陳學(xué)文 錢立勝 胡一民 莊 佳

（1，4“新美洲”輪；2，3上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 200135）

○ 引言

大型集裝箱船舶編制能效管理計(jì)劃，對(duì)船舶能效操作全過程實(shí)施監(jiān)控、評(píng)估，及時(shí)識(shí)別船舶能效因素，及時(shí)完成船舶能效分析，制定船舶能效改進(jìn)措施，編寫船舶能耗、能效的自評(píng)估報(bào)告呈報(bào)公司安技部審閱，從而確保船舶以最優(yōu)化的方法降低能耗，達(dá)到船舶節(jié)能減排的目標(biāo)，是當(dāng)今國(guó)際大型航運(yùn)公司通行做法。本文基于8 530TEU大型集裝箱定線班輪“新美洲”的實(shí)踐，對(duì)2012年4月實(shí)施船舶能效管理計(jì)劃以來，船舶在“技術(shù)革新，節(jié)能減排”的技術(shù)路線，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。認(rèn)為航速優(yōu)化、航線改進(jìn)，實(shí)施推進(jìn)阻力管理，完善貨物裝卸程序，以及主機(jī)監(jiān)控優(yōu)化等機(jī)艙系列革新舉措，是大型集裝箱船舶實(shí)現(xiàn)能效管理計(jì)劃的有效舉措。

1 航速優(yōu)化與航線改進(jìn)

1.1 航速優(yōu)化

海上航行時(shí)航速優(yōu)化：控制要求是根據(jù)主機(jī)工況特性、裝載條件、ETA條件合理調(diào)整主機(jī)負(fù)荷。

海上航行時(shí)船舶的航速優(yōu)化與很多因素有關(guān)，首先是航線因素，盡可能選用最小有效航程，在航線上避免出現(xiàn)大舵角轉(zhuǎn)向點(diǎn)，大舵角轉(zhuǎn)向時(shí)主機(jī)負(fù)荷劇增而船速明顯降低。其次是航區(qū)風(fēng)、流、海況因素，分析航區(qū)潮汐表，利用順流，達(dá)到在不增加主機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下提高航速 ,減少航時(shí)。在大風(fēng)浪惡劣海況時(shí)，如保持原有轉(zhuǎn)速航行，不僅主機(jī)負(fù)荷會(huì)猛增，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)主機(jī)“飛車”現(xiàn)象，且船速也會(huì)下降很多，應(yīng)及早降速，保證螺旋槳效率，既保證船舶的安全，又降低燃料的消耗。再次就是船舶班期因素，及時(shí)和港口代理聯(lián)系掌握船舶靠離泊動(dòng)態(tài)，避免快速到達(dá)后拋錨等泊位或等貨，根據(jù)航行富裕時(shí)間優(yōu)化航速，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

例如，本輪 2012年5月16日當(dāng)?shù)貢r(shí)間 16：00自韓國(guó)釜山出發(fā)，班期要求 5月25日美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間 5：00到達(dá)洛杉磯港，經(jīng)計(jì)算主機(jī)需要開95轉(zhuǎn)全速航行，每天主輔機(jī)共耗油230噸，航行途中5月21日上午接到公司指示，班期改為5月27日5：00到達(dá)洛杉磯港，按 95轉(zhuǎn)航行時(shí)間富裕 2天，經(jīng)計(jì)算船長(zhǎng)及時(shí)下令將主機(jī)轉(zhuǎn)速改為 66轉(zhuǎn)航行，這時(shí)每天主輔機(jī)共耗油95噸，按期到達(dá)目的港共節(jié)省 350噸燃油，減少二氧化碳排放1 090噸。

考慮航速優(yōu)化時(shí)，需要適當(dāng)考慮協(xié)調(diào)到達(dá)港口次數(shù)和裝卸泊位可用性及裝卸速度。從公司層面考慮，如運(yùn)力允許可增加從事某些貿(mào)易航線的船舶數(shù)量，降低航速。例如，由于公司運(yùn)力過剩，自 2012年5月21日起增加了一艘船舶參與美西航線運(yùn)輸，該航線所有船舶班期時(shí)間增加一周，船舶自美國(guó)返程時(shí)可以用最低經(jīng)濟(jì)航速66轉(zhuǎn)航行，大大降低了油耗。

