李 偉 劉 清

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

0 引 言

廣西港航管理局按照國(guó)家和交通運(yùn)輸部的要求，出臺(tái)了一系列節(jié)能工作措施，加強(qiáng)對(duì)西江水運(yùn)節(jié)能降耗工作的管理，但由于轄區(qū)內(nèi)船閘水庫(kù)的修建，航道水文狀況惡化，以及船舶的標(biāo)準(zhǔn)化程度低等問題，節(jié)能降耗形勢(shì)仍不容樂觀.

1 西江水系運(yùn)輸船舶能耗概況

1.1 西江水系概況

西江是珠江水系重要組成部分，素有“黃金水道”美譽(yù)，主要由連接南寧、貴港、梧州、百色、來賓、柳州、崇左市的1 480km內(nèi)河水運(yùn)主通道組成；涵蓋流經(jīng)河池、桂林、玉林、賀州的地區(qū)性重要航道1 621km.范圍包括：西江航運(yùn)干線570km、右江429km、紅水河550km、柳黔江284km、都柳江和融江309km、桂江341km、左江322km、賀江119km以及繡江177km，共3 101km.

至2009年底，廣西西江黃金水道范圍內(nèi)已建成2000t級(jí)航道291km，1000t級(jí)航道283km，500t級(jí)航道233km，300t級(jí)航道768km；建成樞紐30座、船閘21座，最大船閘（長(zhǎng)洲水利樞紐）設(shè)計(jì)貨物年單向通過能力3 920萬t；建成生產(chǎn)性碼頭泊位420個(gè)，散裝、件雜貨物年設(shè)計(jì)通過能力5 284萬t，集裝箱42萬標(biāo)箱.

1.2 運(yùn)輸船舶構(gòu)成現(xiàn)狀

近年來，隨著廣西經(jīng)濟(jì)總體平穩(wěn)較快發(fā)展，水運(yùn)市場(chǎng)的需求日益旺盛，船舶運(yùn)力持續(xù)快速增長(zhǎng).截至2009年底，廣西擁有內(nèi)河貨運(yùn)船舶5 497艘，302.5萬t，同比增長(zhǎng)20.83%.內(nèi)河貨船平均噸位也有所增長(zhǎng)，由2007年的377t／艘增長(zhǎng)至2009年的549.75t／艘，從而保持了船舶總噸位增加、運(yùn)力向大噸位船舶發(fā)展的總體趨勢(shì)，進(jìn)一步適應(yīng)了市場(chǎng)需求.

1.3 運(yùn)輸船舶能耗現(xiàn)狀

目前，西江水系運(yùn)輸船平均噸位為549.75t／艘，以燃油單耗4kg／（kt·km），2010年西江水系船舶運(yùn)輸燃油消耗約為15.1萬t.以此類推至2015年，燃油消耗約為25.9萬t，較2010年增幅71.5%；至2020年，燃油消耗量將上升到38.0萬t，較2010年增幅高達(dá)151.7%.另外通過各水系橫向比較，以2009年為例，我國(guó)內(nèi)河船舶每運(yùn)送1kt·km貨物的平均油耗為3.5kg，長(zhǎng)江干線為3.22kg／（kt·km），京杭運(yùn)河船舶同時(shí)期每運(yùn)送1kt·km貨物僅耗油2.46kg，而西江干線的該指標(biāo)值則高達(dá)4.0kg／（kt·km）.由此可見，運(yùn)輸船舶節(jié)能降耗工作迫在眉睫.

2 能耗影響因素分析

2.1 不同載重噸船型

船型是指船舶在尺度、船艙結(jié)構(gòu)、船體線性、動(dòng)力裝置、總體布置及其他主要設(shè)備等方面的特征.對(duì)于某一運(yùn)輸任務(wù)，可采用不同噸位、不同尺度、不同航速、不同結(jié)構(gòu)的船舶［1］.雖然這些船舶在技術(shù)層面是可行的，但經(jīng)濟(jì)效益卻相去甚遠(yuǎn).如經(jīng)營(yíng)南寧－廣州航線的廣西某物流有限公司，400t位船舶航次耗油2t；700t位則為3t，而1200t位的船舶航次油耗僅為4t，船舶大型化節(jié)油效果明顯.

