設(shè)計(jì)綠色船舶

楊晶惠

摘要：近幾年來，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)環(huán)境的保護(hù)，船舶航運(yùn)業(yè)帶來的環(huán)境污染問題也倍受國(guó)際社會(huì)的關(guān)注，隨著國(guó)際公約及相關(guān)法律法規(guī)文件的發(fā)布，發(fā)展綠色船舶技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。船舶航運(yùn)業(yè)的綠色發(fā)展需要設(shè)計(jì)者、制造者、使用者和回收者的共同努力，即船舶從設(shè)計(jì)、制造、使用到最后的拆解都符合綠色環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)后，整個(gè)航運(yùn)業(yè)才能綠色發(fā)展。本文僅站在船舶的綠色設(shè)計(jì)這個(gè)角度來簡(jiǎn)要介紹船舶的綠色發(fā)展，為設(shè)計(jì)綠色船舶提供一些方向和思路，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)航運(yùn)業(yè)的綠色環(huán)保提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：綠色環(huán)保;船舶設(shè)計(jì);航運(yùn)業(yè)

前言

“綠水青山就是金山銀山，改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力。0”良好的生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和持續(xù)發(fā)展的必要條件，人類在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)還必須要注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，要尊重客觀自然規(guī)律，這樣才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)的航運(yùn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基本組成部分，它的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)0，同樣，它對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展也做出了不少的貢獻(xiàn)，但與此同時(shí)也帶來了許多環(huán)境污染問題：溫室氣體和含硫化物、氮化物等廢氣的大量排放;未處理干凈的船舶壓載水危害海洋生物;噪聲污染…………

目前，國(guó)際社會(huì)高度重視船舶航運(yùn)業(yè)的污染問題，限硫令法、《國(guó)際防止船舶造成污染公約》和《防治船舶污染海洋環(huán)境管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)明確要求船舶防止污染環(huán)境，隨著這些公約和相關(guān)規(guī)定的出臺(tái)，綠色船舶技術(shù)逐漸發(fā)展，現(xiàn)在全世界都在為全面實(shí)現(xiàn)綠色船舶航運(yùn)業(yè)而努力奮斗著。雖然我國(guó)也有大量有關(guān)綠色船舶發(fā)展的法律法規(guī)，各部門人員都在努力發(fā)展綠色船舶，但由于成本、技術(shù)等原因，目前船舶航運(yùn)業(yè)對(duì)環(huán)境的污染仍然是比較嚴(yán)重的。要發(fā)展我國(guó)的綠色航運(yùn)市場(chǎng)，就需要從船舶的設(shè)計(jì)到最后的拆解回收都考慮到綠色環(huán)保，在船舶的設(shè)計(jì)、制造、使用運(yùn)營(yíng)和拆解回收這四個(gè)環(huán)節(jié)上，綠色設(shè)計(jì)更為重要。

設(shè)計(jì)綠色船舶

在船舶滿足安全穩(wěn)定可靠性的前提下，應(yīng)該盡可能地減小阻力。在減阻設(shè)計(jì)這方面包括總體設(shè)計(jì)優(yōu)化和線型優(yōu)化兩方面，總體設(shè)計(jì)這方面是需要參考母型船，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來合理地選擇尺度比、船型系數(shù)及浮心位置等，而線型優(yōu)化是讓船舶呈現(xiàn)出流線型狀態(tài)，目前整體流線型船舶的實(shí)現(xiàn)比較困難，基本上都是從船體的某一部分出發(fā)，考慮其線型減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)。在艏部，其線性設(shè)計(jì)可考慮將球鼻艏優(yōu)化為直立船艏線型設(shè)計(jì)，這在兼顧了球鼻艏的整流和消波作用后，還可有效降低船舶在航行時(shí)所受到的阻力。在艉部，其線性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其對(duì)推進(jìn)性能的影響，對(duì)于方型系數(shù)較大的船舶，艉部線型設(shè)計(jì)可延長(zhǎng)去流段的長(zhǎng)度，減小去流角，從而減小舭渦和艉部流線分離的現(xiàn)象，在提高槳盤面處伴流的均勻度的同時(shí)，推進(jìn)效率也相應(yīng)得到了提高。艉部還可以考慮優(yōu)化螺旋槳，普通螺旋槳在運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)航行的船舶產(chǎn)生一定的阻力，現(xiàn)在許多的科研人員正在研究舵葉，他們也在尋找更好的流線型螺旋槳來減阻。在設(shè)計(jì)上層建筑時(shí)，應(yīng)盡可能減小其正面受風(fēng)面積來減阻，如日本郵船和日本常石造船聯(lián)合開發(fā)了一種減阻型船舶上層建筑。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化船型時(shí)，還可以考慮氣泡減阻和最佳縱傾，氣泡減阻法是將空氣引入船底來減小摩擦力，與氣墊船相類似，目前這種方法已在一些船舶中實(shí)現(xiàn)了;當(dāng)船舶在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最佳縱傾后，其首尾流場(chǎng)將會(huì)發(fā)生變化，從而可減小阻力，提高推進(jìn)效率，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

