船舶動力裝置技術管理_第六章

1、 Chapter 6船舶營運的經(jīng)濟性及節(jié)船舶營運的經(jīng)濟性及節(jié)能措施能措施 Ships Working Economy and Energy-saving Measure 船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟性概述船舶營運經(jīng)濟性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟性的主要措施提高船舶經(jīng)濟性的主要措施船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟性概述船舶營運經(jīng)濟性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟性的主要措施提高船舶經(jīng)濟性的主要措施 Sh

2、ip operation economical management船舶營運經(jīng)濟性概述船舶營運經(jīng)濟性概述 評價船舶的經(jīng)濟性， 一方面，計算船舶的運輸能力，以求得每年的收益。 另一方面，計算運輸成本，以求得營運消耗。年運輸能力年運輸能力 Qt=200n (t或人次) Qtm=200n R (tn mile或人次n mile) Qt ：年貨運量 Qtm ： 年貨運周轉量 0：載貨量平均利用率 單程滿載、單程空載船舶， 0=50% 0：船舶設計載貨(客)量 n ：年航次數(shù) R：預定航線的航程（n mile）1.3到到1.5萬箱集裝箱船萬箱集裝箱船 造價造價造價對船舶的經(jīng)濟性影響很大，而且直接影響折舊

3、費，關系到營運成本、企業(yè)利潤和稅收計算。在船型論證、初步設計時需要對造價進行估算。整船一次估算法整船一次估算法 整 船 一 次 估 算 法 圖 6 - 1 海 船 每 載 重 噸 造 價 當對造價的精度要求不高時，可根據(jù)載重量或排水量等參數(shù)，參考有關船型資料進行估算。圖6-1為海船每載重噸造價的統(tǒng)計資料，由于近年來造價的變化，此圖僅作為相對值的參考。整船一次估算法整船一次估算法干貨船散貨船油船圖6-1 海船每載重噸造價 運輸成本（年營運開支）運輸成本（年營運開支）船員費用包括基本工資、伙食費、航行津貼、獎金、勞保福利等折舊費年基本折舊費=（固定資產(chǎn)原值-預計殘值）/預計使用年限年大修折舊費=使

4、用年限內(nèi)大修費總和/預計使用年限年折舊費=年基本折舊費+年大修折舊費修理費包括歲修和特檢燃、潤料費略保險費船舶保險費+船員保險費港口費如拖船費、引航費、碼頭費、港務費、代理費、海關費、檢疫費、熏艙費、垃圾費、裝卸費，理貨費、運河費、燈塔費等其他費用管理費、通訊費、供應費年收入和年利潤年收入和年利潤 年收入=年運輸能力 平均貨運單價 年利潤：年營運費年折舊費年利潤年營運費年折舊費稅后年利潤所得稅年收益年收入總額稅前年利潤稅后年收益投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 1、單位運輸成本單位運輸成本是船舶完成單位運輸量所支出的費用，可用下式計算：bt 單位運量的運輸成本，元/噸或元/人次；

5、btm 單位運輸周轉量的運輸成本，元/噸n mile； S 年總成本，元；Qt 年運輸量，噸；Qtm 年貨運周轉量，噸tn mile。 ttQSb tmtmQSb投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 2、投資回收期 投資回收期是船舶年運費收入扣除年總成本以后的年利潤不計利息償還投資的年限。該指標直接反映了投資效果，即 式中：TK 投資回收期，年；A 造價，即船舶投資額，元；AC 年利潤，元 ACATK 投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 3、單位運輸量投資單位運輸量投資是指按船舶的單位運量平均分攤的投資?？砂聪率接嬎悖?元/噸（或元/人次） 元/噸n mile（或元/人次n

6、mile） ttQAtmtmQA投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 4、單位綜合經(jīng)濟指標單位綜合經(jīng)濟指標是既考慮船舶投資又考慮成本的綜合性指標，即 式中： KS 單位綜合經(jīng)濟指標，bt 單位運量的運輸成本， 單位運量投資 K 投資效果系數(shù) ttKbKSt投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 5、年利潤指標年利潤是年運費收入扣除總成本的余額，即AC = B S式中：AC 年利潤，元； B 年運費收入，元； S 年總成本，元。 如果將年利潤除以造價，即為單位投資利潤，這也是一個重要的經(jīng)濟指標 投資不計利息時經(jīng)濟指標投資不計利息時經(jīng)濟指標 6、千噸海里燃料消耗指標 千噸海里（公里）