2.2 日常能耗管理

科學(xué)的日常管理對(duì)于降低能源消耗至關(guān)重要，首先需制訂完善的規(guī)章制度，依照新《節(jié)能法》的要求，加強(qiáng)組織管理，規(guī)范節(jié)能工作，搞好調(diào)度和機(jī)務(wù)管理，提高船舶工作效率，制定節(jié)能管理規(guī)范、推廣先進(jìn)科技成果，使節(jié)能工作正規(guī)化、規(guī)范化、法制化.其次要加強(qiáng)節(jié)能宣傳教育、普及節(jié)能科學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)全行業(yè)的節(jié)能意識(shí).并通過建立科學(xué)的獎(jiǎng)懲機(jī)制激發(fā)員工節(jié)能主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，通過優(yōu)化工作流程實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油的采購(gòu)、用油、退油的全程監(jiān)控.

2.3 柴油機(jī)動(dòng)力性能

目前絕大多數(shù)主機(jī)為柴油機(jī)，主機(jī)工作的好壞不僅取決于主機(jī)本身的性能，同時(shí)也與船舶設(shè)計(jì)部門及船東如何選擇和使用有密切關(guān)系，所以在主機(jī)選型時(shí)，除了使主機(jī)滿足船舶適航外，還要考慮在使用一段時(shí)間后機(jī)器性能下降、船體變臟、螺旋槳結(jié)垢的情況下主機(jī)和螺旋槳的配合情況，同時(shí)也要考慮船舶遇到惡劣氣象、復(fù)雜海況及不同水域時(shí)的適應(yīng)性［2］.

2.4 船舶營(yíng)運(yùn)

1）經(jīng)濟(jì)航速 船舶耗油設(shè)備主要是船舶主機(jī)、發(fā)電柴油機(jī)和鍋爐等，船舶航行中，船舶耗油主要發(fā)生在船舶主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)向船舶提供航運(yùn)行動(dòng)力的過程中.由于船舶功率與航速存在三次方關(guān)系，航速的少量降低便可節(jié)省大量的燃油消耗，反之，高航速則會(huì)使燃油成本大大增加.簡(jiǎn)言之，經(jīng)濟(jì)航速就是航速和油耗之間的平衡點(diǎn)［3］，見圖1.

2）經(jīng)濟(jì)航道 即船舶航行能耗最低的航道.在航行過程中，統(tǒng)籌考慮航道特點(diǎn)、船舶適航、水文、氣象、貨流情況，并利用水流的作用，上水走回流和緩流航道，下水走主航道，不斷優(yōu)化航線，適時(shí)減少功率消耗或增加航速，有效降低燃油成本.尤其在枯水時(shí)節(jié)，為減少淺水對(duì)船舶航速的不利影響，更要及時(shí)調(diào)整船舶，保障船舶安全，避免擱淺.

圖1 航速和油耗關(guān)系圖

2.5 船舶經(jīng)營(yíng)模式

近年來，隨著水運(yùn)行業(yè)深化改革，擴(kuò)大開放步伐的加快，個(gè)體運(yùn)輸船舶大量增加.但由于個(gè)體經(jīng)營(yíng)戶安全管理措施不到位，尤其是個(gè)體客船和液貨危險(xiǎn)品船已成為水上運(yùn)輸安全的重大隱患之一.同時(shí)掛靠船在整個(gè)行業(yè)里能耗又是最低的，原因在于：掛靠船超載或最大限度的尋求滿載，基本不存在空載情況，而航運(yùn)企業(yè)側(cè)重考慮客戶的時(shí)間要求；沿途航行航道不規(guī)范，掛靠私有船憑借船長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)選擇經(jīng)濟(jì)航道；另外由于掛靠船舶多為私有船舶，船長(zhǎng)即為船舶所有人及經(jīng)營(yíng)人，船員積極性、主動(dòng)性相對(duì)較高.根據(jù)調(diào)研顯示，私人船舶比航運(yùn)企業(yè)船舶相同情況下節(jié)油10%～15%.