進(jìn)出港航行時(shí)航速優(yōu)化：船舶淺水航行，因淺水效應(yīng)增加了興波阻力，船速會(huì)降低，要保持原來船速，則要增加主機(jī)功率，使得主機(jī)處于高負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，不但浪費(fèi)燃料，且對(duì)主機(jī)安全不利。船舶進(jìn)入淺水區(qū)還會(huì)發(fā)生船體下沉而使船舶吃水增大，船速越高，吃水增值就越大，船舶航行阻力越大。

附表—1“新美洲”輪航速、油耗及主機(jī)功率的關(guān)系表

“新美洲”輪每次進(jìn)出港航行時(shí)都降低航速，減少了吃水增值，也減輕了淺水效應(yīng)，節(jié)約了燃料，且保護(hù)機(jī)器。最終降低能耗，減少了二氧化碳排放。

1.2 航線優(yōu)化和改進(jìn)

控制要求是預(yù)測(cè)航次氣象，根據(jù)水文、水深、海區(qū)船舶密度、自動(dòng)操舵儀性能、舵機(jī)設(shè)計(jì)等修正航線。

（1）航線天氣因素：航線設(shè)計(jì)時(shí)，要及時(shí)采集各種天氣預(yù)報(bào)的信息，根據(jù)航線部門的航次計(jì)劃和碼頭管理方意見和建議，商定恰當(dāng)?shù)拈_航時(shí)間；若天氣預(yù)報(bào)航經(jīng)海區(qū)有惡劣天氣情況，要考慮惡劣天氣的持續(xù)時(shí)間或根據(jù)惡劣天氣性質(zhì)、主機(jī)性能等適當(dāng)調(diào)整航線；在考慮調(diào)整航線時(shí)，亦要考慮航程增加的因素。

“新美洲”輪為美西航線定線班輪，經(jīng)津輕海峽跨北太平洋航行，長(zhǎng)期使用專業(yè)氣象導(dǎo)航公司推薦航線繪制計(jì)劃航線。航行中船長(zhǎng)能及時(shí)接收氣象傳真圖、氣象文字資料；亦收集調(diào)度中心氣象資料（通電等），了解航次中的中、長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)，洋流對(duì)船舶的影響，在船舶安全前提下實(shí)施氣象導(dǎo)航。調(diào)度中心隨時(shí)對(duì)船舶航線實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)控，并監(jiān)督氣象導(dǎo)航公司對(duì)船舶的導(dǎo)航，避免因氣象變化致船舶長(zhǎng)時(shí)間航行在惡劣海況中。

（2）航線水文因素：“新美洲”輪航線設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮航經(jīng)海區(qū)海流的影響，避開強(qiáng)頂流對(duì)船速的影響，或順著海流航行減輕主機(jī)負(fù)荷； 在潮汐影響的海區(qū)，亦可改變航向，優(yōu)化主機(jī)負(fù)荷。

（3）航線海區(qū)水深變化：“新美洲”輪考慮船舶特定航次的吃水情況，選擇合適水深的航線，保持足夠的富裕水深，以便減少淺水效應(yīng)增加的主機(jī)負(fù)荷。

（4）航線海區(qū)的通航條件：為規(guī)避密集的漁船作業(yè)而導(dǎo)致的繞航，“新美洲”輪在設(shè)計(jì)航線時(shí)盡可能遠(yuǎn)離作業(yè)的漁區(qū)。受到海區(qū)地理環(huán)境限制不得不通過漁區(qū)時(shí)會(huì)合理調(diào)整航線。

注意設(shè)計(jì)航線還要考慮商船習(xí)慣航線的特點(diǎn)，順著船舶的總流向航行，以避免交叉、對(duì)遇，減少頻繁施舵，導(dǎo)致偏航增距多耗燃料。航行中注意守聽航線附近的實(shí)時(shí)航行通告，了解航經(jīng)航區(qū)工程船、拖帶船、勘探船等影響，以便盡快做出航線調(diào)整，避免增距多耗燃料。

（5）航向控制：“新美洲”輪在開敞的海區(qū)實(shí)行自動(dòng)操舵儀操作，是為了減少自動(dòng)操舵儀因外部環(huán)境造成的Z 形偏航；自動(dòng)操舵儀設(shè)定在自適應(yīng)舵的操作狀態(tài)，還可將舵阻力造成的能效損失降至最低。我們還結(jié)合綜合導(dǎo)航儀系統(tǒng)、電子海圖的航線功能，達(dá)到減少偏航來節(jié)省燃料。