7、燃料消耗率是指以單位運量計的燃油消耗量，即 千噸海里（公里）燃料消耗，kg/ktn mile； R R 船舶年燃料消耗量，t； 年運輸量，t； 年航程，n mile。310RQQRtfffRfQtQ現(xiàn)代工程經(jīng)濟分析中采用的經(jīng)濟指標現(xiàn)代工程經(jīng)濟分析中采用的經(jīng)濟指標 隨著經(jīng)濟與財務因素的復雜化，上面所述的一些經(jīng)濟指標越來越顯現(xiàn)出它們的不足之處，現(xiàn)代工程經(jīng)濟分析必須考慮下列因素：（1）資金的時間價值，特別是投資在整個營運年限中的價值變化；（2）在整個營運期中，營運收入和各項費用的變化；（3）經(jīng)濟與財務因素，如貸款、津貼、稅金和折舊等?？紤]了以上因素后，現(xiàn)在國內(nèi)外常用下列經(jīng)濟指標： 凈現(xiàn)值凈現(xiàn)值NPV

8、 把各年的收入和支出，按投資收益率折現(xiàn)后相減的結果。其含義是考慮到資金的時間價值后，在使用期內(nèi)，能獲得利潤（還本付息后）的總現(xiàn)值。當其值為零時，方案收支相抵，恰能達到預期的投資收益率。如所得值為正，表示可以超過預定的投資收益率，如所得值為負，表示達不到預定的投資收益率，即 （當年收入）-（當年營運成本）- （當年投資）+ （船價殘值） 現(xiàn)值因素，按i=1，2，n逐年計算 n 船齡 niPWNPV1iPWnPWiPWniiPW)1 (需要的貨運費率需要的貨運費率RFR為保證一定的利潤率，需要貨運費率不低于一定的值。即 如算得的RFR低于現(xiàn)時水平。該船的競爭力就強，利潤率高。如高于現(xiàn)時水平，則該船

9、是不經(jīng)濟的 年貨運量船價殘值當年投資支出年成本費）niniiPWPWPWRFR1)()(運輸成本的降低運輸成本的降低 提高船舶營運率和貨物周轉量。 降低保險費。 降低修理和維修保養(yǎng)費。 減少船用品和消耗品的消耗。船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟性概述船舶營運經(jīng)濟性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟性的措施提高船舶經(jīng)濟性的措施 The determining of optimum voyage speed航速的變化航速的變化 油船和散裝貨船變化不大。 定期班輪增加較快，最高航速達到33節(jié)。 70年代之前，油

10、價低，船舶噸位和航速一直在提高。 70年代后，油價高，航速有所下降。建造新船時航速的選擇建造新船時航速的選擇柴油機工況點的選擇最佳螺旋槳轉速的確定不同設計方案的比較柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇）柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇） 50年代，非增壓、低增壓超負荷能力大，配槳點 為（Pb,nb）。 60年代，中增壓熱負荷增加，超負荷能力下降， 配槳點為（90%Pb,nb）。 80年代后，油價高，主機制造廠提供較大的配槳 點選擇范圍。柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇）柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇） Sulzer RTA型柴油機工況點選擇范圍見圖1 R1：柴油機的MCR，約定100%P

11、b和100%nb R2 ：保持pz和nb不變，降低pe的經(jīng)濟運行工況點 R3 ：保持pe的標定值不變，降低功率和轉速的經(jīng)濟運行工況點 R4 ：同時降低pe和nb的經(jīng)濟運行工況點 圖圖1 Sulzer RTA型柴油機工況點的選擇范圍型柴油機工況點的選擇范圍建造新船時最佳螺旋槳轉速的確定建造新船時最佳螺旋槳轉速的確定 船速取決于螺旋槳的尺寸（D,H/D,A/Ad)槳轉速 槳的直徑受船體吃水的限制 主機功率和轉速必須滿足槳的要求 主機尺寸增加，投資增加，轉速下降，燃油費用下降 主機尺寸減小，投資減小，轉速增加，燃油費用增大 最佳螺旋槳轉速的選擇見圖2 機型的選擇見圖3圖圖2 最佳螺旋槳轉速最佳螺旋槳