由此可見，確立合理有效的經(jīng)營(yíng)模式，既要保證船隊(duì)的正常有序運(yùn)營(yíng)，又要在能源消耗領(lǐng)域做到最大限度的合理節(jié)約，是整個(gè)水系運(yùn)輸船舶節(jié)能降耗的有力支撐.

2.6 運(yùn)輸組織

西江水系貨物運(yùn)輸主要是廣西到廣東的下航滿載貨物運(yùn)輸，但返航貨物比較少，往往是空載返航，據(jù)統(tǒng)計(jì)從廣東返航廣西西江下游到梧州、平南的船舶裝載率只有20%～25%，返航到西江中上游貴港、南寧的船舶裝載率有60%～65%，船舶返航基本屬于虧本運(yùn)營(yíng).加強(qiáng)貨源組織，提高返航船舶裝載率，是降低船舶能耗的重要手段.

3 西江水系運(yùn)輸船舶能耗評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

本部分在充分結(jié)合西江水系運(yùn)輸船舶運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀以及能耗主要影響因素的基礎(chǔ)上，從技術(shù)、船舶運(yùn)營(yíng)和管理三方面構(gòu)建運(yùn)輸船舶能耗評(píng)價(jià)體系［4］，見圖2.

圖2 西江水系運(yùn)輸船舶能耗評(píng)價(jià)體系

3.1 能耗管理指標(biāo)

船舶能耗管理指標(biāo)作為一個(gè)定性指標(biāo)，應(yīng)反映出節(jié)能管理工作中所存在的主要問題，該類指標(biāo)以打分的形式核定，從節(jié)能工作的規(guī)劃指導(dǎo)，節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)能基礎(chǔ)管理工作，節(jié)能意識(shí)，節(jié)能宣傳與培訓(xùn)，節(jié)能成效匯總六方面對(duì)船舶節(jié)能管理工作進(jìn)行綜合考核.

3.2 能耗技術(shù)指標(biāo)

1）主機(jī)燃油消耗率 主機(jī)燃油消耗率是一個(gè)相對(duì)指標(biāo)，一般以主機(jī)額定工況時(shí)的參數(shù)為依據(jù)，是反映主機(jī)是否省油的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo).計(jì)算公式如下

式中：B為主機(jī)燃油消耗量，g；Pe為主機(jī)額定功率，kW；H為主機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h.

2）船機(jī)槳匹配度 船機(jī)槳工況匹配是研究船舶在各種航行條件下，能量轉(zhuǎn)換過程中的特性變化及其規(guī)律，從而找出最佳參數(shù)和最佳轉(zhuǎn)換過程，得到一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的，具有最好營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性和投資效果的設(shè)計(jì)方案［5－6］.在此，選取考核船舶航次油耗與水系平均航次油耗之比作為船機(jī)槳匹配度的定量考核方式，計(jì)算公式如下所示

式中：φ為船機(jī)槳匹配度；B為考核船舶每航次推進(jìn)裝置的燃料消耗量；ˉB為水系每航次推進(jìn)裝置的平均燃料消耗量.

3）船型標(biāo)準(zhǔn)率 采用船型標(biāo)準(zhǔn)度對(duì)西江水系船舶船型合理程度進(jìn)行考核，具體考核方式如下所示

式中：P1為船型標(biāo)準(zhǔn)度；N1為考核期適合水系船型的船舶數(shù)量；N為考核期船舶總數(shù).

4）航次油耗 航次油耗即在指定的某個(gè)具體單航次中，船舶動(dòng)力裝置包括主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和輔助機(jī)械在航行和停泊工況下燃油的消耗總額.計(jì)算公式如下.

