何放平,王海松（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州　510800）

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淺析船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

何放平,王海松
（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州510800）

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促使交通運(yùn)輸變得更加繁重，加劇了排放二氧化碳的效率，出現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，會(huì)在一定程度上影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展以及人們身心健康，嚴(yán)重破壞以及威脅生態(tài)系統(tǒng)。其中被一直認(rèn)為是最環(huán)保和最清潔的船舶運(yùn)輸行業(yè)也不能幸免，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，向大氣中不斷排放大量二氧化碳等氣體，因此，可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸船舶行業(yè)節(jié)能減排是十分重要的，對(duì)于環(huán)境和社會(huì)的發(fā)展存在極大影響。本文主要分析了運(yùn)輸船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：船舶；節(jié)能減排；應(yīng)用

0　引言

在2012年的時(shí)候全球造船行業(yè)都受到多方面因素的影響，例如，船舶動(dòng)力、海運(yùn)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、造船產(chǎn)能等，具備比較大的生產(chǎn)運(yùn)行壓力?，F(xiàn)階段，我國(guó)面臨的不僅僅是擴(kuò)大出口，還需要進(jìn)行分析全球分工體系以及快速投資等方面帶來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，應(yīng)該不斷增加船舶行業(yè)自身創(chuàng)新能力，以便于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，為船舶運(yùn)輸行業(yè)提供發(fā)展機(jī)遇，此外，也能在發(fā)展全面建設(shè)小康社會(huì)的一定程度上促進(jìn)運(yùn)輸船舶行業(yè)的發(fā)展。提高船舶運(yùn)輸總體運(yùn)行需求，對(duì)于船舶運(yùn)輸節(jié)能減排具備更高的水平和要求，針對(duì)發(fā)展中出現(xiàn)的節(jié)能減排實(shí)際情況，合理分析船舶節(jié)能減排的實(shí)際需求，并且依據(jù)此作為基本實(shí)踐研究案例，為船舶運(yùn)輸節(jié)能減排奠定基礎(chǔ)。

1　船舶節(jié)能減排的內(nèi)涵

船舶節(jié)能實(shí)際上就是利用最小消耗能量來(lái)達(dá)到最大運(yùn)輸效益的目的，也可以說(shuō)是利用相對(duì)比較小的燃料費(fèi)用來(lái)得到最合理、最大的運(yùn)輸量。

燃料費(fèi)用運(yùn)行指標(biāo)=運(yùn)輸量（噸/千米）/油量的價(jià)格*消耗燃油量

通過(guò)上述可以發(fā)現(xiàn)想要能夠達(dá)到節(jié)能的目的，需要適當(dāng)降低消耗燃油量、提高運(yùn)輸量以及使用廉價(jià)燃料等。

2　船舶節(jié)能減排的需求

2.1發(fā)展航運(yùn)的需要

船舶運(yùn)輸行業(yè)一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速關(guān)系，來(lái)得到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益，由于不斷建設(shè)和推廣環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)，對(duì)于船舶運(yùn)輸行業(yè)來(lái)說(shuō)，節(jié)能減排逐漸成為國(guó)家船舶企業(yè)不斷發(fā)展和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵，同時(shí)也是履行社會(huì)責(zé)任的主要內(nèi)容。在運(yùn)輸船舶的時(shí)候，需要依據(jù)船舶工況和船舶運(yùn)行航線的實(shí)際變化情況，合理分析船舶實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的耗油記錄以及修訂系數(shù)偏差值，以便于得到實(shí)際的耗油信息數(shù)據(jù)，分析實(shí)際節(jié)能方式，保證能夠完全符合實(shí)際運(yùn)輸需求。

2.2國(guó)家法律法規(guī)強(qiáng)制性要求

相關(guān)部門已經(jīng)發(fā)出宣告，相比較2005年，等到2020年的時(shí)候，國(guó)家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通運(yùn)輸十二五規(guī)劃、國(guó)務(wù)院通過(guò)的《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》都明確規(guī)定了，等到2020年的時(shí)候，會(huì)降低排放二氧化碳的量到16%，船舶運(yùn)輸單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)耗能量到15%，實(shí)施船舶運(yùn)輸節(jié)能減排工作戰(zhàn)略可以在一定程度上完全符合國(guó)家實(shí)施的節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

