現(xiàn)代船舶節(jié)能方法簡述

1、現(xiàn)代船舶節(jié)能方法簡述船舶節(jié)能技術(shù)已被列入世界各國造船界和航運(yùn)界的重要課題，日益收到重視。本文擬從新船型開發(fā)，船舶技術(shù)節(jié)能和管理等幾個方面對我國現(xiàn)代船舶主要能技術(shù)進(jìn)行簡述。0 引言現(xiàn)今，人類對能源的依賴已達(dá)到舉足輕重的地步。然而，自2003 年以來，國際原油價格一路走高。 2003 年國際市場原油平均價格為每桶31 美元左右；2004 年漲到 41 美元左右；2005年又漲到56 美元左右；2006 年曾突破70 美元，最新的油價更是高達(dá)130 美元。面對高油價的沖擊，船公司可以采取加收燃油附加費(fèi)（據(jù)測算運(yùn)價提高2%3%就可抵消燃油價格上漲 10% 帶來的成本壓力）、集中采購、期貨市場套期保值交

2、易等手段來應(yīng)對油價上漲帶來的影響，但是在高價油時代，如何立足自身，采取綜合措施降低油耗，走節(jié)能降耗之路，已成了各家航運(yùn)企業(yè)不得不面對的嚴(yán)峻課題1 。近幾年來，各家航運(yùn)企業(yè)在船舶節(jié)能方面可以說是想盡辦法、挖盡潛力，節(jié)能措施林林總總，節(jié)能手段層出不窮，但總的來說，大體可分為四個方面，即設(shè)計節(jié)能，管理節(jié)能，技術(shù)節(jié)能和營運(yùn)節(jié)能。1 設(shè)計節(jié)能船舶節(jié)能的關(guān)鍵是節(jié)能船型的優(yōu)化設(shè)計。在滿足船舶使用條件下，優(yōu)化船體型線設(shè)計與船型，使船舶阻力最小，選配耗油量小的船主機(jī)，使總體協(xié)調(diào)匹配，以達(dá)到船、機(jī)、槳、舵的最佳配置，從而提高船舶的推進(jìn)效率，減少運(yùn)營費(fèi)用。優(yōu)化船型設(shè)計的主要任務(wù)是開發(fā)新船型，新開發(fā)的船型主要有小水線

3、面雙體船型、新Y 型縱流槽船型、雙尾型船、球尾船型、球鼻首船型、淺吃水肥大型船型等。1.1 小水線面雙體船型小水線面船型大部分排水體積處于水下，受興波阻力比單體船要小很多，其興波阻力只有單體船的 50% 左右，而摩擦阻力雖有所增加，但兩者權(quán)衡，船的總阻力比單體船小。由于該船型有利于布置低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳，其槳軸浸沉深度大，可使螺旋槳處于較均勻有利的水流場下工作，從而提高船的推進(jìn)效率。目前，國外已有此類型的巡邏艇、水文調(diào)查船、海上作業(yè)船以及載客渡船等。該船型適用于小型巡邏艇、軍用輔助船和豪華型海峽渡船等。1.2 新 Y 型縱流槽船型新 Y 型縱流槽船型也稱PY 船型， 是對船首部和尾部同時進(jìn)行開

4、發(fā)研究的一種整體新船型，PY 船型可改善船軸部位螺旋槳處的來流狀態(tài)，使流態(tài)相對穩(wěn)定，可使螺旋槳工作在較均勻的尾部流場中，以提高推進(jìn)效率。此外，該船型有利于增大螺旋槳的槳軸間距，能實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳的船、機(jī)、槳最佳匹配和優(yōu)配。在高速船舶設(shè)計中，剩余阻力約占總阻力的70% ， PY 船型適用于中高速船，傅汝德數(shù)宜選取Fn > 0. 32。客船、巡邏艇、旅游船以及大型港口渡輪等，可選用此船型。1.3 雙尾型船雙尾船型（含雙尾鰭）是指船的整個尾型而言，其特征是船的后體由2 個片體和1 個縱流型的中間拱型隧道組成。由于 2 個尾片體細(xì)長，可使縱流隧道平順，以利于船尾部分的縱剖流線設(shè)計均勻平緩，

