黃建新

【摘要】隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、地球環(huán)境的日益惡化以及能源短缺的日益嚴(yán)重，節(jié)能減排技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的重點，而全球百分之九十的貿(mào)易量由船舶航運承擔(dān)，其節(jié)能減排對能源環(huán)境的影響較為顯著。鑒于此，本文介紹了船舶節(jié)能減排技術(shù)的重要性，分析了船舶自身性能、環(huán)境因素以及效益因素對船舶節(jié)能減排的影響，并提出了幾點船舶節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用措施，希望可以為船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用研究提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能減排；船舶性能；減阻降耗；經(jīng)濟航速

社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展給交通運輸行業(yè)帶來巨大的考驗，車輛、船舶等交通運輸加劇了 的排放，其在一定程度上影響了人們的身心健康以及社會經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展，其中被認(rèn)為是最清潔、最環(huán)保的船舶運輸行業(yè)也不能幸免。因此，研究船舶運輸行業(yè)的節(jié)能減排具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、船舶節(jié)能減排技術(shù)重要性

船舶節(jié)能減排是航運發(fā)展的需要，船舶運輸努力的方向就是利用最合理的航速和耗油關(guān)系來獲得最好的經(jīng)濟效益，對于船舶運輸行業(yè)來說，船舶節(jié)能減排已經(jīng)成為船舶企業(yè)落實科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵步驟，其對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會有著重要意義。在實際的船舶運輸中，工作人員需要根據(jù)船舶運行航線、工況等實際的變化情況，對船舶實際運行中的耗油等進行分析以及修正，以便得到船舶實際的耗油數(shù)據(jù)，從而分析船舶實際的節(jié)能方式，為滿足實際船舶運輸需要奠定堅實基礎(chǔ)。船舶節(jié)能減排也是我國法律法規(guī)的強制性要求，我國明確規(guī)定了到2020年，我國二氧化碳排放量會降低到16%，船舶運輸單位運輸周轉(zhuǎn)耗能量降到15%，因此可以說船舶節(jié)能減排技術(shù)在一定程度上符合我國節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

二、船舶節(jié)能減排的影響因素

1.船舶性能

船舶自身的性能會影響到船舶節(jié)能減排的效果，一般來說，不同船舶主輔機狀態(tài)、涂裝底漆以及污底情況、運營年限、型號以及船體浸水體積等都會對船舶節(jié)能減排產(chǎn)生不同影響。船舶主輔機是船舶運輸過程中重要的耗能設(shè)備和安全設(shè)備，主輔機運行效率越高，船舶燃燒效率就越高，這樣就可以適當(dāng)降低船舶單位耗油量，在一定程度上對船舶節(jié)能減排工作起到重要作用；不同運營年限的船舶主機磨損程度不同，長時間運行的船舶主機磨損較大，其單位耗油量較大，對能源利用效率、污染物排放等存在一定的影響；不同型號的船舶抗風(fēng)浪性能不同，其甲板受風(fēng)面積以及船舶耐波性等都會對船舶節(jié)能減排效果產(chǎn)生一定的影響；船舶船體浸水體積會在一定程度上影響船舶興波阻力，進而影響船舶節(jié)能減排效果。

2.環(huán)境因素

在船舶實際運行的過程中，環(huán)境因素會在一定程度上影響船舶燃料燃燒效率，進而船舶節(jié)能減排效率。具體來說，環(huán)境因素主要指的是船舶運行過程中的地理環(huán)境和自然環(huán)境，包括溫度、氣壓、航道條件以及氣象條件等，這些環(huán)境因素很大程度上會影響船舶耗油水平以及排放水平。例如大風(fēng)會增加船舶運行阻力，影響船舶主機負(fù)荷，進而增加船舶耗油量；在海拔比較高的地區(qū)運行時，大氣壓力會隨著海拔的升高而降低，空氣含氧量也隨之降低，這樣船舶燃料就不能充分燃燒，單位燃料燃燒的實際功率也會降低；航道彎曲角度、交叉情況、航道寬度以及航道深度等都會在一定程度上影響船舶能源消耗以及廢氣排放情況，航道彎曲度越小，燃燒消耗越少。

3.效益因素

船舶資金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企業(yè)給我國國家社會帶來的經(jīng)濟效益以及實施節(jié)能減排的效果。船舶企業(yè)在進行高效低成本投入時，能夠更合理地實施節(jié)能減排工作，促進船舶節(jié)能減排效果的實現(xiàn)，但船舶企業(yè)在進行比較高成本投入時不僅不能帶來經(jīng)濟效益，還有可能使企業(yè)產(chǎn)生負(fù)經(jīng)濟效益，進而打擊船舶企業(yè)節(jié)能減排的積極性，嚴(yán)重影響船舶企業(yè)的發(fā)展。船舶企業(yè)的經(jīng)濟效益指的是在船舶運行中，產(chǎn)品投入比值，其效益的高低在一定程度上影響著整個船舶行業(yè)。從國民經(jīng)濟方面來講，經(jīng)濟效益就是說全部的構(gòu)成要素和其中某個構(gòu)成要素之間的百分比，經(jīng)濟效益越高，船舶節(jié)能減排發(fā)展越迅速。因此可以說，經(jīng)濟效益是船舶節(jié)能減排重要影響因素之一。

