以A輪某航次為例談海船的節(jié)能與降耗

山東交通學(xué)院海運(yùn)學(xué)院 王憲坤 劉 洋 許世波 周兆欣 汪運(yùn)濤

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以A輪某航次為例談海船的節(jié)能與降耗

山東交通學(xué)院海運(yùn)學(xué)院 王憲坤 劉 洋 許世波 周兆欣 汪運(yùn)濤

摘要：以“A”輪的實(shí)際操作為例，從船舶操作方面研究船舶運(yùn)營中采用的節(jié)能措施，以使船舶獲得最大的節(jié)能效果和營運(yùn)效益。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，這些措施在任何船舶運(yùn)作的實(shí)際操作中都是可行的，它們在船舶航行運(yùn)作的實(shí)際操作中，不僅發(fā)揮著積極作用，同時(shí)對船舶的節(jié)能降耗也具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：船舶操作；節(jié)能措施；降耗

對于船舶節(jié)能，據(jù)最新資料顯示已有了許多新的研究成果，然而這些新的研究成果大部分是從新設(shè)備、新技術(shù)的角度出發(fā)研究船舶的節(jié)能問題，而使用新設(shè)備、新技術(shù)不是節(jié)能的唯一途徑，而且，在目前情況下，也不可能在短時(shí)期內(nèi)使目前所存在的船舶全部更換為應(yīng)用最新科研成果的船舶?？紤]到這種情況，本文以筆者在“A”輪工作期間船上所采取的實(shí)際節(jié)能措施為例，從船舶實(shí)際操作方面研究目前船舶在實(shí)際操作中使用的節(jié)能措施，以期能對目前船舶的節(jié)能降耗有所幫助。

一、“A”輪節(jié)能措施

（一）制定、完善、落實(shí)相應(yīng)規(guī)章制度，提高員工節(jié)能意識和能力

節(jié)能工作有章可循、有標(biāo)可參，“A”輪公司在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合船舶航線、主機(jī)類型等實(shí)際情況，制定、完善、細(xì)化船舶節(jié)能的管理辦法和獎懲措施并納入公司的管理體系，同時(shí)強(qiáng)調(diào)制度執(zhí)行的力度，做到責(zé)任到船、責(zé)任到人。采取措施，充分運(yùn)用信息化手段，加強(qiáng)對船舶使用的燃油、潤滑油的全程監(jiān)管。比如，在傳統(tǒng)的午報(bào)中，增加主機(jī)實(shí)際功率和轉(zhuǎn)速、輔機(jī)實(shí)際功率和使用臺數(shù)及其油耗數(shù)據(jù)、鍋爐油耗、汽缸油消耗、船舶吃水等項(xiàng)目（從午報(bào)上所列項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，本人當(dāng)時(shí)擔(dān)任二副）。公司根據(jù)船舶每天發(fā)送的中午報(bào)告，把船舶的燃油消耗情況結(jié)合當(dāng)時(shí)的海況和主輔機(jī)工況來綜合考核，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。在航次結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)航次燃油消耗，然后對同一時(shí)期相同航線上的不同船舶、不同時(shí)期相同航線的相同船舶每航次的燃油消耗進(jìn)行對比，查找船舶油耗增大或減小的原因，對節(jié)能有效措施進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成一套有效的節(jié)能措施并加以推廣。公司根據(jù)以上的實(shí)船測量和科學(xué)統(tǒng)計(jì)，對不同航線不同運(yùn)營方式的船舶，分別制定不同的油耗標(biāo)準(zhǔn)，如平均每海里耗油量、各船航次耗油量和效益之比。這種標(biāo)準(zhǔn)不僅反映了“A”輪的生產(chǎn)效率和能源利用水平，而且這種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的程度，還可以對節(jié)能措施的效果進(jìn)行分析和評價(jià)，以決定進(jìn)一步采取的措施。