5、可改善波形干擾。同時， 還可增加船尾壓浪長度，以改善船后體壓力分布，減少尾流分離現(xiàn)象，從而大幅度降低興波阻力和旋渦阻力，使剩余阻力大大下降。雖然雙尾船型的摩擦阻力有所增加，但剩余阻力下降值較為顯著，因此總阻力有所下降。雙尾船型的螺旋槳軸通過片體伸出，可使槳軸間距增大，一般在 0. 50. 53 B之間為宜（B為船寬），可通過船模試驗優(yōu)選出最佳值。由于槳軸間距較大，尾片體上的每個螺旋槳在類似單槳船的工況下工作，從而改善了螺旋槳前的來流場狀態(tài)，使螺旋槳槳盤處的伴流較均勻，可提高伴流分?jǐn)?shù) W 值，提高船身效率。雙尾船型還有利于安裝低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳，可大大提高螺旋槳敞水效率，也易于船、機(jī)、槳匹配和優(yōu)

6、配。雙尾船型在國外早有研究，國內(nèi)也已實際應(yīng)用到長江流域航線的客輪上。實船證明，該型船航行性好，興波小，速度快，操縱靈活，可節(jié)省主機(jī)功率25%以上，已被世界造船界公認(rèn)為節(jié)能船型。1.4 球尾船型該船型的特征是在船體滿吃水線處的尾部區(qū)設(shè)有一個長約1%2% L ,寬度極窄小的尾端形體。它是根據(jù)流體力學(xué)原理，利用球尾產(chǎn)生與船尾尾波相反等幅的波，以降低興波高度。其主要作用：一是消波壓浪，使船尾波的起波點后移，導(dǎo)致尾波擴(kuò)散面大大減少，從而減少能量損失，以降低船舶阻力。二是可改善尾流，起整流作用，以提高船舶的推進(jìn)效率，與此同時，還可減小螺旋槳的激振力，有利于降振。設(shè)計球尾的主要參數(shù)是尾球體長度、橫剖面的大小

7、與形狀以及球心位置等，一般宜選擇在槳軸中心線上，可根據(jù)船模試驗優(yōu)選其球尾尺度與形狀，該船型一般可節(jié)省主機(jī)功率7%9%。1.5 球鼻首船型設(shè)計船的傅汝德數(shù) Fn = 0.250.35時，采用球鼻首可降低興波阻力、破波阻力和觥渦阻力，一般可降低船舶總阻力10% 左右。因此，在大型船舶上均設(shè)有球鼻首，有些小型船上也設(shè)有球鼻首。球鼻首形式有水滴形、瓜子形、橢圓形及小流鼻式等。球鼻首的主要參數(shù)如球鼻長度、寬度、橫剖面的大小與形狀、球鼻浸深深度等，可根據(jù)具體的設(shè)計船型、傅汝德數(shù)以及吃水等因素確定。一般通過船模試驗優(yōu)配恰當(dāng)?shù)那虮切问胶统叨取Ｇ虮鞘滓鸬牟ㄅc船體的船首波可以相互抵消，以改善船首進(jìn)流段區(qū)的水流狀

8、態(tài)，實現(xiàn)降低興波阻力的目的。球鼻首還可增加船舶浮力，可作為壓載水艙調(diào)節(jié)船的縱傾。在大型貨船和油船上采用球鼻首，可降低總阻力達(dá)8%11%;在中高速船上可降低總阻力約6%。1.6 淺吃水肥大型船型淺吃水肥大船型是受航道和港口泊位吃水限制的一種船舶。其主要特點：一是載重量較常規(guī)型船增加20%30%,設(shè)計噸位愈大，則載重效果愈佳。 一般25 000 t以上的運(yùn)輸船載重系數(shù)約在 0.67 以上。二是綜合經(jīng)濟(jì)效益高。因為該船型具有載貨位大、吃水淺等特點，可用于礦砂船、煤炭運(yùn)輸船、油輪、 化學(xué)液體船以及船隊運(yùn)輸途中的補(bǔ)給船等。該船型具有成本低，相對投資成本少，且營運(yùn)航線多，可通航道多，營運(yùn)在航率高等優(yōu)勢，目

