鄭宇恒

摘 要：隨著全球能源不斷萎縮，原油和人工成本不斷上漲，加上近期航運(yùn)業(yè)的低迷， 研究節(jié)能技術(shù)，減少能源消耗，直接關(guān)系到我國(guó)乃至于世界航運(yùn)公司的成本效益，還能減少對(duì)環(huán)境的污染。加強(qiáng)船舶的船舶管理、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重效益，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，對(duì)未來(lái)的船舶運(yùn)輸發(fā)展顯得尤其重要。本文主要介紹了傳統(tǒng)船舶行業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀，并對(duì)當(dāng)前采用的節(jié)能減排進(jìn)行整理、分析、并提出建議及措施。

關(guān)鍵詞：船舶動(dòng)力裝置；節(jié)能；減排

1 前言

隨著全球化進(jìn)程加快，物流業(yè)、漁業(yè)、大型海上工程的不斷發(fā)展，船舶作為海上運(yùn)輸工具其數(shù)量也在逐步增加，其節(jié)能效果的好壞直接對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境有著重大影響。船舶燃油費(fèi)占船舶航運(yùn)運(yùn)營(yíng)支出比例比較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，油船約占60%，散貨船約占50%，客貨船占約35%，小型運(yùn)輸船占30%。而高耗的能源則是伴隨著大量的溫室氣體排放，國(guó)際航運(yùn)業(yè)所排放的二氧化碳其總量大約相當(dāng)于全世界二氧化碳的排放總量的3%，而且船舶柴油機(jī)還會(huì)排放一氧化碳、氮?dú)浠衔铩⒘蚧?、微粒等有害物質(zhì)[1]。因此，加強(qiáng)船舶管理和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及節(jié)能減排的基礎(chǔ)性管理，研究和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)降低船舶能耗，不僅可以為航運(yùn)企業(yè)節(jié)省燃油費(fèi)用，同時(shí)減少船舶造成環(huán)境污染，獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)保雙重效益。

2 船舶節(jié)能的原則

船舶節(jié)能總的含義是以最小的能量消耗取得最大的運(yùn)輸效益，或者說(shuō)就是以最小的燃料費(fèi)用取得最大的運(yùn)輸量。

燃料費(fèi)用營(yíng)運(yùn)指標(biāo)=運(yùn)輸量（噸×千米或海里）/（燃油消耗量（千克） ×燃料的價(jià)格（元/千克））

上式的燃料費(fèi)用營(yíng)運(yùn)指標(biāo)是表示單位燃料費(fèi)用所完成的運(yùn)輸量，從式中可以看出，船舶節(jié)能的努力方向是增大運(yùn)輸量，降低燃料消耗量和采用廉價(jià)的燃料[2]。

3傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)

現(xiàn)代船舶動(dòng)力系統(tǒng)主要有柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、燃汽輪機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和電力推動(dòng)系統(tǒng)。

對(duì)于柴油動(dòng)力系統(tǒng)主要的性能特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：柴油機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)在啟動(dòng)時(shí)能夠比較迅速，而且它的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，安全可靠技術(shù)成熟。按照轉(zhuǎn)速的高低分為二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)。二沖程柴油機(jī)主要應(yīng)用在大中型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶上，具有轉(zhuǎn)速低動(dòng)力持久等特點(diǎn)，四沖程柴油機(jī)主要應(yīng)用在中小型船舶（客船、豪華游船以及軍船等）上。

對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：燃?xì)廨啓C(jī)相比柴油機(jī)在質(zhì)量和尺寸方面占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，它具有良好的加速性能和很低的污染氣體排放，被很多高速客船艦艇等所采用。它的缺點(diǎn)主要在于燃油經(jīng)濟(jì)性上不能夠做到充分燃油，尤其在部分工況的情況下此現(xiàn)象更為嚴(yán)重。而且燃汽輪機(jī)需要燃用干凈清潔、價(jià)格昂貴的蒸餾油，價(jià)格比較昂貴。

在船舶航行過(guò)程中可以合理地選擇柴油機(jī)、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排的目的，更加有效地提高整個(gè)船舶航行的經(jīng)濟(jì)性。在電推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)中吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)是當(dāng)今備受關(guān)注和重視的推進(jìn)方式。吊艙式電力推進(jìn)是一種全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳，具有良好的操作性能和很高的推進(jìn)效率。

4在船舶傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)中的節(jié)能減排

4.1柴油機(jī)廢氣與冷卻水余熱再利用

燃油在氣缸內(nèi)燃燒后的熱量大部分被排氣和冷卻水帶走，只有小部分熱量得以充分利用。對(duì)這些可用熱量的有效利用，現(xiàn)在最為普遍的就是廢氣鍋爐以及主機(jī)暖缸利用冷卻水熱量。

