淺析船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

何放平　王海松

摘 要：社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，促使交通運輸變得更加繁重，加劇了排放二氧化碳的效率，出現(xiàn)越來越嚴重的溫室效應(yīng)，引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題，會在一定程度上影響社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展以及人們身心健康，嚴重破壞以及威脅生態(tài)系統(tǒng)。其中被一直認為是最環(huán)保和最清潔的船舶運輸行業(yè)也不能幸免，在運輸?shù)倪^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)運輸船舶行業(yè)節(jié)能減排是十分重要的，對于環(huán)境和社會的發(fā)展存在極大影響。本文主要分析了運輸船舶節(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

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

0 引言

在2012年的時候全球造船行業(yè)都受到多方面因素的影響，例如，船舶動力、海運需求、經(jīng)濟發(fā)展、造船產(chǎn)能等，具備比較大的生產(chǎn)運行壓力?，F(xiàn)階段，我國面臨的不僅僅是擴大出口，還需要進行分析全球分工體系以及快速投資等方面帶來的挑戰(zhàn)和機遇，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)濟發(fā)展速度，為船舶運輸行業(yè)提供發(fā)展機遇，此外，也能在發(fā)展全面建設(shè)小康社會的一定程度上促進運輸船舶行業(yè)的發(fā)展。提高船舶運輸總體運行需求，對于船舶運輸節(jié)能減排具備更高的水平和要求，針對發(fā)展中出現(xiàn)的節(jié)能減排實際情況，合理分析船舶節(jié)能減排的實際需求，并且依據(jù)此作為基本實踐研究案例，為船舶運輸節(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)能實際上就是利用最小消耗能量來達到最大運輸效益的目的，也可以說是利用相對比較小的燃料費用來得到最合理、最大的運輸量。

燃料費用運行指標=運輸量（噸/千米）/油量的價格*消耗燃油量

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

2 船舶節(jié)能減排的需求

2.1 發(fā)展航運的需要

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

2.2 國家法律法規(guī)強制性要求

相關(guān)部門已經(jīng)發(fā)出宣告，相比較2005年，等到2020年的時候，國家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通運輸十二五規(guī)劃、國務(wù)院通過的《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年的時候，會降低排放二氧化碳的量到16%，船舶運輸單位運輸周轉(zhuǎn)耗能量到15%，實施船舶運輸節(jié)能減排工作戰(zhàn)略可以在一定程度上完全符合國家實施的節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

3 分析船舶運輸節(jié)能減排的影響因素

實施船舶節(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，就會在越高的燃料利用率，會降低排放二氧化碳的含量，對于船舶企業(yè)來說不但可以降低運行成本和減少使用燃料的費用，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、不同主輔機狀態(tài)設(shè)備、不同運營年限、不同船體浸水體積、不同船型等都會對船舶節(jié)能減排形成不同的影響。不同運營年限的船舶由于存在不同磨損主機程度，長年運行的船舶會比較大的磨損主機，相比較短時間運行或者新鋅運行的船舶來說，也會存在比較大的單位耗油量，對于排放污染物、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浪性能，船舶耐波性差以及甲板受風面積大的船舶會影響節(jié)能減排；船舶浸水體積，會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。在運輸船舶的過程中，主副機也是重要的安全設(shè)備和耗能設(shè)備，具備越高的運行主副機效率，就存在越高的燃燒效率，從而可以適當降低單位耗油量，對于船舶實施節(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)計船舶的過程中，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?，能夠促進船舶節(jié)能減排的實際作用。現(xiàn)階段，經(jīng)常使用的運輸船舶節(jié)能減排技術(shù)主要包括水鐵連接、無縫連接，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、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)，利用先進的GPRS通訊技術(shù)，可以達到實時監(jiān)控船舶信號的目的，也可以監(jiān)控管理船舶轉(zhuǎn)速、耗油量等，定期分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并且依據(jù)船舶實際性能，在保證具備最優(yōu)化船舶運行情況的基礎(chǔ)上，降低船舶燃消耗量、提高利用燃料的效率，可以有效降低運行成本，達到智能化管理船舶內(nèi)部的實際作用，依據(jù)先進技術(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，達到節(jié)能減排的作用。

3.3 環(huán)境因素

在運行船舶的過程中，環(huán)境有可能影響利用燃料的效率，從而會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，會很大程度影響排放水平以及耗油水平。如果在大風條件下運行船舶，會提高船舶運行阻力，極大程度影響主機負荷，如果存在超負荷主機負荷，會急劇提高耗油量；在比較高海拔區(qū)域運行船舶的時候，隨著升高海拔，會降低大氣壓力。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，以便于會降低單位燃料燃燒的實際功率，以此，大氣壓是十分重要的影響船舶運行消耗燃料的因素。在運行船舶的過程中，地理環(huán)境也會影響廢棄排放以及能源消耗，運行船舶的地理環(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，會減少燃料消耗的比重，也就是說在運輸船舶的時候，由于不斷改變航道條件會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)對社會和國家?guī)淼慕?jīng)濟效益和實施節(jié)能減排工作的效率。在具備高效低成本投入的時候，船舶運輸企業(yè)能夠更加合理的實施節(jié)能減排工作，可以在一定程度上促進節(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候，不僅不會給企業(yè)帶來一定的效益，還有可能促使船舶企業(yè)形成負經(jīng)濟效益，導(dǎo)致大部分船舶企業(yè)不希望進行節(jié)能減排，并且喪失節(jié)能減排的積極性，會嚴重影響船舶運輸行業(yè)的發(fā)展和進步。