3　分析船舶運(yùn)輸節(jié)能減排的影響因素

實(shí)施船舶節(jié)能減排工作主要就是能夠有效管理和控制燃油的消耗和排放。具備越好的船舶節(jié)能減排效益，就會(huì)在越高的燃料利用率，會(huì)降低排放二氧化碳的含量，對(duì)于船舶企業(yè)來(lái)說(shuō)不但可以降低運(yùn)行成本和減少使用燃料的費(fèi)用，還可以在一定程度上增加企業(yè)效益，存在很多影響船舶節(jié)能減排的因素，主要包括以下幾方面：

3.1船舶自身性能

船舶自身性能、條件等會(huì)影響船舶的節(jié)能減排作用，不同涂裝底漆和污底情況、不同主輔機(jī)狀態(tài)設(shè)備、不同運(yùn)營(yíng)年限、不同船體浸水體積、不同船型等都會(huì)對(duì)船舶節(jié)能減排形成不同的影響。不同運(yùn)營(yíng)年限的船舶由于存在不同磨損主機(jī)程度，長(zhǎng)年運(yùn)行的船舶會(huì)比較大的磨損主機(jī)，相比較短時(shí)間運(yùn)行或者新鋅運(yùn)行的船舶來(lái)說(shuō)，也會(huì)存在比較大的單位耗油量，對(duì)于排放污染物、充分利用能源存在一定不好的影響；不同船型具備不同的抗風(fēng)浪性能，船舶耐波性差以及甲板受風(fēng)面積大的船舶會(huì)影響節(jié)能減排；船舶浸水體積，會(huì)在一定程度上影響船舶航行的興波阻力，是不能忽視的影響節(jié)能減排的因素。在運(yùn)輸船舶的過(guò)程中，主副機(jī)也是重要的安全設(shè)備和耗能設(shè)備，具備越高的運(yùn)行主副機(jī)效率，就存在越高的燃燒效率，從而可以適當(dāng)降低單位耗油量，對(duì)于船舶實(shí)施節(jié)能減排工作具備一定意義和作用。

3.2節(jié)能減排技術(shù)

在設(shè)計(jì)船舶的過(guò)程中，合理應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，可以在一定程度上提高燃燒性能、改變?nèi)紵寐剩軌虼龠M(jìn)船舶節(jié)能減排的實(shí)際作用?，F(xiàn)階段，經(jīng)常使用的運(yùn)輸船舶節(jié)能減排技術(shù)主要包括水鐵連接、無(wú)縫連接，淘汰一些高耗能船舶，并且合理應(yīng)用有效的科學(xué)技術(shù)，例如，安裝燃油研磨機(jī)、預(yù)熱利用設(shè)備、燃燒爐、油水分離器等，此外，還有一些船舶開發(fā)企業(yè)使用自行開發(fā)的管理監(jiān)控耗油系統(tǒng)，利用先進(jìn)的GPRS通訊技術(shù)，可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶信號(hào)的目的，也可以監(jiān)控管理船舶轉(zhuǎn)速、耗油量等，定期分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并且依據(jù)船舶實(shí)際性能，在保證具備最優(yōu)化船舶運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，降低船舶燃消耗量、提高利用燃料的效率，可以有效降低運(yùn)行成本，達(dá)到智能化管理船舶內(nèi)部的實(shí)際作用，依據(jù)先進(jìn)技術(shù)，能夠確保在擁有最合理耗油基礎(chǔ)上，盡可能降低船舶消耗，達(dá)到節(jié)能減排的作用。

3.3環(huán)境因素

在運(yùn)行船舶的過(guò)程中，環(huán)境有可能影響利用燃料的效率，從而會(huì)在一定程度上影響船舶節(jié)能減排的效率。環(huán)境因素主要就是說(shuō)自然環(huán)境以及地理環(huán)境，主要包括：航道條件、溫度、氣壓、氣象等，會(huì)很大程度影響排放水平以及耗油水平。如果在大風(fēng)條件下運(yùn)行船舶，會(huì)提高船舶運(yùn)行阻力，極大程度影響主機(jī)負(fù)荷，如果存在超負(fù)荷主機(jī)負(fù)荷，會(huì)急劇提高耗油量；在比較高海拔區(qū)域運(yùn)行船舶的時(shí)候，隨著升高海拔，會(huì)降低大氣壓力。存在越高的海拔，就具備越稀薄的空氣，降低空氣含氧量，促使不能充分燃燒船舶燃料，以便于會(huì)降低單位燃料燃燒的實(shí)際功率，以此，大氣壓是十分重要的影響船舶運(yùn)行消耗燃料的因素。在運(yùn)行船舶的過(guò)程中，地理環(huán)境也會(huì)影響廢棄排放以及能源消耗，運(yùn)行船舶的地理環(huán)境有航道交叉情況、航道彎曲角度、航道深度、航道寬度，一般情況下，在相同的其他條件基礎(chǔ)上，具備比較小的航道彎曲度，會(huì)減少燃料消耗的比重，也就是說(shuō)在運(yùn)輸船舶的時(shí)候，由于不斷改變航道條件會(huì)影響船舶能源利用率。