一線員工是船舶節(jié)能的參與者和直接實(shí)施者，他們的節(jié)能理念、節(jié)能能力和節(jié)能水平?jīng)Q定了節(jié)能效果的優(yōu)劣。公司通過制度和獎懲措施，讓“A”輪全體員工深刻理解節(jié)能減排工作的重要性，提高員工對節(jié)能減排工作的參與熱情，在執(zhí)行獎懲措施的時(shí)候，還需要同時(shí)兼顧物質(zhì)和精神兩個(gè)方面，讓員工積極主動地參與節(jié)能減排工作，同時(shí)對參與實(shí)際操作的員工，經(jīng)常進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，提高其節(jié)能減排的技術(shù)水平和能力。

（二）加強(qiáng)信息溝通，實(shí)現(xiàn)信息共享

“A”輪配備有C站、F站、NBDP、DSC等先進(jìn)的通導(dǎo)設(shè)備，船舶充分發(fā)揮目前船岸雙方都擁有的先進(jìn)的通導(dǎo)設(shè)備的通信導(dǎo)航能力，加強(qiáng)公司調(diào)度、船舶代理、港方和船方的溝通和協(xié)調(diào)，及時(shí)將一些相關(guān)信息進(jìn)行互通共享，實(shí)行動態(tài)管理，各方根據(jù)實(shí)際情況對船舶的運(yùn)營情況和航速作出安排。本航次“A”輪從龍口港駛往馬任加港前，代理將船舶需要在馬任加港準(zhǔn)備的單證、抵達(dá)馬任加港的準(zhǔn)確時(shí)間及其他有關(guān)事項(xiàng)及時(shí)通知船方。船方根據(jù)代理提供的情況預(yù)作準(zhǔn)備，調(diào)整航速。如原計(jì)劃以15 kn航速駛往馬任加港，但考慮到船舶從龍口駛往馬任加總航程6 300 n mile，而龍口港開航時(shí)間為1200LT，馬任加處于東三區(qū)，船舶抵達(dá)馬任加時(shí)當(dāng)?shù)貢r(shí)間為1900LT，而當(dāng)?shù)靥旌谝院蟛蛔鳂I(yè)，加上航次合同上要求船舶在20天的時(shí)間內(nèi)的白天抵達(dá)馬任加港，以確保船舶的正常作業(yè)。故綜合考慮以上因素，初步?jīng)Q定調(diào)整航速為13.2 kn航行，以保證“A”輪準(zhǔn)時(shí)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間0600LT抵達(dá)馬任加，同時(shí)準(zhǔn)備船舶單證，備好裝卸貨應(yīng)備事項(xiàng)，以縮短船舶辦結(jié)檢查工作和停港待泊所用的時(shí)間。這種互通信息、共享資源的措施，避免了“A”輪全速趕至目的港卻又無法作業(yè)，造成多消耗燃油的現(xiàn)象。建議在船舶的營運(yùn)中盡可能多利用這種措施，以達(dá)到節(jié)油的目的。

（三）加快作業(yè)速度，縮短船舶在港停泊時(shí)間

“A”輪船舶噸位為36 000 t，所載貨物較多，而且龍口港也具有專用的裝卸設(shè)備完成貨物的裝卸且效率較高，因而在船舶裝卸貨物之前制訂了嚴(yán)密的計(jì)劃。該計(jì)劃考慮了各艙貨物的裝卸順序、數(shù)量及裝卸速度，各壓載艙壓載水的排注順序、排注速度和所用時(shí)間，船舶的吃水要求和強(qiáng)度要求等情況，同時(shí)考慮了船舶在裝卸貨物的過程中，任何時(shí)候船舶的六面水尺均不得超過泊位限制水深 12m的要求，同時(shí)還滿足艙口圍的高度不超過裝卸機(jī)械的凈空高度要求的情況。因?yàn)榇暗念A(yù)計(jì)裝貨時(shí)間較短，加之裝卸機(jī)械的凈空高度需滿足要求，故在滿足船體強(qiáng)度要求和螺旋槳沉深要求的情況下，提前將1、3、5壓載艙的壓載水排空，該措施保證了貨物及時(shí)裝上船舶，避免了壓載水排出不及時(shí)而造成甩貨的情況，而且在裝卸貨物的過程中，采取措施保證任何時(shí)候船舶的強(qiáng)度均符合要求，同時(shí)保持尾傾-2.5m的吃水差（不同船舶要求的吃水差不同），該操作可以把壓載艙內(nèi)的壓載水盡可能排出，減少船上壓載水量，從而使船舶盡可能地多載貨物，對船舶的節(jié)能有利。對于上邊柜的壓載水，因?yàn)椤癆”輪自排速度較快，故采用自排，當(dāng)自排無法排出時(shí)，再利用水泵抽出。從船舶的強(qiáng)度方面考慮，船舶裝卸輪回?cái)?shù)越多對船舶的強(qiáng)度越有利，但輪回?cái)?shù)增多有時(shí)會減慢船舶的裝卸速度，因而貨物裝載輪次采用兩輪裝卸法。［1］