“新美洲”輪在密集航區(qū)、狹水道、港口航道時(shí)，自動(dòng)操舵儀停止使用以人工操舵的方式減少偏航，達(dá)到優(yōu)化能效目的。

2 實(shí)施推進(jìn)阻力管理

把船舶操縱中應(yīng)用的調(diào)整縱傾、掌握艏側(cè)推時(shí)機(jī)、減小推進(jìn)偏轉(zhuǎn)等措施提升為實(shí)施推進(jìn)阻力管理的提法，有助于進(jìn)一步量化能效管理計(jì)劃。

1）最佳縱傾：控制要求是以船舶安全穩(wěn)性要求，調(diào)整吃水差。

一般在船舶航行時(shí)，保持適當(dāng)?shù)聂簝A是有利的。這樣船舶的推進(jìn)效率較好，可以節(jié)約燃油。在配載時(shí)一般應(yīng)保證尾吃水大于首吃水。但是艉傾不能過大，一是會(huì)加大船舶的盲區(qū)不利于航行安全，二是容易造成尾部上浪。“新美洲”輪實(shí)際控制船舶最佳縱傾參閱下表 (艉傾方式)：

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2）合理使用船艏側(cè)推：控制要求是最佳時(shí)間段的選擇。

“新美洲”輪使用側(cè)推時(shí)在備車準(zhǔn)備妥后啟用側(cè)推，船舶機(jī)動(dòng)操作完成后就即刻停用側(cè)推，減少能源的消耗。

3）減小船體阻力：控制要求是減少船體和螺旋槳表面污染物，拋光和油漆工藝。

船舶能耗應(yīng)主要考慮船體外表光潔度，構(gòu)成船體阻力的主要原因?yàn)楹Ｋ治g造成船體凹凸不平、或多次打磨涂漆造成船體光潔度下降、海生物吸附船體水下部分。為優(yōu)化能效，“新美洲”輪利用碼頭卸貨時(shí)間對(duì)船體經(jīng)常性的維護(hù)，改進(jìn)油漆工藝以保持船體光潔度。

螺旋槳葉片表面質(zhì)量好，可以降低螺旋槳槳葉表面的粗糙度，減小槳葉運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與海水的摩擦力，提高螺旋槳的工作效率，增加船舶航行速度，降低船舶燃油消耗。這項(xiàng)工作只有等修船進(jìn)塢時(shí)才可進(jìn)行。

3 貨物程序和租船方參與

1）貨物裝卸的改進(jìn)：控制要求是建立預(yù)配信息交流、溝通代理、港方，適當(dāng)安排工班和裝卸機(jī)械、調(diào)整船舶泊位姿態(tài)。

船長(zhǎng)、大副收到預(yù)配船圖后，應(yīng)及時(shí)校核并反饋修正意見，以期達(dá)到貨箱最優(yōu)配載?？紤]的配載內(nèi)容有：預(yù)配計(jì)劃須符合國(guó)際載重線公約的要求，危險(xiǎn)品貨箱符合國(guó)際危規(guī)的要求，冷藏箱適配箱位，綁扎方式的采納，以提高作業(yè)效率，保障班期。船長(zhǎng)、大副還應(yīng)掌握裝卸進(jìn)度，督促裝卸人員避免單邊裝卸貨箱，導(dǎo)致船舶過度傾斜影響作業(yè)，延誤船期。

船長(zhǎng)、大副還督促駕駛員及時(shí)調(diào)整系泊狀態(tài)，避免因風(fēng)向、流向影響，導(dǎo)致裝卸延遲。

2）租船方的參與：租船經(jīng)營(yíng)由航線部門決策決定，公司航線部門在經(jīng)營(yíng)船舶時(shí)要根據(jù)港口泊位信息、天氣情況、港口設(shè)備控制船舶班期。譬如，2012年5月9日，“新美洲”由于大霧在連云港錨地等待進(jìn)港，但5月11日要靠上海港，為確保班期，公司及時(shí)決定放棄?？窟B云港，起錨開往上?？坎础?/p>

4 機(jī)艙系列降耗管理舉措

1）主機(jī)監(jiān)控和優(yōu)化：控制要求是主機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、PMI指標(biāo)參數(shù)要正常，最佳調(diào)整汽缸油，凈油機(jī)最佳狀態(tài)運(yùn)行，燃油數(shù)量、質(zhì)量要保證，控制助燃劑添加量，輪機(jī)員值班要求等。

降低主機(jī)的轉(zhuǎn)速損耗可以提高主機(jī)的功率，減少燃油的消耗。造成主機(jī)轉(zhuǎn)速的損耗的因素很多，燃油的燃燒不完全、缸內(nèi)活塞環(huán)與氣缸壁之間的密封狀況差、主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件潤(rùn)滑不良、軸系的中線不正等，改善和解決這些問題有利于降低主機(jī)的轉(zhuǎn)速損耗，提高主機(jī)的工作效率，減少燃油的消耗。“新美洲”輪采取的措施主要有：

