船舶設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)策略

魏博

摘要：隨著世界各國(guó)節(jié)能環(huán)保理念的倡導(dǎo)，我國(guó)各行各業(yè)越來越重視節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用。船舶作為海上運(yùn)輸?shù)闹饕侄?，其能源利用和廢氣排放將對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在船舶設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分利用減排技術(shù)，科學(xué)控制船舶運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的污染，保護(hù)海洋環(huán)境和生物能源。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計(jì);節(jié)能減排技術(shù);戰(zhàn)略;分析

一 節(jié)能減排技術(shù)對(duì)船舶的重要性

船舶的發(fā)展離不開節(jié)能減排。船舶的可持續(xù)發(fā)展就是通過航速與油耗之間的關(guān)系來獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施船舶節(jié)能減排是科學(xué)發(fā)展觀的體現(xiàn)，是建設(shè)節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的要求。在運(yùn)輸過程中，工人根據(jù)路線和工況分析油耗數(shù)據(jù)，得到真實(shí)的油耗數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得到實(shí)際的節(jié)能模式，從而促進(jìn)節(jié)能減排和船舶運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。

二 船舶設(shè)計(jì)中節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

我國(guó)正處于社會(huì)主義初級(jí)階段，社會(huì)需要不斷進(jìn)行重工業(yè)建設(shè)來提高自身的發(fā)展水平，這對(duì)環(huán)境有一定的影響。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)工藝也被引入船舶設(shè)計(jì)行業(yè)，設(shè)計(jì)師可以利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法減少船舶航行對(duì)海洋環(huán)境的不利影響，有效改善我國(guó)的空氣質(zhì)量，推動(dòng)中國(guó)節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展。雖然我國(guó)船舶設(shè)計(jì)節(jié)能減排水平有了很大提高，但目前碳排放量仍然較大，船舶企業(yè)節(jié)能管理體系不完善，這導(dǎo)致企業(yè)對(duì)節(jié)能減排控制力度不夠，員工的環(huán)保意識(shí)相對(duì)較差。

1高碳排放。

由于船舶的碳排放低于陸地運(yùn)輸，船舶設(shè)計(jì)人員忽視了對(duì)船舶碳排放的控制，缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝來提高燃油效率。近年來，隨著航運(yùn)業(yè)碳排放量的逐漸增加，航運(yùn)企業(yè)越來越重視油品的消費(fèi)，逐步引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，提高燃料資源利用效率，更加重視節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展。船舶不僅會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫、氮化合物、廢水和各種垃圾，不利于我國(guó)海洋資源的保護(hù)，也影響船舶系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2管理體制不健全。

如果企業(yè)的監(jiān)管體系不完善，設(shè)計(jì)師的工作流程將不規(guī)范。如果設(shè)計(jì)人員對(duì)節(jié)能減排重視不夠，那么設(shè)計(jì)方案就會(huì)缺乏環(huán)保，那么船舶的油耗會(huì)更大，航行過程也會(huì)增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。企業(yè)節(jié)能管理機(jī)制不完善，也會(huì)導(dǎo)致企業(yè)缺乏相應(yīng)的節(jié)能減排體系，導(dǎo)致企業(yè)設(shè)計(jì)成本增加，設(shè)計(jì)成果創(chuàng)新和環(huán)境保護(hù)不力，嚴(yán)重影響了企業(yè)的健康發(fā)展和航運(yùn)企業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

三 影響船舶節(jié)能減排的因素

1船舶性能。

船舶節(jié)能減排受船舶性能的影響。主輔機(jī)狀態(tài)、污染下限、使用時(shí)間、機(jī)型等因素會(huì)對(duì)節(jié)能減排產(chǎn)生不同程度的影響。主輔機(jī)是船舶的主要能耗和安全設(shè)備，其效率影響船舶的燃燒效率，能否降低船舶的燃油消耗，對(duì)船舶節(jié)能減排的使用時(shí)間長(zhǎng)短決定了主機(jī)的磨損程度，磨損量大主要影響船舶的效率，風(fēng)浪阻力大，甲板均為風(fēng)區(qū)，船舶浸沒量大等都會(huì)影響船舶的風(fēng)浪阻力，對(duì)節(jié)能減排有影響。

2環(huán)境因素。

環(huán)境也會(huì)不同程度地影響船舶的能效，從而降低節(jié)能減排的效率。此處的環(huán)境是指船舶的地理和自然環(huán)境，如溫度、氣壓、天氣等影響船舶油耗和排放的因素。例如，當(dāng)風(fēng)力較大時(shí)，船舶阻力增大，從而增加主機(jī)的負(fù)載，從而增加燃油消耗。當(dāng)船舶在低壓環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，空氣中的氧含量降低，船舶燃料無法充分燃燒，因此需要相應(yīng)增加燃料的使用量。此外，渠道的曲率，通過情況將影響節(jié)能減排。通過以上研究探討，不難發(fā)現(xiàn)，在造船工藝設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)船舶節(jié)能環(huán)保，不僅可以提高造船工藝水平，而且可以貫徹國(guó)家政府的環(huán)境設(shè)計(jì)理念，促進(jìn)我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

四 節(jié)能減排技術(shù)策略在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1促進(jìn)效率提高。