式中：Q為航次油耗；QZ為航次主機(jī)燃油消耗；QC為航次柴油發(fā)電機(jī)燃油消耗；QG為航次輔助機(jī)械燃油消耗.

3.3 能耗營(yíng)運(yùn)指標(biāo)

1）全年總油耗 船舶總油耗直接反映船舶在考核期內(nèi)燃油消耗的總體情況，是考核船舶能耗的重要指標(biāo)之一，計(jì)算方法如下所示

式中：B主機(jī)、B柴、B輔機(jī)分別為主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)以及輔機(jī)油耗.

2）主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗 該指標(biāo)綜合考慮考核期內(nèi)，船舶的主機(jī)油耗、貨物裝載率以及貨物運(yùn)輸距離等主要影響因素，比較全面的反映考核船只的能耗水平.其計(jì)算方法如下：

式中：q為主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗；B主機(jī)為主機(jī)實(shí)際燃油消耗量；Ql為同一時(shí)期內(nèi)的換算貨物周轉(zhuǎn)量.

3）經(jīng)濟(jì)航速利用率 在工況允許情況下，船舶燃油消耗率最低時(shí)所采用的航速即為經(jīng)濟(jì)航速.通過從主機(jī)性能特性曲線上查得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)功率，再運(yùn)用功率與航速的相關(guān)資料，即可獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)航速.進(jìn)而得到經(jīng)濟(jì)航速利用率，考核方法如下：

式中：Z為經(jīng)濟(jì)航速利用率；ˉV為考核期平均航速；Vj為經(jīng)濟(jì)航速.

4 典型船舶能耗評(píng)價(jià)

通過向典型航運(yùn)企業(yè)發(fā)放調(diào)查問卷，采用層次分析法，計(jì)算各分指標(biāo)權(quán)重：能耗管理指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、營(yíng)運(yùn)指標(biāo)分別為0.25，0.40，0.35.在能耗管理指標(biāo)中，節(jié)能工作的規(guī)劃指導(dǎo)、節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用、節(jié)能基礎(chǔ)管理工作均為0.10，節(jié)能意識(shí)0.20，節(jié)能宣傳與培訓(xùn)和節(jié)能成效匯總則為0.25；能耗技術(shù)指標(biāo)中，主機(jī)燃油消耗率權(quán)重0.15，船機(jī)槳匹配度0.25，船型標(biāo)準(zhǔn)率和航次油耗均為0.30；而營(yíng)運(yùn)指標(biāo)中，經(jīng)濟(jì)航速利用率權(quán)重高達(dá)0.45，主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗、全年總油耗則依次為0.35，0.20.在節(jié)能降耗工作中，航運(yùn)企業(yè)可參照上述研究結(jié)論，在權(quán)重較高的方面重點(diǎn)著手改善.

在對(duì)典型船舶能耗水平進(jìn)行界定過程中，結(jié)合所構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系，但受限于船舶具體參數(shù)以及能耗原始數(shù)據(jù)的缺乏，選取主機(jī)燃油消耗率、全年總油耗、主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗3個(gè)指標(biāo)，采用現(xiàn)實(shí)值和基準(zhǔn)值比較的方法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，其余指標(biāo)則從定性角度酌情考核.

1）主機(jī)燃油消耗率 通過調(diào)研咨詢西江水系典型航運(yùn)企業(yè)，聯(lián)系其他水系的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，主機(jī)燃油消耗率的理想基準(zhǔn)值設(shè)定見表1.

表1 西江水系干散貨船主機(jī)燃油消耗率基準(zhǔn)表

廣西某航運(yùn)企業(yè)A船，于2002年7月交付，總噸985，凈噸551，船長(zhǎng)48.85m，寬10m，型深3.3m，吃水2.7m，主機(jī)功率257.4kW.2009年主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)4 180h，耗油99t，該年主機(jī)燃油消耗率為

對(duì)照表1，該噸位主機(jī)燃油消耗率基準(zhǔn)值為0.094kg／（kW·h），根據(jù)指標(biāo)核定辦法：

可見該船在主機(jī)燃油消耗率方面，水平高于行業(yè)基準(zhǔn)值，節(jié)能效果良好.