1）設(shè)熱管鍋爐對(duì)主機(jī)廢氣進(jìn)行二次回收。柴油機(jī)排氣余熱的溫度在吸收利用時(shí)其溫度可降低到環(huán)境溫度。主機(jī)排氣通過(guò)廢氣鍋爐后，排氣溫度由原來(lái)的360～380℃下降到260～280℃，這個(gè)溫度離露點(diǎn)（假如為180℃，有時(shí)還要低）還有100℃左右溫度可利用?，F(xiàn)在假設(shè)在遠(yuǎn)洋船舶的每個(gè)廢氣鍋爐之后增設(shè)一熱管鍋爐，對(duì)柴油機(jī)的排氣余熱進(jìn)行二次回收，使排氣溫度降到180℃左右。用這些回收的熱量供船員日常生活用氣是非常富裕的，并可避免冬季單靠廢氣鍋爐供熱有時(shí)不能滿足船舶正常需要的供熱量。

熱管鍋爐由氣水管及煙道箱組成。它是利用熱管作為傳熱元件來(lái)回收船舶主機(jī)排氣余熱的。由于熱管的傳熱效率高，熱敏度高，又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，使其具有重量輕、體積小、蒸發(fā)量大等特點(diǎn)。這是其它型式的廢氣鍋爐無(wú)法比擬的。

2）采用主機(jī)冷卻水熱損失來(lái)加熱日用油柜的燃油。主機(jī)冷卻水溫度一般都在60～75 ℃，屬于低品熱能。一般的遠(yuǎn)洋船舶都是利用各種型式的冷卻器對(duì)主機(jī)冷卻，進(jìn)行熱量交換，把其熱量帶走，白白的浪費(fèi)掉這部分熱能。這樣既增加了船用設(shè)備，又增加了海水泵的功率消耗。假如采用主機(jī)冷卻淡水加熱日用油柜，使燃油吸收冷卻水的熱量而進(jìn)行預(yù)熱，這不僅可減少加熱主機(jī)日用燃油的蒸汽耗量，而且通過(guò)這個(gè)所謂的燃油—淡水熱交換器后，使淡水溫度先行下降，再通過(guò)淡水冷卻器對(duì)其進(jìn)一步冷卻，可提高其冷卻效果[3]。

4.2優(yōu)化螺旋槳的設(shè)計(jì)

整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的效率，不僅與推進(jìn)裝置的傳動(dòng)效率、船身有關(guān)，更與螺旋槳的敞水效率及裝船后的小隊(duì)旋轉(zhuǎn)效率有關(guān)。一般來(lái)水，當(dāng)傳動(dòng)設(shè)備及軸系確定后，傳動(dòng)效率不同的船型變化不大，但船身效率，螺旋槳敞水與船型密切相關(guān)。因此，為使船舶具有較大推力、較高的船速，改善螺旋槳設(shè)計(jì)，提高推進(jìn)系統(tǒng)效率十分重要。根據(jù)螺旋槳理論，螺旋槳功率系數(shù)計(jì)算公式如下：

在螺旋槳設(shè)計(jì)時(shí)，首先可以考慮采用低速大直徑螺旋槳，螺旋槳推力T與速度V取決于船體尺寸和航速的初始設(shè)計(jì)，在船舶營(yíng)運(yùn)要求下，T與V已定，要提高螺旋槳效率Y，由公式可見(jiàn)，唯一途徑就采用大直徑漿并同時(shí)降低尾軸轉(zhuǎn)速，漿速與漿徑應(yīng)處于最佳對(duì)應(yīng)位置。

4.3優(yōu)選主機(jī)

在選擇主機(jī)時(shí)都盡量采用“減額輸出”匹配方法，即標(biāo)定功率的85%左右，并以此作為向主機(jī)生產(chǎn)廠家訂貨的依據(jù)目前柴油機(jī)主機(jī)趨向低轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)沖程，其目的是降低油耗率，同時(shí)該類主機(jī)與低速大直徑螺旋槳匹配效果很好，節(jié)能型大功率主機(jī)主要是降低油耗，燒重質(zhì)燃油或代用燃料，提高船舶運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。

4.4優(yōu)化機(jī)艙布置及改善主機(jī)進(jìn)氣環(huán)境

機(jī)艙布置應(yīng)首先滿足總體布局，機(jī)電及其輔機(jī)布置合理，既便于操縱，又易于維修；同時(shí)，機(jī)艙周圍環(huán)境應(yīng)滿足柴油機(jī)進(jìn)氣的需求，可及時(shí)進(jìn)氣擾動(dòng)，以使主機(jī)進(jìn)氣充足，燃燒良好，排氣順暢。換氣良好，燃料燃燒充分，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

5結(jié)論

我國(guó)資源總量稀缺、消耗大，利用率低，節(jié)能減排工作面臨巨大壓力，節(jié)能減排是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，在世界資源緊缺的今天，迫切需要加強(qiáng)政策力度，加大節(jié)能減排技術(shù)的研究和推廣，調(diào)動(dòng)各方積極性。除了在新技術(shù)上要不斷創(chuàng)新，同時(shí)還要通過(guò)開發(fā)先進(jìn)的適合全球標(biāo)準(zhǔn)的信息管理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)整個(gè)船舶進(jìn)行綜合系統(tǒng)、智能管理，從而使我們國(guó)家航運(yùn)業(yè)更具競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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