本航次“A”輪在船舶利用通導(dǎo)設(shè)備獲得碼頭泊位的數(shù)據(jù)后，根據(jù)船舶的實(shí)際情況，在船舶將要抵達(dá)龍口港前的4h就開始進(jìn)行排水作業(yè)，先將1、3、5壓載艙內(nèi)的壓載水全部排出，共耗時(shí)3 h12min，在船舶靠泊作業(yè)完畢后，先在1、3、5貨艙同時(shí)裝貨，同時(shí)排出2、4壓載艙的壓載水，在1、3、5貨艙裝貨完成預(yù)配量的一半時(shí)，換裝2、4貨艙，在2、4壓載艙壓載水排完后，1、3、5貨艙第一輪裝貨又過了12min才結(jié)束，接著在2、4貨艙裝貨。經(jīng)過兩輪，將“A”輪所載貨物全部裝完，耗時(shí)共計(jì)5.5h，保證了貨物的快速裝載。

（四）保持適度吃水差，獲得最佳推進(jìn)效率

“A”輪正常航行時(shí)的設(shè)定工況為平吃水，但是，理論上，船舶在正常航行時(shí)，船舶的船首下沉量大于船尾下沉量，考慮到“A”輪本航次滿載，而在相同主機(jī)轉(zhuǎn)速、相同航速的情況下，如果保持載貨時(shí)-1m的吃水差，則船舶在以正常速度航行時(shí)，由于船首下沉量大于船尾下沉量，則船舶較接近于設(shè)計(jì)平吃水的工況。但是，“A”輪船舶資料中沒有最佳縱傾狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且理論上也沒有能準(zhǔn)確計(jì)算最佳縱傾狀態(tài)的公式。故采取驗(yàn)證的方法求取船舶最佳縱傾數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)證，在主機(jī)轉(zhuǎn)速相同、均為滿載、船舶所處風(fēng)流影響相同的情況下，船舶以載貨時(shí)-1m的吃水差航行，航速略快，約快0.2 kn。該驗(yàn)證說明船舶在正常航行時(shí)存在一個(gè)最佳縱傾的數(shù)值，而且積載時(shí)保持最佳縱傾也是一項(xiàng)簡單易行、便于操作、不需要其他設(shè)備的節(jié)能措施，“A”輪在今后航次中仍然保持這種驗(yàn)證的做法，力求盡可能多地求取“A”輪不同裝載狀態(tài)的最佳縱傾數(shù)據(jù)，以為今后的載貨過程提供參考。

（五）增加載貨重量，采用經(jīng)濟(jì)航速

船舶油耗與航速之間具有如下關(guān)系：

船舶耗油量主要與航速V、船舶排水量D和航程S有關(guān)。船舶航行單位時(shí)間耗油量Q（單位：t）與船舶排水量D（單位：t）和航速V（單位：kn）的關(guān)系式為

船舶航行耗油量F（單位：t）與航速V（單位：kn）和航程S（單位：n mile）之間的關(guān)系式為

單位時(shí)間耗油量Q隨航速V變化的曲線如圖1所示：

圖1 單位時(shí)間耗油量Q隨航速V變化曲線

圖1表明每一船舶總可以找到一個(gè)對應(yīng)最小燃油消耗率的航速。［2］

1.當(dāng)船舶速度相同，但排水量增加一倍時(shí)