為了提高船舶設(shè)計(jì)中的節(jié)能減排效率，設(shè)計(jì)人員不僅需要提高船型的合理性，還需要保證船舶螺旋槳、船舶發(fā)動(dòng)機(jī)等的匹配程度，以實(shí)現(xiàn)船舶的有效馬力、螺旋槳載荷、主功率重疊，從而達(dá)到對(duì)主電源的滿意和有效使用。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)主機(jī)的狀態(tài)確定主機(jī)的功率和能量調(diào)節(jié)范圍，并積極采用新材料，這也是提高船舶推進(jìn)效率的重要因素。節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用是提高船舶推進(jìn)效率的關(guān)鍵手段。其中，螺旋槳整流罩是節(jié)能減排技術(shù)的成功表現(xiàn)。其工作原理是在調(diào)整螺旋槳尺寸的前提下，使船舶擺脫低速、高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，使螺旋槳軸向流場(chǎng)達(dá)到平衡，從而提高舵的左右協(xié)調(diào)性，最終達(dá)到航運(yùn)目的。此外，在工程施工中，在舵前安裝整流液有利于控制輪轂的能量損失。

2減少船舶阻力。

減少船舶阻力是減少能源消耗和排放的最佳途徑。一般情況下，船舶將選擇低阻線路的設(shè)計(jì)方案。最簡(jiǎn)單有效的方法是使用母船法。改進(jìn)后的母船生產(chǎn)線用于新船。成本較高的模型試驗(yàn)方法還可以通過測(cè)量和監(jiān)測(cè)水對(duì)船體的阻力，在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算船舶的位移、浮力中心和阻力，從而選擇最合理、科學(xué)的船型比例。通過這些方法，最終確定了性能優(yōu)良的船型。船舶面臨著復(fù)雜多變的海洋環(huán)境。在設(shè)計(jì)船舶時(shí)，有必要研究風(fēng)、浪、速度等環(huán)境因素對(duì)船舶阻力的影響。為了減少風(fēng)、浪的沖擊和運(yùn)行阻力，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)整船舶的浮力，以減小基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的面積?？傊?，影響船舶阻力性能的因素很多。設(shè)計(jì)者應(yīng)選擇最佳船型，以減少風(fēng)浪阻力。

3船舶壓載水處理。

船舶壓載水處理主要包括兩個(gè)方面：使用壓載水處理設(shè)備和發(fā)展無壓載水船舶。分離和化學(xué)消毒廣泛應(yīng)用于壓載水處理。船舶壓載水處理系統(tǒng)在應(yīng)用中存在生產(chǎn)成本增加、設(shè)備選型合理、防爆要求高等問題。無壓載船舶的研究越來越受到重視，取得了一些成果，但也存在一些技術(shù)問題。

4開發(fā)新能源。

由于不可再生資源有限，發(fā)展資金投入相對(duì)較高，造船業(yè)無論是制造業(yè)還是航運(yùn)業(yè)都消耗大量能源，因此新能源的開發(fā)越來越受到重視。近年來，我國(guó)船舶工業(yè)相繼引進(jìn)核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源。不可忽視的是，在船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展過程中，許多新能源技術(shù)取得了突破，為新能源的利用提供了新的途徑。例如，在船舶運(yùn)輸過程中，船舶與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的熱交換和輻射會(huì)消耗大量的熱能。通過余熱回收技術(shù)，可以回收大量的余熱。通過采用一定的技術(shù)，將廢熱轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，為船舶的正常運(yùn)行提供機(jī)械能。例如，在船舶設(shè)計(jì)過程中，可以利用廢氣處理相關(guān)的技術(shù)手段在船舶上安裝廢氣凈化裝置。通過廢氣凈化系統(tǒng)裝置的作用，將污染海洋和大氣環(huán)境的工藝氣體轉(zhuǎn)化為清潔氣體。因此，廢氣處理系統(tǒng)技術(shù)可以使船舶達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，減少船舶運(yùn)輸帶來的環(huán)境污染，體現(xiàn)節(jié)能減排技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)中的實(shí)用價(jià)值。因此，為了進(jìn)一步完善船舶設(shè)計(jì)方案，使船舶設(shè)計(jì)滿足運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需要，船舶設(shè)計(jì)人員應(yīng)以開發(fā)和引進(jìn)新能源為出發(fā)點(diǎn)，在船舶設(shè)計(jì)中引進(jìn)新能源，解決船舶制造和運(yùn)營(yíng)中的能源問題，避免船舶晚點(diǎn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)和運(yùn)行問題。此外，在設(shè)計(jì)新的能量處理系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮船舶操作系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度。

5引進(jìn)節(jié)能設(shè)備。

在船舶設(shè)計(jì)方案中，螺旋槳、船舶發(fā)動(dòng)機(jī)和船體是關(guān)鍵部件，是船舶設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)的研究對(duì)象和應(yīng)用載體。同時(shí)，在主輔機(jī)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)工作大大提高了節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用效率。目前，我國(guó)大部分進(jìn)入航運(yùn)階段的船用柴油機(jī)功率為169～177g/kW·h，壽命周期短，投資成本高。在應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)后，船舶設(shè)計(jì)方案突出了6RT-FLEX68-D主機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。例如，主機(jī)能耗低，功率高，可節(jié)省6%的能源。相關(guān)調(diào)查表明，節(jié)能設(shè)備本身具有一定的節(jié)能效果，可以調(diào)整船舶的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和布局，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和傳輸。由此可見，節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用可以提高船舶的節(jié)能能力，調(diào)整船舶的節(jié)能狀態(tài)，節(jié)能設(shè)備可以在能量轉(zhuǎn)換、能量消耗或能量積累方面發(fā)揮積極作用。

五 結(jié)論

綜上所述，實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能減排不僅可以促進(jìn)我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，也可以有效實(shí)施國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略，因此，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，采取有效措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低船舶阻力，提高能源利用效率，采用科學(xué)的余熱廢氣處理方式，從而降低船舶的能耗和排放，促進(jìn)航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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