9、前在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。2 管理節(jié)能管理工作具有很大的彈性，同一樣工作，粗放化管理與精益管理所產(chǎn)生的效果大相徑庭。油管理更是一項涉及面廣、環(huán)節(jié)多、 過程長的系統(tǒng)性工程，做好管理節(jié)能要把握好以下幾點：通過宣傳教育強(qiáng)化全員的節(jié)能意識。船舶節(jié)能工作是一全員工程，然而在日常工作中，一些員工甚至個別領(lǐng)導(dǎo)對船舶節(jié)能認(rèn)識上存有偏差，主要有三種表現(xiàn)：第一種表現(xiàn)是，認(rèn)為船舶節(jié)能是船舶和管船部門的職能工作，不愿參與；第二種表現(xiàn)是，認(rèn)為船舶節(jié)能是專業(yè)性工作，想?yún)⑴c也無能為力；還有一種表現(xiàn)是，由于宣傳不到位和考核機(jī)制方面的原因，沒有成本指標(biāo)的職能部門和船舶，感受不到燃油成本帶來的經(jīng)營壓力，對船舶節(jié)能積極性不高，被動參

10、與。 因此在實際節(jié)能過程中往往出現(xiàn)參與度不夠、冷熱不均現(xiàn)象。解決這個問題要從宣傳教育著手，讓每位員工、每個崗位都深刻感受到燃油成本帶來的壓力，形成部門之間的聯(lián)動、船岸之間的聯(lián)動。通過完善規(guī)章制度使節(jié)能工作有章可循、有標(biāo)可參。一個航運(yùn)企業(yè)，各條船舶的具體情況不盡相同，因此船舶節(jié)能離不開規(guī)章制度來保障和規(guī)范。可以在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合船岸實際，對陸地機(jī)關(guān)、船舶一線都制定相應(yīng)的節(jié)能管理辦法和獎懲措施并納入公司體系文件，使節(jié)約、節(jié)能工作有章可循，有標(biāo)可參，最大程度減少不正常消耗現(xiàn)象的發(fā)生；可以根據(jù)各船船況和航線特點制定船舶燃潤油消耗定額制度，規(guī)范細(xì)化船舶燃潤油申報制度，對超額船舶實施跟蹤監(jiān)控和技術(shù)指

11、導(dǎo)，確保船舶燃潤油消耗控制在定額標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)；可以建立節(jié)能責(zé)任制度，讓職能部門、船舶和航線調(diào)度都有節(jié)能指標(biāo)，使節(jié)能工作每個環(huán)節(jié)都有人負(fù)責(zé)；還可以探索節(jié)能考評制度，月度、季度、年度都有統(tǒng)計、有考核、有評比、有獎懲。通過建立科學(xué)的獎懲機(jī)制激發(fā)員工節(jié)能主動性、積極性和創(chuàng)造性。對船舶節(jié)能工作要獎有罰，物質(zhì)刺激和精神鼓勵并舉，對節(jié)能工作的考核既要有具體指標(biāo)，也要有科學(xué)的考核手段，例如，對成本控制職能部門的節(jié)能考核，可以分月度、季度、年度從整個船隊耗油總量控制情況進(jìn)行考核，可以在綜合考慮航線和運(yùn)能變化因素的前提下，通過同比、環(huán)比等分析比較，分出船隊總量節(jié)能的優(yōu)劣；對船舶的考核可以在確定燃油定額的情況下考核

12、具體節(jié)油量，對比同類型船、同航線船耗油情況，獎優(yōu)懲劣；對船舶調(diào)度部門可以從船舶效能的角度進(jìn)行考核，如：船舶航行過程中經(jīng)濟(jì)航速使用比例，船舶航行率，航路的選擇，乘潮發(fā)航情況等。船舶節(jié)能工作還要廣泛發(fā)揮員工的創(chuàng)造潛能，可以嘗試建立船舶節(jié)能獎勵基金，對員工在節(jié)油方面的金點子、好建議，小發(fā)明、小創(chuàng)造、小革新進(jìn)行物質(zhì)激勵，鼓勵船舶技術(shù)部門在節(jié)能方面的科技攻關(guān)，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的改造和應(yīng)用。船舶節(jié)能管理工作以激勵為主，同時也要運(yùn)用懲處手段，特別是對個別船舶、個別員工盜賣燃油的情況，要加大處罰力度，增加違規(guī)成本，殺一儆百。通過優(yōu)化工作流程實現(xiàn)對燃油的采購、用油、 退油的全程監(jiān)控。對船舶油料的過程監(jiān)控首先是把好油