根據(jù)Q1/Q2=（D ·V3）/（（2D） ·V3）求出Q1/Q2=0.63，易知船舶排水量增加一倍，船舶單位航行時(shí)間燃油消耗僅僅增加了0.37倍，這說明船舶在航速相同的情況下，載貨越多，單位載貨噸位在單位航行時(shí)間內(nèi)的能耗越小，這就要求我們載貨時(shí)根據(jù)航線要求，盡可能選擇載貨量大的船舶安排在較長航線上，因?yàn)楹剿傧嗤那闆r下，航線越長，航行所需要的單位航行時(shí)間越多，在滿足吃水要求的情況下，船舶載貨所占比例越大，越經(jīng)濟(jì)。本航次，“A”輪壓載水排到無法排出時(shí)才停止排放，并進(jìn)行兩次掃底作業(yè)，確保了壓載水最少，并且僅僅利用貨物調(diào)整船舶吃水差，即滿足壓載水最少、載貨量比例最大的節(jié)能要求。

2.當(dāng)船舶排水量、航程相同時(shí)

當(dāng)船舶排水量、航程相同時(shí)，船舶以合適的經(jīng)濟(jì)航速航行，將大幅度節(jié)省燃油。本航次“A”輪船舶數(shù)據(jù)如下：載重量36 000 t，方形系數(shù)Cb= 0.74，服務(wù)航速15 kn，主機(jī)持續(xù)功率8 800 kW，主機(jī)轉(zhuǎn)速126 r/min，燃油消耗率0.204 kg/（kW·h），從龍口港到馬任加港航程6 300 n mile，申請氣導(dǎo)，要求20天到達(dá)目的港馬任加港。

（1）以服務(wù)航速15 kn航行。

①航行時(shí)間。

T1=S/V1=6 300/15=420h=17.5天

②燃油消耗量。

G1=0.204×8 800×420=753 984.0 kg

（2）以13.2 kn的速度航行。

①航行時(shí)間。

T2=S/V2=6 300/13.2=477.3h=19.9天

②燃油消耗量。

G2=0.204×8 800×（13.2/15）3×477.3= 583 918.6 kg

從以上計(jì)算看出，航程6 300 n mile，以13.2 kn的合適航速航行，要求20天到達(dá)目的港，比以15 kn航速航行節(jié)約170 065.4 kg燃油，節(jié)約22.6%。［2］

通過理論計(jì)算我們知道，若以90%的額定航速航行，主機(jī)輸出功率為額定功率的72.9%，燃油消耗量為額定航速下燃油消耗量的81%；如果以額定航速的80%航行，則主機(jī)輸出功率為額定功率的51.2%，燃油消耗量為額定航速下燃油消耗量的64%。由此可見，適當(dāng)降低航速，船舶燃油消耗量可明顯減少。但是，船舶也不可一味地降低速度，這主要是因?yàn)槿加拖牧坎⒉粫S航速的降低而一直處于明顯減少的狀態(tài)，當(dāng)航速降低到一定程度，燃油消耗量會趨于穩(wěn)定；而且船舶的航次任務(wù)也不允許過分降低航速。［3］本航次“A”輪總里程6 300 mile，要求20天抵達(dá)目的港，通過以上計(jì)算，船舶以13.2 kn的速度航行，既可以保證船舶在20天內(nèi)抵達(dá)馬任加港，而且船舶航速降低值也基本處于10%的理想結(jié)合點(diǎn)上，［4］故本航次“A”輪采取13.2 kn的航速是合理的。

（六）選擇最佳航線，減少航行時(shí)間

本航次“A”輪船長根據(jù)氣導(dǎo)推薦航線和實(shí)際情況綜合考慮設(shè)定最佳航線。該航線綜合考慮洋流、海況、設(shè)備工況等因素，并結(jié)合船舶預(yù)計(jì)抵港時(shí)間和馬任加港的工作習(xí)慣，把握好船舶航速，及時(shí)抵達(dá)馬任加港，而不是全速航行早早抵達(dá)馬任加港等候卸貨安排，符合船舶航線最佳的要求。

