng)力，船舶的運(yùn)行人員可以依據(jù)船舶航速和功率之間所具備的三次方關(guān)系來(lái)降低船舶的航速，可以有效節(jié)約燃油消耗；提高船舶的航速會(huì)增加燃油成本，不利于節(jié)能減排。船舶的航速和耗油的最佳平衡方式，可以從主機(jī)耗油量、航速、船舶的自身情況、運(yùn)行環(huán)境、經(jīng)營(yíng)的根本需求以及實(shí)際運(yùn)行的路線等方面進(jìn)行分析。用船舶航速和耗油的相關(guān)計(jì)算公式尋求最佳平衡點(diǎn)，從而得到船舶的經(jīng)濟(jì)航速指標(biāo)。另一方面，船舶在實(shí)際經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，管理人員要充分分析航次計(jì)劃，選擇最佳經(jīng)濟(jì)航速，為船舶企業(yè)的發(fā)展提供有效的節(jié)能方法，提升其經(jīng)濟(jì)收益。

3.2 船體進(jìn)行減阻降耗

將船體減少阻力、同時(shí)降低航行中的能源消耗，是實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行中節(jié)能減排的重要技術(shù)手段之一。設(shè)計(jì)人員從實(shí)行船體低阻力的線性設(shè)計(jì)、船體表面降低阻力設(shè)計(jì)、船舶的浮態(tài)調(diào)整等設(shè)計(jì)方面來(lái)減小行船阻力，降低行船過(guò)程中的能源消耗。設(shè)計(jì)人員針對(duì)低阻力的線形設(shè)計(jì)，以船體的線型優(yōu)化以及船體的整體設(shè)計(jì)優(yōu)化兩方面來(lái)進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員根據(jù)母船型和自身經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，保證船舶排水量足夠的前提下，選擇合適的船型比例尺寸，調(diào)整浮心位置和方形系數(shù)。船體的線型優(yōu)化就是UV 度、水線進(jìn)、去流角等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員用船舶模型和信息技術(shù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整和確定，對(duì)船舶船體的低阻力線型進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。在實(shí)際航行中，靜水阻力和航線上風(fēng)浪也是重要的阻力因素，設(shè)計(jì)人員需要在不同的工況下進(jìn)行船舶航行阻力的研究，以實(shí)現(xiàn)船舶在多種航行狀況中的總和阻力提升，使船體達(dá)到減少阻力、降低能耗的浮態(tài)調(diào)整目的。降低船舶上層建筑的風(fēng)力阻力，需要設(shè)計(jì)人員降低船舶上層建筑的航行風(fēng)阻，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效果。

3.3 提高船舶的推進(jìn)效率

采用改進(jìn)船體尾部伴流場(chǎng)等方式，提高船舶的推進(jìn)效率，來(lái)提升船舶節(jié)能減排的質(zhì)量和效率。改進(jìn)船舶的尾部伴流場(chǎng)是在船體上加裝螺旋槳整流罩，在船舵上下部形成一定角度，進(jìn)而減少船舵在運(yùn)行中所受到的扭矩，這種節(jié)能措施可以節(jié)省5%左右的功率。同時(shí)，主機(jī)降功率的使用方式，是通過(guò)降低船舶的主機(jī)功率，來(lái)達(dá)到降低燃油消耗率的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能的效果。相比其他節(jié)能方式對(duì)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)在初次投入中雖然成本稍大，但是在船舶的整個(gè)運(yùn)行生命周期里，其主機(jī)降功率技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比較高。目前，有很多船舶公司都較為樂(lè)于選擇這項(xiàng)優(yōu)化方案，在船舶的運(yùn)行過(guò)程中至少能實(shí)現(xiàn)3%～6%的降耗。

3.4 船舶的廢熱回收和廢氣處理

船舶的廢熱回收和廢氣處理也是一種重要的節(jié)能減排方法，主要表現(xiàn)在船舶對(duì)廢熱利用的技術(shù)層面。在船舶運(yùn)行過(guò)程中的燃油消耗中，有50%的熱量會(huì)以熱輻射、船舶廢氣排放以及熱交換的形式浪費(fèi)掉。把船舶主機(jī)的廢熱利用燃?xì)馔钙竭M(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，主機(jī)冷卻水廢熱可對(duì)船舶掃氣和套缸的廢熱進(jìn)行再利用。船舶廢氣的處理通過(guò)安裝廢氣凈化器，并采用廢氣處理的循環(huán)系統(tǒng)，來(lái)提高船舶廢氣有害物質(zhì)的處理效率，達(dá)到減排效果。

4 結(jié)語(yǔ)

船舶節(jié)能減排不僅對(duì)促進(jìn)我國(guó)的航運(yùn)發(fā)展具有重要作用，同時(shí)也是對(duì)我國(guó)節(jié)能減排的國(guó)家總體戰(zhàn)略的積極響應(yīng)。相關(guān)行業(yè)的工作人員要緊跟時(shí)代發(fā)展，采取科學(xué)有效的節(jié)能減排措施，對(duì)節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行深入研究，對(duì)船舶進(jìn)行性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提高船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)船舶運(yùn)輸行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。