13、料的采購關(guān)，采購人員要與調(diào)度密切聯(lián)系，掌握船舶的準(zhǔn)確動態(tài)及船上各種油料的存量和合理消耗量，在確保油料質(zhì)量的前提下，努力確保在油價最便宜的港口加油。油料采購部門還可以在認(rèn)真分析燃油市場走勢、準(zhǔn)確判斷油價起伏的前提下，選擇市場低點批量采購。對船舶用油方面，要對船舶輕、重油使用情況跟蹤管理，在船況允許的條件下，合理確定船舶進(jìn)、出港口時輕、重油轉(zhuǎn)換節(jié)點，盡量縮短使用輕油的時間，鼓勵有條件的船舶盡量使用價格相對便宜的重質(zhì)油，推行擴(kuò)大輕、重油混燒，改善機(jī)器工況，用足船舶輔機(jī)負(fù)荷，有條件的船舶還要最大限度使用軸帶發(fā)電機(jī)。最后要把好退油關(guān)，嚴(yán)堵漏洞，當(dāng)前油價持續(xù)飆升，難免個別船員、個別船舶，特別是期租，在利益

14、的誘惑下鋌而走險，在清退廢污油過程中把好油作廢油處理，損公肥私。對于船舶清退廢污油的工作可以建立嚴(yán)格的申請審批制度，細(xì)化退廢流程，有條件的可以派人現(xiàn)場監(jiān)督退廢過程。3 技術(shù)節(jié)能機(jī)電設(shè)備是船舶油料最直接的消耗者，因此抓好機(jī)電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保機(jī)電設(shè)備工況，突出技術(shù)管理，充分挖掘節(jié)能降耗潛力，是船舶節(jié)能的另一個關(guān)鍵途徑。3.1 提高船舶動力裝置的效率船舶動力裝置包括主、輔機(jī)和傳動軸系與設(shè)備等。因此， 要提高整個動力裝置的效率需從各個方面采取有效的措施。(1) 優(yōu)選主機(jī)。由于柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無論是低速、中速或高速柴油機(jī)其耗油率均有較大幅度的降低，但各種機(jī)型間的差別也是明顯存在的。因此,在建造船舶

15、時應(yīng)根據(jù)船舶具體情況，選擇性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好的主機(jī)。由于主機(jī)的能耗在整個動力裝置中所占的比例最大，因而主機(jī)的優(yōu)選對提高動力裝置的效率影響最大。目前柴油機(jī)主機(jī)趨向低轉(zhuǎn)速、長沖程，其目的主要是降低耗油率，同時該類主機(jī)與低速大直徑螺旋槳匹配效果較好。節(jié)能型大功率主機(jī)主要是降低耗油率，燒重質(zhì)燃油或代用燃料，提高船舶營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性。(2) 主發(fā)電機(jī)燃燒劣質(zhì)油。主發(fā)電機(jī)燃燒與主機(jī)相同的重質(zhì)燃油，實現(xiàn)了燃用單一品種油，使機(jī)艙布置和管路布置大大簡化，減少維修工作量。同時也節(jié)約燃油開支。(3) 優(yōu)化船、機(jī)、 槳的配合特性。由于船舶實際航行情況比較復(fù)雜，而外界條件(裝載、海況、污底等 ) 又經(jīng)常變化；同時，船、機(jī)、槳