3.4資金投入和效益因素

船舶效益水平以及資金投入成本可以在一定程度上反應(yīng)企業(yè)對(duì)社會(huì)和國(guó)家?guī)?lái)的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)施節(jié)能減排工作的效率。在具備高效低成本投入的時(shí)候，船舶運(yùn)輸企業(yè)能夠更加合理的實(shí)施節(jié)能減排工作，可以在一定程度上促進(jìn)節(jié)能減排的效果和作用。反之，如果具備比較高成本投入的時(shí)候，不僅不會(huì)給企業(yè)帶來(lái)一定的效益，還有可能促使船舶企業(yè)形成負(fù)經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致大部分船舶企業(yè)不希望進(jìn)行節(jié)能減排，并且喪失節(jié)能減排的積極性，會(huì)嚴(yán)重影響船舶運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

經(jīng)濟(jì)效益實(shí)際上就是在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中產(chǎn)品投入比值。經(jīng)濟(jì)效益高低不僅與生存發(fā)展以及自我積累存在一定關(guān)系，并且也會(huì)在一定程度上影響整個(gè)船舶運(yùn)輸行業(yè)。從對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)方面來(lái)說(shuō)貢獻(xiàn)情況就是說(shuō)全部構(gòu)成要素和某個(gè)構(gòu)成要素之間的百分比值，也就是說(shuō)在全部構(gòu)成要素中某構(gòu)成要素增量值占據(jù)總增量值的比重。具備越高的經(jīng)濟(jì)效益，就對(duì)于船舶運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展越有利，因此，經(jīng)濟(jì)效益是分析船舶節(jié)能減排工作的重要因素。

4　運(yùn)輸船舶節(jié)能減排的應(yīng)用

4.1使用經(jīng)濟(jì)航速

燃油消耗與船舶航速息息相關(guān)，是綜合反映技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，運(yùn)輸船舶的過(guò)程中，包括三種主要的經(jīng)濟(jì)航速概念，也就是最高盈利航速、最低燃油費(fèi)用航速以及最低燃油消耗率航速，最常用的經(jīng)濟(jì)航速概念實(shí)際上就是最低燃油消耗率航速。經(jīng)濟(jì)航速屬于節(jié)能的新技術(shù)方式。船舶主要就是包括鍋爐、發(fā)電柴油機(jī)以及船舶主機(jī)等，在運(yùn)行船舶的過(guò)程中，其中最重要的實(shí)際上就是主機(jī)耗油。船舶耗油重要方式就是說(shuō)在運(yùn)行船舶主機(jī)的時(shí)候，可以為船舶提供相應(yīng)的航行動(dòng)力，船舶航速以及船舶功率之間具備三次方關(guān)系，適當(dāng)降低船舶航渡可在一定程度上以有效節(jié)省相應(yīng)的燃油消耗，反之，提高船舶運(yùn)行速度會(huì)在一定程度上增加燃油成本。從實(shí)際運(yùn)行船舶的情況方面來(lái)說(shuō)，當(dāng)變化轉(zhuǎn)速和功率的時(shí)候，消耗燃油的量會(huì)受到換氣量、噴油量、船速等的影響，不是確定的因素，基本上想要具備最小的燃油消耗量，就需要在70～80%負(fù)荷的時(shí)候，以此來(lái)為實(shí)際運(yùn)行船舶提供經(jīng)濟(jì)性指導(dǎo)航速。

船舶航速和耗油的最佳平衡點(diǎn)可以從以下幾方面進(jìn)行分析：

第一，船舶主機(jī)耗油量和航速等相關(guān)技術(shù)資料：

第二，船舶實(shí)際情況。主要包括船舶耗油設(shè)備狀態(tài)、船舶運(yùn)營(yíng)年限、船型等。

第三，船舶航行天氣、海況等相關(guān)影響因素。

第四，船舶航行的經(jīng)營(yíng)需求以及實(shí)際運(yùn)行路線。

所以，船舶運(yùn)行技能減排的基本原理主要就是在具備安全的主機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，依據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)營(yíng)情況，找到航速以及耗油的最佳平衡點(diǎn)。依據(jù)船舶航速和耗油的最佳平衡點(diǎn)以及相關(guān)計(jì)算公式，選擇合理的計(jì)算方式，得到不同船齡、船型的合理、科學(xué)的經(jīng)濟(jì)航速指標(biāo)。在實(shí)際經(jīng)營(yíng)船舶的過(guò)程中，需要依據(jù)航次計(jì)劃，相關(guān)管理人員充分分析和選擇最高盈利航速、最低燃油費(fèi)用航速、最低耗油率航速，以便于能夠得到最為合理和經(jīng)濟(jì)的航速指標(biāo)，為船舶企業(yè)提供節(jié)能服務(wù)以及增加收益。