經(jīng)濟效益實際上就是在經(jīng)濟活動中產(chǎn)品投入比值。經(jīng)濟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，并且也會在一定程度上影響整個船舶運輸行業(yè)。從對國民經(jīng)濟貢獻方面來說貢獻情況就是說全部構(gòu)成要素和某個構(gòu)成要素之間的百分比值，也就是說在全部構(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)濟效益，就對于船舶運輸行業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展越有利，因此，經(jīng)濟效益是分析船舶節(jié)能減排工作的重要因素。

4 運輸船舶節(jié)能減排的應(yīng)用

4.1 使用經(jīng)濟航速

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)濟指標，運輸船舶的過程中，包括三種主要的經(jīng)濟航速概念，也就是最高盈利航速、最低燃油費用航速以及最低燃油消耗率航速，最常用的經(jīng)濟航速概念實際上就是最低燃油消耗率航速。經(jīng)濟航速屬于節(jié)能的新技術(shù)方式。船舶主要就是包括鍋爐、發(fā)電柴油機以及船舶主機等，在運行船舶的過程中，其中最重要的實際上就是主機耗油。船舶耗油重要方式就是說在運行船舶主機的時候，可以為船舶提供相應(yīng)的航行動力，船舶航速以及船舶功率之間具備三次方關(guān)系，適當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，提高船舶運行速度會在一定程度上增加燃油成本。從實際運行船舶的情況方面來說，當變化轉(zhuǎn)速和功率的時候，消耗燃油的量會受到換氣量、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%負荷的時候，以此來為實際運行船舶提供經(jīng)濟性指導(dǎo)航速。

船舶航速和耗油的最佳平衡點可以從以下幾方面進行分析：

第一，船舶主機耗油量和航速等相關(guān)技術(shù)資料：

第二，船舶實際情況。主要包括船舶耗油設(shè)備狀態(tài)、船舶運營年限、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)營需求以及實際運行路線。

所以，船舶運行技能減排的基本原理主要就是在具備安全的主機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，依據(jù)實際運行經(jīng)營情況，找到航速以及耗油的最佳平衡點。依據(jù)船舶航速和耗油的最佳平衡點以及相關(guān)計算公式，選擇合理的計算方式，得到不同船齡、船型的合理、科學(xué)的經(jīng)濟航速指標。在實際經(jīng)營船舶的過程中，需要依據(jù)航次計劃，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)濟的航速指標，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)用高強度鋼

4.2.1 試驗船簡介

某試驗船，長109.6m高強鋼散貨船，為球鼻型首、尾機型雙尾深艙船，具備雙層底的貨倉區(qū)域，高度是0.9m。貨倉區(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)國家《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》、《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的相關(guān)標準和規(guī)范設(shè)計的船舶，能夠全年在長江區(qū)域運行在JZ級航段、A、B、c級航區(qū)。

在設(shè)計過程中使用的結(jié)構(gòu)是ccs-A36級高強度船體結(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，船體設(shè)計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度船體結(jié)構(gòu)鋼屬于1Y級材料，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，需要具備相適應(yīng)的母材和焊接材料，并且使用的高強度低碳型焊接材料需要經(jīng)過CCS認證。

4.2.2 應(yīng)用部位

在設(shè)計船體結(jié)構(gòu)的過程中，在船舶甲板以及底部縱向構(gòu)件會適當出現(xiàn)最大總縱彎曲應(yīng)力；在底部或者底部附近縱橫構(gòu)件中會形成一定的最大局部應(yīng)力，如果設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中可以合理使用高強度鋼，會擁有相對明顯的效果。在分析船舶應(yīng)用高強度鋼效果的時候，需要合理對比不同尺寸的散貨船。對比計算高強度鋼船以及普通鋼船結(jié)構(gòu)設(shè)計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)用高強度結(jié)構(gòu)鋼，優(yōu)化設(shè)計設(shè)備重量、管系、結(jié)構(gòu)以及增加施工高強度鋼比例，可以在一定程度上降低耗能，提高載重量。

5 結(jié)束語

總而言之，在分析運輸船舶節(jié)能減排實踐的過程中，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，降低船舶運行行靜水阻力、有效增加船舶運行效率；第二，實施主機選型匹配方案以后，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)計螺旋槳，能夠降低船舶運行推進阻力，提高推進船舶運行的效率；第四，運輸船舶節(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的效率。

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基金項目：船舶自動化集成技術(shù)開發(fā)中心（項目編號：GCZX-B1304）

作者簡介：何放平（1973-），男，廣東韶關(guān)人，輪機工程技術(shù)實驗師，研究方向：船舶輪機工程技術(shù)及船舶管理。