12、轉速圖圖3 機型的選擇機型的選擇不同設計方案的比較不同設計方案的比較 經(jīng)濟論證的依據(jù) 計劃航線、貨物的品種、噸位、航行天數(shù)、裝卸天數(shù)、 運費、燃油的消耗、港口使費、固定資本。 a.航速對成本的影響 主機功率、修理費、燃料費、折舊費正比于船速的立方。 b.裝卸效率對成本的影響 見圖4 c.造價的影響 見圖5 d.燃油價格變化的影響 見圖6圖圖4 裝卸效率變化時的影響裝卸效率變化時的影響1-裝卸效率=500t/d 2-裝卸效率=1000t/d3-裝卸效率=2000t/d 4-裝卸效率=5000t/d圖圖5 造價變化時的影響造價變化時的影響1-造價為100% 2-造價下降25% 3-造價下降50%圖

13、圖6 燃料價格變化時的影響燃料價格變化時的影響營運船舶的經(jīng)濟航速營運船舶的經(jīng)濟航速1. 最低耗油率航速：當主機在耗油率最低情況下運行時，船舶的航速。 一般在80%Pb下，按推進特性工作的主機燃油耗油率最低。 見圖7 若柴油機在航行時經(jīng)常處于較高負荷工作，應盡量選擇這個航速。2. 最低燃油費用航速：每海里航程燃油消耗量最低時的船舶航速。 見圖8 若柴油機經(jīng)常停航待命和降速航行時，應使用改行速。3. 最高盈利航速（也稱最佳航速）： 船舶最大盈利的航速（也就是船舶消耗最少的航速） 考慮因素：船舶的折舊費、客貨周轉量、航行時間、工資、運輸成本 見圖9 當運費增加時和燃料費下降時，最佳航速可以提高。 見

14、圖10圖圖7 e-P曲線曲線圖圖8 Gn-v曲線曲線圖圖9 最低單位運輸成本的航速最低單位運輸成本的航速曲線A-R大（t2/t?。┣€B-R小（t2/t大）圖圖10 最佳經(jīng)濟航速最佳經(jīng)濟航速1-標準年收入 2-標準年成本 3-運費增加時的年收入 4-燃料費減少時的年成本航速對續(xù)航力的影響航速對續(xù)航力的影響L=vt L:續(xù)航力；v:航速；t:航行時間; g:燃油消耗率t= m 103/ B=m 103/(g Pe)m:燃油儲備量B：主、副機、鍋爐每小時燃油消耗量B=g Pe穩(wěn)定航行時，n正比于v,Pe=Cv3t= m 103/(g Pe)= m 103/(g Cv3)L= vt=v m 103/

15、(g Cv3)=m 103/(g Cv2)由上式可知， 1)當g 、m為定值時，L v2=常數(shù) 2)當g 、L為定值時， m/v2=常數(shù)船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟性概述船舶營運經(jīng)濟性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟性的主要措施提高船舶經(jīng)濟性的主要措施 The measure to improve efficiency of the ship設計中采取相關措施減少船阻力，提高推進設計中采取相關措施減少船阻力，提高推進裝置效率裝置效率1、提高船舶推進性能，降低主機的配置功率1） 改進船型與降低船舶阻力