4.2船體應(yīng)用高強(qiáng)度鋼

4.2.1試驗(yàn)船簡(jiǎn)介

某試驗(yàn)船，長(zhǎng)109.6m高強(qiáng)鋼散貨船，為球鼻型首、尾機(jī)型雙尾深艙船，具備雙層底的貨倉(cāng)區(qū)域，高度是0.9m。貨倉(cāng)區(qū)域的舷側(cè)、船底板、甲板屬于縱骨架式結(jié)構(gòu)，其他部分屬于橫骨架式交替肋骨制結(jié)構(gòu)。依據(jù)國(guó)家《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》、《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)的船舶，能夠全年在長(zhǎng)江區(qū)域運(yùn)行在JZ級(jí)航段、A、B、c級(jí)航區(qū)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的結(jié)構(gòu)是ccs-A36級(jí)高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼,使用材料的化學(xué)成分以及力學(xué)性能都能夠完全滿足ccs《材料與焊接規(guī)范(2009）》及其2010修改通報(bào)，船體設(shè)計(jì)的其他部位材料就是普通船用結(jié)構(gòu)鋼，例如，斜桿、甲板支柱、上層建筑等。使用的焊接船體高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼屬于1Y級(jí)材料，上述材料的化學(xué)成分以及力學(xué)性能都能完全滿足ccs《材料與焊接規(guī)范(2009）》及其2010修改通報(bào)，需要具備相適應(yīng)的母材和焊接材料，并且使用的高強(qiáng)度低碳型焊接材料需要經(jīng)過(guò)CCS認(rèn)證。

4.2.2應(yīng)用部位

在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，在船舶甲板以及底部縱向構(gòu)件會(huì)適當(dāng)出現(xiàn)最大總縱彎曲應(yīng)力；在底部或者底部附近縱橫構(gòu)件中會(huì)形成一定的最大局部應(yīng)力，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中可以合理使用高強(qiáng)度鋼，會(huì)擁有相對(duì)明顯的效果。在分析船舶應(yīng)用高強(qiáng)度鋼效果的時(shí)候，需要合理對(duì)比不同尺寸的散貨船。對(duì)比計(jì)算高強(qiáng)度鋼船以及普通鋼船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中降低重量百分比多余20%的位置。其中外板減輕重量比28.5%，船底骨架減輕重量比23.6%，橫艙壁和骨架減輕重量比41%，縱艙壁和骨架減輕重量比31.7%，載貨甲板和骨架減輕重量比33.6%，桁架減輕重量比84%，架減輕重量比30.7%?？梢园l(fā)現(xiàn)合理應(yīng)用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)備重量、管系、結(jié)構(gòu)以及增加施工高強(qiáng)度鋼比例，可以在一定程度上降低耗能，提高載重量。

5　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在分析運(yùn)輸船舶節(jié)能減排實(shí)踐的過(guò)程中，可以合理提出以下幾方面節(jié)能減排的方式：第一，合理優(yōu)化船舶型線，降低船舶運(yùn)行行靜水阻力、有效增加船舶運(yùn)行效率；第二，實(shí)施主機(jī)選型匹配方案以后，能夠在一定程度上節(jié)約3～5%的燃料消耗，并且能夠降低15%的二氧化碳排放；第三，優(yōu)化設(shè)計(jì)螺旋槳，能夠降低船舶運(yùn)行推進(jìn)阻力，提高推進(jìn)船舶運(yùn)行的效率；第四，運(yùn)輸船舶節(jié)能減排還應(yīng)該包括：重油轉(zhuǎn)換輕油、管理電站、應(yīng)用可替換能源以及增加燃燒主機(jī)的效率。

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作者簡(jiǎn)介：何放平（1973-），男，廣東韶關(guān)人，輪機(jī)工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：船舶輪機(jī)工程技術(shù)及船舶管理。

基金項(xiàng)目：船舶自動(dòng)化集成技術(shù)開發(fā)中心(項(xiàng)目編號(hào)：GCZX-B1304)

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.051