2）全年總油耗 選取該公司B船作為考核對(duì)象，該船過去3a總油耗分別為11.5，10.8，8.3t，以2009年作為考核年份，由于數(shù)據(jù)缺乏，使用2007～2008年平均油耗（11.5＋10.8）／2＝11.15t作為基準(zhǔn)值，根據(jù)該指標(biāo)核定辦法：

由計(jì)算結(jié)果可見，考核年份的全年總油耗明顯低于往年，節(jié)油效果明顯，但同時(shí)應(yīng)考慮到運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的限制，所以該指標(biāo)只能從宏觀上反映年份的能耗狀況，并不能直接體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益.

3）主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗 通過調(diào)研咨詢西江水系典型航運(yùn)企業(yè)，聯(lián)系其他水系的運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀，主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗指標(biāo)設(shè)定基準(zhǔn)如表2所列.

表2 西江水系干散貨船主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗基準(zhǔn)表

該航運(yùn)企業(yè)C船，于1993年5月建造，總噸158，凈噸88，載重205t，主機(jī)功率75.8kW.2009年完成貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量1 107kt·km，耗油8.3t，計(jì)算主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗為：q＝B主機(jī)／Ql＝8.3×1 000／1 107 000kg／（t·km）＝0.0075kg／（t·km）.

參照表2，該噸位主機(jī)單位周轉(zhuǎn)量油耗基準(zhǔn)值為0.004 7kg／（t·km），根據(jù)指標(biāo)核定辦法，［1－（q－ˉq）／ˉq］＝［1－（0.007 5－0.004 7）／0.004 7］＝0.404，明顯高于行業(yè)基準(zhǔn)值，主要原因在于造船時(shí)期較早，船舶嚴(yán)重老化，主機(jī)工況受損，螺旋槳磨損變形，推進(jìn)不力，耗能增加.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在參照《運(yùn)輸船舶能源利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法》的基礎(chǔ)上，結(jié)合西江水系運(yùn)輸業(yè)能耗現(xiàn)狀，構(gòu)建了西江水系運(yùn)輸船舶能耗評(píng)價(jià)體系，定義了能耗管理、能耗技術(shù)和能耗營(yíng)運(yùn)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)，并針對(duì)性的設(shè)計(jì)了13個(gè)二級(jí)指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠客觀準(zhǔn)確的反映運(yùn)輸船舶的能耗水平，避免了以往由于考核辦法不完善、不統(tǒng)一、不科學(xué)而帶來的諸多不便.為了說明所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的適用性，引進(jìn)典型船舶進(jìn)行實(shí)證分析，把評(píng)價(jià)結(jié)果與運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀進(jìn)行比較，可以看出，本文所構(gòu)建的指標(biāo)體系，可以在企業(yè)內(nèi)部或港航管理部門對(duì)能耗評(píng)價(jià)中加以運(yùn)用.

另外，針對(duì)內(nèi)河運(yùn)輸船舶能耗的考核工作在我國(guó)尚屬起步階段，相關(guān)理論的欠缺以及相關(guān)歷史數(shù)據(jù)收集不利，導(dǎo)致部分指標(biāo)的定量分析無法精確開展，阻礙了所構(gòu)建評(píng)價(jià)體系的綜合運(yùn)用.在今后的研究學(xué)習(xí)過程中，仍需對(duì)指標(biāo)選取、核定以及驗(yàn)證等方面做進(jìn)一步完善和改進(jìn).

［1］范育軍.船舶原理與積載［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008.

［2］徐筱欣.船舶動(dòng)力裝置［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007.

［3］方 芳.船舶營(yíng)運(yùn)管理學(xué)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］交通部水運(yùn)行業(yè)能源利用監(jiān)測(cè)中心.GB／T 17751－1999運(yùn)輸船舶能源利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999：2－5.

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