16、 2）采用低轉速、大直徑螺旋槳，提高推進效率按螺旋槳理論，理想螺旋槳效率 是推力載荷系數(shù) 的因數(shù)，即： P、A、Vp分別為螺旋槳推力、槳盤面積和槳進速；為流體比重。 piTTpi11222/1pTVAP 在上式中；推力P與進速VP取決于船體型線、尺度和流速的初始設計。若P和VP已定，要提高螺旋槳效率，務需加大槳盤面積A，即務必增大螺旋槳直徑。此時，若槳轉速保持不變，則葉梢線速度增加，會引起摩擦損耗增大，從而導致推進效率的下降。因此，在功率一定的情況下，采用大直徑螺旋槳必須同時降低轉速。這里，螺旋槳轉速與其直徑有一個最佳關系（使效率達到最高值時的直徑）。 3）選配節(jié)能型螺旋槳 當前，不大可能對普

17、通的螺旋槳設計作更多的改進，除非冶金學家能攏出相當堅韌的材料，這種材料能使槳葉制造得更薄而且具有更好的效率。除采用低轉速、大直徑螺旋槳以提高推進效率外，還可采用導管螺旋槳，可調(diào)螺距螺旋槳等節(jié)能型螺旋槳，針對不同的船型以提高推進效率。機槳工況匹配和主機優(yōu)選機槳工況匹配和主機優(yōu)選 u主機按節(jié)油點運行利用主機減額輸出 提高柴油機的熱效率，即降低柴油機耗油率的方法之一是提高汽缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力Pzmax和平均有效壓力Pe之間的比值。運行中一般把最大持續(xù)功率MCR時的Pe定為額定值。減額輸出時，把MCR時的Pe降低作為新的額定點。這樣提高了和Pzmax的Pe比值，從而，就實現(xiàn)了比MCR低的燃油消耗率。機槳

18、工況匹配和主機優(yōu)選機槳工況匹配和主機優(yōu)選 圖6-15是MAN B&W公司的MC系列柴油機的減額輸出區(qū)。在特定的合同要求下，可以在L1L4方框間任選一點作為減額最大持續(xù)功率（簡稱DMCR），把該點作為新的額定點。此時的Pe值比MCR時降低了，燃油消耗率也就降低了。圖6-15 柴油機減額輸出與燃油消耗率變化 主機經(jīng)濟選型主機經(jīng)濟選型 減額輸出方法的主機選型 u 確定的船舶類型、尺寸航速和航線 u 按實船航速要求的功率及轉速可在如圖6-15（a）的柴油機減額輸出框圖內(nèi)找出，圖內(nèi)等航速功率線上值表示功率減額系數(shù)，即隨著轉速降低，槳效率提高，等航速所需功率降低的百分率。每種型號的柴油機均有自己的匹配框圖

19、（即等航速功率線匹配到減額輸出區(qū)里）u主機經(jīng)濟選型時，除考慮主機油耗率外，還應根據(jù)具體機型和該主機的余熱利用，進行整個動力裝置的經(jīng)濟性效率計算 余熱利用的形式余熱利用的形式 l柴油機動力裝置的動力設備主要是主柴油機、發(fā)電柴油機和輔助鍋爐等l根據(jù)主機排煙中能量與輔鍋爐或/和發(fā)電柴油機組所需能量 的對比情況，有如下方案 a.廢氣鍋爐部分或全部代替輔鍋爐 b.廢氣鍋爐全部代替輔鍋爐，并部分代替發(fā)電柴油機 c.廢氣鍋爐全部或部分代替發(fā)電柴油機 d.廢氣鍋爐全部用于發(fā)電柴油機和部分代替輔鍋爐 e.廢氣鍋爐全部代替發(fā)電柴油機和全部代替輔鍋爐 f.冷卻水余熱利用驅動汽輪發(fā)電機或造淡水或空調(diào)系統(tǒng) 加熱作上述5種方案的補充 目前船上已普遍采用方案a和方案b船舶余熱利用的形式船舶余熱利用的形式 船上余熱利用的形式例舉如下： 形式1見圖1 形式2見圖2 形式3見圖3 形式4見圖4 形式5見圖5 形式6見圖6 形式7見圖7 形式8見圖8 船舶上應用最廣泛的是形式1。圖圖1 余熱利用形式余熱利用形式11-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管 3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器圖圖2 余熱利用形式余熱利用形式21-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管 3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器 5-汽輪機6-冷凝器圖圖3 余熱利用形式余熱利用形式31-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器5-汽輪機 6-冷凝器7-給