16、本身的技術(shù)狀態(tài)也會改變，從而使三者的配合特性發(fā)生變化，使它們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)偏離設(shè)計工況，影響能量轉(zhuǎn)換的完善程度，為此，使用管理人員應(yīng)在船舶運(yùn)行中清楚地了解各種特性并經(jīng)常調(diào)整運(yùn)行點，使其處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。(4) 提高傳動效率。從主機(jī)到螺旋槳的傳動效率取決于傳動方式和傳動軸及設(shè)備的效率，因此，應(yīng)采取下列措施： 盡可能采用直接傳動； 如采用間接傳動，應(yīng)提高傳動設(shè)備(如減速裝置、聯(lián)軸節(jié)等) 的效率； 保證傳動軸系的對中良好； 采用高效的軸封裝置，減少軸封對漏油及傳動效率的影響。(5)充分利用好柴油機(jī)余熱。船舶柴油機(jī)燃油燃燒產(chǎn)生的熱量中大約40轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的輸出功，其余通過排氣、冷卻水

17、等排放到船外。目前，柴油機(jī)排氣余熱的利用，主要是通過廢氣渦輪增壓器將廢氣能量轉(zhuǎn)換成掃氣空氣的壓力來提高柴油機(jī)的功率和效率。利用廢氣鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽來滿足船員的日常雜用及油艙的加熱保溫，有的大型船舶還將蒸汽過熱后驅(qū)動透平發(fā)電機(jī)進(jìn)行余熱發(fā)電。冷卻水的余熱利用主要是作為海水淡化裝置的熱源。(6) 采用主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)。由于柴油機(jī)在部分負(fù)荷工作時，其經(jīng)濟(jì)性較差,耗油率增加。當(dāng)某些船舶較長時間處于部分負(fù)荷工作時,可采用主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)，這樣，不僅可使主機(jī)工作在效率高的運(yùn)行區(qū)域，提高效率，而且有可能減少柴油發(fā)電機(jī)組的數(shù)目。(7) 提高船舶電站的效率。船舶電站的能耗在整個船舶動力裝置中占有一定的份額。提高船舶

18、電站的效率不應(yīng)忽視。為此， 應(yīng)合理地使用發(fā)電機(jī)，盡量避免柴油機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，以提高柴油機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。正確選擇各種電動機(jī)容量，采取補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)，采用控制機(jī)構(gòu)提高電動機(jī)效率，以提高船舶供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。(8) 提高推進(jìn)效率優(yōu)化船、機(jī)、槳的匹配是提高推進(jìn)效率的主要途徑。常用的措施有:(1) 在可能的條件下，增加螺旋槳的直徑；(2) 降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速；(3) 采用可調(diào)螺距槳；(4) 優(yōu)化設(shè)計螺旋槳，使船、機(jī)、槳的匹配最佳；(5) 采用船體附件(如導(dǎo)流管等)；(6) 減少螺旋槳的粗糙度。4 營運(yùn)節(jié)能通過研究和實踐，技術(shù)節(jié)能有效降低船舶燃油消耗，已被大家所認(rèn)同，并已廣泛應(yīng)用在船舶節(jié)能工作中。近年來，隨著燃油成本壓力的持續(xù)增加，如何在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘潛力，營運(yùn)節(jié)能越來越被航運(yùn)企業(yè)所重視和應(yīng)用。船舶營運(yùn)節(jié)能可以從以下幾個方面研究：盡量使用經(jīng)濟(jì)航速。燃油的消耗量與航速的關(guān)系并不是一般的線性比例關(guān)系。一般來說，航速的變化與主機(jī)功率及燃油消耗量呈三次方關(guān)系，降低航速，可使主機(jī)消耗功率大大減少。但降低航速會導(dǎo)致其他費(fèi)用的增加，因此， 應(yīng)按優(yōu)化原則確定經(jīng)濟(jì)航速，以獲得節(jié)能和最佳經(jīng)濟(jì)效益。不斷優(yōu)化航線。在航行中，特別是遠(yuǎn)洋航行，航線的優(yōu)劣對提高經(jīng)濟(jì)效益有重大的影響?？茖W(xué)、經(jīng)濟(jì)的航線，可以有效降低燃油成本。因此航運(yùn)公司在布局航線時，要統(tǒng)籌考慮航道特點、所投船舶的適航能力、海洋水文、氣象