三、船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

1.船體減阻降耗

船舶船體減阻降耗是船舶節(jié)能減排重要手段之一。從船舶設(shè)計層面上講，船體減阻降耗可以從船體低阻力線型設(shè)計、浮態(tài)調(diào)整、船舶船體表面減阻以及低風(fēng)阻上層建筑等方面進行設(shè)計研究。低阻力線型設(shè)計主要包括線型優(yōu)化和總體設(shè)計優(yōu)化兩個方面，如下圖3.1所示。低阻力線型設(shè)計中的總體設(shè)計優(yōu)化指的是設(shè)計優(yōu)化人員根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗和母型船等，在保證船舶具有足夠排水量的前提下，調(diào)整方形系數(shù)和浮心位置，選取合適的船型尺寸比。而線型優(yōu)化則指的是船舶船體線型的UV度、水線進流角以及去流角等的設(shè)計對船舶船體阻力具有一定的影響，設(shè)計優(yōu)化人員依靠模型試驗和CFD手段等，反復(fù)調(diào)整船舶線型，并最終確定船體的低阻力線型。船舶在實際航行中的阻力不僅僅取決于船舶的靜水阻力，還與航線上風(fēng)浪流等環(huán)境因素有關(guān)，研究人員對船舶在多種轉(zhuǎn)載工況下的阻力性能進行研究，實現(xiàn)了在全航程多工況下船舶綜合阻力性能全面提升的目標(biāo)，從而形成了船舶船體減阻降耗的浮態(tài)調(diào)整方法。低風(fēng)阻上層建筑則指的是設(shè)計人員通過優(yōu)化船舶船體上層建筑的外形，降低風(fēng)阻力，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

2.使用經(jīng)濟航速

船舶的燃油消耗是一種綜合反映船舶節(jié)能減排技術(shù)與經(jīng)濟性的指標(biāo)，其與船舶航速息息相關(guān)。在實際的船舶運行過程中，經(jīng)濟航速的概念主要有三種，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油費用航速，實際意義上的經(jīng)濟航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有鍋爐、船舶主機以及發(fā)電柴油機等，其中最重要的耗油就是船舶主機耗油，其重要的耗油特點就是在運行船舶主機時，船舶功率和船舶航速之間具有三次方關(guān)系，因此應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档痛昂剿?。從實際的船舶運行方面進行考慮，當(dāng)船舶轉(zhuǎn)速和功率變化時，船舶主機消耗燃油量就會受到船速、換氣量以及噴油量的影響，因此就要找到一個船舶航速和耗油的最佳平衡點。最佳平衡點主要從以下幾個方面進行考慮：船舶航速和主機耗油量關(guān)系、船舶耗油設(shè)備的狀態(tài)、船舶運營年限、船舶航行條件、船舶實際的運行路線等。因此，船舶使用經(jīng)濟航速的基本原理就是工作人員在主機安全的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，根據(jù)主機實際的運行情況，找到船舶耗油和航速最佳的平衡點。

3.提高推進效率

提高船舶推進效率主要有改進尾部伴流場、主機降功率使用等方式，改進尾部半流場指的是在船舶船體上加裝螺旋槳整流罩，這種技術(shù)主要應(yīng)用到對螺旋槳尺寸有限制的以及拖輪等高負(fù)荷低航速的船舶。加裝螺旋槳整流罩后的螺旋槳后流場、槳軸上下不完全對稱，其螺旋槳槳軸上方流場偏右，槳軸下方流場偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，來分別對齊螺旋槳后流場，進而減少船舵所受扭矩，這種節(jié)能措施可在服務(wù)航速工況下節(jié)省4%的功率。主機降功率使用指的是將船舶主機的功率降低，進而降低船舶燃油消耗率，達到船舶節(jié)能的目的。這種節(jié)能技術(shù)較為成熟，雖然初次投入成本較大，但從整個船舶生命周期來看，該節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟性較好。目前，很多的大型船舶公司可以接受這種優(yōu)化設(shè)計方案，其通過主機的優(yōu)化配置可實現(xiàn)3%—6%的降耗。

4.廢熱回收及廢氣處理

船舶廢熱回收及廢氣處理也是一種較為重要的船舶節(jié)能減排手段，其中船舶廢熱回收主要指的是船舶廢熱利用技術(shù)，其回收原理圖如下圖3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的熱量以熱輻射、廢氣以及熱交換的形式浪費掉。船舶主機廢熱利用透平轉(zhuǎn)化功率為最大功率的0.6%到4%，這種利用技術(shù)初次投入資金較多，多用在大型集裝箱船上；船舶主機冷卻水廢熱再利用則可對船舶掃氣和缸套的廢熱進行再次利用，從而提高2%到3.5%的主機功率，這種回收系統(tǒng)較為復(fù)雜，通常需要與蒸汽透平和廢氣透平等聯(lián)合使用，因此多用在大型集裝箱船上。船舶廢氣處理主要指的是船舶安裝廢氣凈化器以及船舶采用廢氣循環(huán)系統(tǒng)，船舶廢氣凈化器可以有效去除船舶廢氣中的SOX以及微塵顆粒等，其去除率可達到98%、80%，船舶廢氣循環(huán)系統(tǒng)則可以有效減少船舶中的NOX，其主要是加裝一個EGR單元，以降低船舶廢氣的峰值溫度，從而減少船舶的產(chǎn)生。

結(jié)語

總而言之，船舶節(jié)能減排不僅能滿足我國航運發(fā)展的需要，還能符合我國節(jié)能減排的總體國家戰(zhàn)略，因此工作人員要采取合適的措施，對船舶進行節(jié)能減排優(yōu)化設(shè)計，例如船體減阻降耗、使用經(jīng)濟航速、提高推進效率以及廢熱回收及廢氣處理，從而提高船舶節(jié)能減排效果，推動我國船舶運輸行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻

[1]何放平，王海松.淺析船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（1）

[2]趙春生.船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2014（36）

[3]郝金鳳，強兆新，石俊令，索雙武，肖麗娜.船舶設(shè)計節(jié)能減排技術(shù)策略[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2012（9）

[4]曹用順.船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2011（S1）