（1）精心維護(hù)增壓器、空冷器，控制含氧。

（2）增加增壓空氣中的含氧量，提高燃油噴射的霧化度有利于提高主機(jī)的熱效率，降低主機(jī)的燃油消耗。

（3）控制主機(jī)汽缸油和滑油：氣缸油注油量應(yīng)與柴油機(jī)的載荷相匹配。降低氣缸油的消耗，也就降低了航行船舶對(duì)環(huán)境造成的污染與氣缸套的磨損。氣缸油注油率的大小對(duì)廢氣中灰塵微粒含量的影響關(guān)系見圖1：

圖1 氣缸油耗量與排放微粒間的關(guān)系

主機(jī)系統(tǒng)滑油的油質(zhì)好壞不僅影響主機(jī)的運(yùn)行安全，對(duì)能效的影響也不容忽視。當(dāng)滑油中的雜質(zhì)過多時(shí)，滑油的運(yùn)動(dòng)粘度增大，運(yùn)動(dòng)阻尼增加，主機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦力增大，主機(jī)的機(jī)械效率降低，能耗增加。當(dāng)滑油被燃油等污染時(shí)，滑油的運(yùn)動(dòng)粘度減小，滑油的潤(rùn)滑性能降低，甚至于出現(xiàn)干摩擦，不僅大大降低主機(jī)的機(jī)械效率，使得能耗增加，還會(huì)嚴(yán)重威脅主機(jī)的安全運(yùn)行。

（4）注重燃油質(zhì)量、使用燃油添加劑改善柴油機(jī)的燃燒質(zhì)量提高設(shè)備的能效。

（5）隨時(shí)關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)，必須保證主機(jī)的相關(guān)溫度 ,壓力等傳感器處于良好的工作狀態(tài)。

2）風(fēng)機(jī)可控裝置：控制要求是按需求控制風(fēng)機(jī)數(shù)量。

本輪按機(jī)艙設(shè)備工況需求合理進(jìn)行有效通風(fēng)，區(qū)分航行與停泊以及不同外界溫度對(duì)機(jī)艙/艙室風(fēng)機(jī)的需求以提高能效。

3）焚燒爐的使用：控制要求是按公約要求執(zhí)行焚燒爐使用，污油送岸處理。

注意使用焚燒爐焚燒船舶垃圾時(shí)必須在規(guī)定區(qū)域，焚燒爐燃燒室工作溫度維持在850℃～1 200℃,爐灰送岸處理并記錄在《船舶垃圾記錄簿》。

4）柴油機(jī)的優(yōu)化：控制要求是維護(hù)設(shè)備，提高能效，減少能耗。

“新美洲”輪柴油機(jī)優(yōu)化目前已完成氣缸油注油器的改造，將原配的機(jī)械式注油器改為電子定時(shí)式注油器，大大降低了主機(jī)氣缸油的耗量。因其注油量隨主機(jī)負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)了主機(jī)運(yùn)行超低負(fù)荷的要求，使得主機(jī)可以長(zhǎng)期運(yùn)行30%MCR，燃油的消耗明顯下降。

主機(jī)噴油器的改造也早已完成，噴油器的針閥偶件由原來的噴孔式改為滑閥式，改善了燃油噴射，特別是低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)噴射霧化效果更好，且噴油器不易積碳，延長(zhǎng)了噴油器的拆檢周期，為主機(jī)運(yùn)行 30%MCR 打下了基礎(chǔ)，也為下一步運(yùn)行25%MCR 創(chuàng)造了條件，使得主機(jī)的燃油消耗進(jìn)一步降低。

5）廢熱回收：控制要求是最大效能控制使用廢氣鍋爐，合理有效運(yùn)行輔助鍋爐。

“新美洲”輪主機(jī)廢氣余熱回收是節(jié)省能源的一種十分行之有效的方法，主機(jī)廢氣鍋爐應(yīng)用和引用主機(jī)缸套水的余熱作為造水機(jī)加熱源均可降低能耗。

6）加強(qiáng)船舶能源管理：控制要求是設(shè)備正常運(yùn)行無泄漏，船員節(jié)能意識(shí)在生活中的體現(xiàn)，船方與港方的配合。