對(duì)于船舶的系統(tǒng)設(shè)備，應(yīng)從提高功率、減少廢氣污染物的排放來進(jìn)行考慮。一般而言，普通柴油機(jī)、推進(jìn)器和主機(jī)系統(tǒng)的效率都不高，因此，在設(shè)計(jì)綠色船舶時(shí)，需要考慮主機(jī)優(yōu)化配備，高效推進(jìn)器、催化轉(zhuǎn)化器及廢氣再循環(huán)處理系統(tǒng)的應(yīng)用。目前人們大力倡導(dǎo)使用新型干凈環(huán)保材料作為船用燃料，市場(chǎng)上現(xiàn)在已有許多船舶使用LNG作為船用燃料了，但由于成本原因，新型燃料還沒有普及使用。在設(shè)計(jì)這些船用設(shè)備系統(tǒng)裝置時(shí)，應(yīng)盡可能地使用綠色環(huán)保的裝置，從源頭解決污染問題，這是理想情況，但是現(xiàn)實(shí)由于成本技術(shù)等原因，距離從源頭解決船舶污染問題還有很長(zhǎng)一段路要走，因此我們還需設(shè)計(jì)好處理船舶廢棄物的設(shè)施來使船舶排放物更加干凈環(huán)保。通常處理廢氣的方法是安裝廢氣洗滌器和廢氣循環(huán)系統(tǒng)，廢氣洗滌器是一種煙氣后處理技術(shù)，可以除去廢氣中98%的SOx和80%微塵顆粒0，其類型有開式、閉式和混合式三種，目前已有上千艘船舶選擇安裝此廢氣洗滌器。廢氣循環(huán)系統(tǒng)是為了回收，循環(huán)利用廢氣，最終減少NOX的形成，這與廢熱回收利用的道理是一樣的，利用廢熱回收裝置來提高主機(jī)功率，最終減少CO2的排放。廢熱回收裝置的應(yīng)用已有多年的歷史了，其主要應(yīng)用于大型集裝箱船。因不同水域壓載水的排放會(huì)造成物種的入侵和水域污染等問題，當(dāng)前應(yīng)對(duì)措施為處理壓載水和研發(fā)無壓載水船舶。對(duì)于處理壓載水，可在船上安裝壓載水處理裝置，通過物理和化學(xué)方法來凈化壓載水，使其排放不污染環(huán)境。對(duì)于研發(fā)無壓載水船舶，目前較為認(rèn)可的是V型設(shè)計(jì)方案（V-ShapedHull）、貫通流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（Through-FlowSystemHull）和單一結(jié)構(gòu)船身設(shè)計(jì)方案（MonomaranHull）0。

總結(jié)

綠色船舶設(shè)計(jì)對(duì)于航運(yùn)業(yè)的綠色發(fā)展是至關(guān)重要的，目前無數(shù)的科研工作者們正努力研究著綠色船舶技術(shù)。由于技術(shù)、成本和資源等原因，綠色航運(yùn)業(yè)的發(fā)展會(huì)比較艱辛，這就需要國(guó)家、政府、設(shè)計(jì)師、制造者和運(yùn)營(yíng)者們的共同努力，爭(zhēng)取早日全面實(shí)現(xiàn)船舶航運(yùn)業(yè)的綠色環(huán)保，為全球可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]出自2019年4月28日習(xí)近平在2019年中國(guó)北京世界園藝博覽會(huì)開幕式上的講話。

[2]單巍，王林.航運(yùn)業(yè)對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響分析[J].珠江水運(yùn)，2010（05）：82-83.

[3]程慧勇.面向綠色航運(yùn)的綠色船舶設(shè)計(jì)[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2019，52（03）：45-49.

[4]郝金鳳，強(qiáng)兆新，石俊令等.船舶設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)策略[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2012，34（9）：3-10.

重慶交通大學(xué)航運(yùn)與船舶工程學(xué)院 重慶 400074