本航次“A”輪2012年2月8日1200LT自龍口港載運(yùn)36 000 t水泥到馬任加港卸貨，當(dāng)時(shí)考慮到該航次時(shí)值2月份，受北向的冬季季風(fēng)影響，中國沿海沿岸流較強(qiáng)，流速約為0.5 kn；在南海，東北季風(fēng)引起的西南季風(fēng)流也處于最強(qiáng)的時(shí)期，流速約為1.5 kn，最強(qiáng)處在越南東部沿海離岸30～60 n mile區(qū)城的頭頓外海，最強(qiáng)流速為3 kn以上，西沙群島東側(cè)次之；冬季印度洋也處在東北季風(fēng)的影響下，自馬六甲海峽到八度海峽，為西流，流速1.5～2 kn，在南緯5°左右，有向東方向的赤道逆流，但范圍不大，在接近馬達(dá)加斯加時(shí)，又有向西南方向的海流。本航次在收看了亞洲的地面分析圖后，認(rèn)為中國沿海短時(shí)間內(nèi)不會受到冷高壓影響，而印度洋在2月份主要受4級左右的東北季風(fēng)的影響。故“A”輪沿中國沿海航行出臺灣海峽后經(jīng)西沙群島西部直駛越南東南沿岸，過距離越南東南60 n mile處進(jìn)馬六甲海峽東口，進(jìn)馬六甲海峽后，沿馬六甲海峽航行，出馬六甲海峽后從馬六甲海峽直駛八度海峽，經(jīng)八度海峽直駛馬任加港。在整個(gè)航次中，船舶基本一路順流，且天氣良好，只有在南緯5°左右時(shí)短時(shí)間受到赤道逆流的影響，但對船舶航行的影響不大。本航次，流速和風(fēng)力大小均有利于航行，船舶的航速一路未降，只有在渤海和馬六甲海峽、馬任加港附近當(dāng)船舶航行于淺水域時(shí)，不能采用高速度航行，因淺水會使船舶阻力增大，對航速增加不利，只會徒增燃油消耗量，而且考慮到本航次船舶順流，且需要留有一定的富裕時(shí)間以應(yīng)付突然發(fā)生的事件，以及海流的影響，按全程流速使航速增量為0.5 kn，并預(yù)留ETA保留量按13h算。最后綜合分析各種影響因素后，認(rèn)為船舶航速調(diào)整為13 kn較為合適。航次結(jié)束后統(tǒng)計(jì)情況如下：本航次船舶以13 kn速度航行，航行總時(shí)間為460.4h，比預(yù)計(jì)航行時(shí)間減少6h，共計(jì)消耗燃油538 t，比采用15 kn航速航行到馬任加港節(jié)油183.1 t，整個(gè)航次船舶平均航速增快0.68 kn。

綜上，考慮船舶的具體航次，分析船舶可能遇到的天氣、風(fēng)、流、海況等情況，有效利用風(fēng)流，合理設(shè)定航線，采用最經(jīng)濟(jì)的航速，可以很好地達(dá)到節(jié)能的效果。

二、結(jié)語

總之，根據(jù)在“A”輪工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對于船舶的節(jié)能減排，筆者認(rèn)為在船舶的節(jié)能操作中需要注意以下要點(diǎn)：

（1）船舶的節(jié)能降耗受到多方面因素的制約和影響，船舶節(jié)能要建立在保證人、船、貨的安全和航次任務(wù)的要求之上。而且，在采取措施時(shí)，要綜合考慮各種因素后再決定采取的具體節(jié)能措施。比如，本航次“A”輪最終采取13 kn的速度航行，就是在綜合考慮各種因素的影響下的保證船期的最經(jīng)濟(jì)航速。

（2）船舶節(jié)能降耗意義重大，要求全公司員工提高節(jié)能意識，均應(yīng)以高度的熱情積極參與到節(jié)能行動中來，人人節(jié)能，時(shí)時(shí)節(jié)能，則必將使船舶節(jié)能工作取得良好的實(shí)效。

參考文獻(xiàn)：

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［3］胡強(qiáng)生.談船舶航速的選擇與節(jié)能［J］.船舶節(jié)能，2001（3）:18-19.

［4］劉曉華，路少君.海事船舶節(jié)能減排的探討［J］.中國海事，2010

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.01.012