“新美洲”輪加強(qiáng)空調(diào)和冰機(jī)的保養(yǎng)和使用管理，維護(hù)冷卻水、滑油熱交換器性能，根據(jù)具體海況海水泵、冷卻水泵臺(tái)數(shù)的合理選用將明顯提高能效；使用高效新型節(jié)能燈，培養(yǎng)船員節(jié)能意識(shí)；本輪配置岸電裝置，在美國(guó)洛杉磯港使用岸電。7）船岸聯(lián)系：控制要求是船舶及時(shí)掌握最新岸上各方信息。

“新美洲”輪及時(shí)關(guān)注的信息包括：調(diào)度中心燃料科信息、預(yù)配中心的預(yù)配信息、航線部門航線信息、安技部信息、船舶管理部信息、港口代理信息、港口調(diào)度的 ETA、ETD 等信息交流，以避免船舶非營(yíng)運(yùn)性停留導(dǎo)致的能耗。

5 加強(qiáng)船舶能效的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)船舶能效目標(biāo)

“新美洲”輪船舶能效管理基準(zhǔn)為：

能源強(qiáng)度指標(biāo)（燃油單耗）為： 6.92 千克/(千噸海里)；營(yíng)運(yùn)能效平均指數(shù)（EEOI）為： 21.88×10-6噸/(噸海里)。

1）船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗指數(shù)（燃油單耗）為船舶單位運(yùn)輸作業(yè)所消耗的燃油量，是通過消耗的燃油量與貨物周轉(zhuǎn)量（千克/TEU/人-海里）的比值，來衡量階段時(shí)期內(nèi)船舶能效的高低，其單位取決于所載貨物或所作的功的測(cè)量，例如千克／（千噸海里）或千克/（TEU海里）。

監(jiān)測(cè)方法一個(gè)航次的燃油單耗基本表達(dá)式為：

燃油單耗=ΣjFCj/(mcargo×D)

式中：●j 為燃油類型；●FCj為在航程中燃油j 的消耗量；●mcargo 為載貨量（以TEU 表示）；●D 為對(duì)應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

某段時(shí)間或多個(gè)航段的燃油單耗平均值計(jì)算公式為：

平均燃油單耗 =ΣiΣjFCij/Σi(mcargo,i×Di)

式中：●j 為燃油類型；●i 為航程數(shù)；●FCij為在航程 i中燃油 j 的消耗量；●mcargo為載貨量（以 TEU 表示）；●D為對(duì)應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。 如認(rèn)為適當(dāng)，可計(jì)算平均燃油單耗值的滾動(dòng)平均指數(shù)以監(jiān)測(cè)船舶燃油消耗。2）船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）為船舶單位運(yùn)輸作業(yè)所排放的CO2量，是通過消耗燃油所排放的CO2與貨物周轉(zhuǎn)量（噸/TEU/人-海里）的比值，來衡量階段時(shí)期內(nèi)船舶能效的高低，其的單位取決于所載貨物或所作的功的測(cè)量，例如噸 CO2／（噸海里）或噸CO2/（TEU海里）。

監(jiān)測(cè)方法一個(gè)航段EEOI的基本表達(dá)式為：

●j為燃油類型；●FCj為在航段中燃油 j的消耗量；●CFj為燃油 j的燃油量與CO2排放量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；●Mcargo為載貨量（以載重噸表示）；●D為對(duì)應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

某段時(shí)間或多個(gè)航段的EEOI平均值計(jì)算公式為：

●j為燃油類型；●i為航程數(shù)；●FCij為在航程 i中燃油 j的消耗量；●CFj為燃油 j的燃油量與 CO2排放量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；●mcargo,i為載貨量（以載重噸表示）；

●Di為對(duì)應(yīng)于所載貨物的距離（海里）。

CFj是燃油消耗量（單位 g）和基于碳含量的 CO2排放量（單位g）之間的無量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)。CFj值如下：

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6 結(jié)語

國(guó)際組織IMO已制定了《船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）制訂導(dǎo)則》和《船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》，鼓勵(lì)船東和運(yùn)營(yíng)人將其納入環(huán)境管理體系來實(shí)施。降低船舶能耗、提高能源利用效率、減少 CO2排放造福人類，所有船舶均有義務(wù)為航運(yùn)朝向低碳綠色方向發(fā)展作出自己的一份貢獻(xiàn)。

[1]IMO.MEPC.1/Circ.683《船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）制訂導(dǎo)則》。

[2]IMO.MEPC.1/Circ.684《船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》。

[3]中海集裝箱運(yùn)輸股份有限公司《船舶能效管理計(jì)劃》。