綠色船舶節(jié)能減排技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

黃國(guó)富

57000噸散貨船曾經(jīng)是市場(chǎng)上取得巨大成功的船型之一，共建造600余艘，成為世界上建造量最大的船型。但隨著船舶技術(shù)的不斷進(jìn)步，57000噸散貨船的燃油經(jīng)濟(jì)性不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，其油耗甚至要比后期開發(fā)建造的64000噸散貨船還要高17%。實(shí)船運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：其在14.0kn航速下的平均油耗為30.5噸/日，比64000DWT散貨船高出4.5噸/日。隨著世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的下滑，航運(yùn)業(yè)利潤(rùn)大幅下降，降低運(yùn)營(yíng)成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力成為船舶行業(yè)共同的課題。此外，由于溫室氣體排放所導(dǎo)致的各種環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，船舶作為溫室氣體排放大戶也受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。節(jié)能減排已成為國(guó)際航運(yùn)界的共同追求，因此眾多船東對(duì)57000DWT散貨船降低油耗以降低船舶營(yíng)運(yùn)成本的需求更加迫切。

在此背景下，中船重工（上海）節(jié)能技術(shù)發(fā)展有限公司團(tuán)隊(duì)針對(duì)57000噸散貨船成功研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前置預(yù)旋導(dǎo)輪及槳轂消渦鰭節(jié)能裝置產(chǎn)品。

一、節(jié)能效果顯著

以57000DWT前置預(yù)旋導(dǎo)輪和槳轂消渦鰭為代表的綠色船舶水動(dòng)力節(jié)能裝置是在全球節(jié)能減排大環(huán)境下發(fā)展起來(lái)的，以提高船舶能效、降低油耗及減少溫室氣體排放為目的。通過(guò)在船尾增設(shè)附加裝置，借助該裝置可改善船舶尾部流場(chǎng)，提高螺旋槳推進(jìn)效率，回收螺旋槳尾流能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有船體的基礎(chǔ)上降低船舶油耗，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、安全使用及節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。其中前置預(yù)旋導(dǎo)輪產(chǎn)品，可應(yīng)用于散貨船、油船、集裝箱船等各類排水型船舶，已在200余艘商船上成功應(yīng)用，節(jié)能效果可達(dá)3%—10%。消渦鰭產(chǎn)品適用于各類船型，已在500余艘商船上成功應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能2%—5%。

公司圍繞綠色船舶節(jié)能減排技術(shù)，通過(guò)船體—前置節(jié)能裝置—螺旋槳—后置節(jié)能裝置一體的精細(xì)化分析與設(shè)計(jì)，攻克了多重尺度下節(jié)能增效措施能效精細(xì)數(shù)值分析技術(shù)、水動(dòng)力節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)性能評(píng)估技術(shù)、水動(dòng)力節(jié)能裝置安裝定位技術(shù)與焊接變形預(yù)控制等，研發(fā)制造的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，節(jié)能效果有保證，已形成了以前置預(yù)旋導(dǎo)輪（CMES-PSVR）及消渦鰭（CMES-HVAFR）為核心的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)能裝置產(chǎn)品系列，既可應(yīng)用于新造船舶，也可應(yīng)用于老船改造。經(jīng)過(guò)多年實(shí)船運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，公司提供的組合解決方案節(jié)能效果十分顯著，平均節(jié)能6%—7%，最高達(dá)12%。目前，產(chǎn)品已在700余艘商船上成功應(yīng)用，得到廣大客戶的高度肯定。

同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)注重技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了57000 噸散貨船節(jié)能裝置設(shè)計(jì)方案的實(shí)船應(yīng)用，并以此為突破口，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能裝置產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，逐步打開了國(guó)內(nèi)外船舶水動(dòng)力節(jié)能裝置市場(chǎng)。目前國(guó)際市場(chǎng)上類似的主要競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品為德國(guó)施內(nèi)克盧思水動(dòng)力公司的前置伴流補(bǔ)償導(dǎo)管（WED）和德國(guó)BECKER公司的MEWIS DUCT。公司的前置預(yù)旋導(dǎo)輪采用SBD技術(shù)與模型試驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)具體船型進(jìn)行CFD流體性能設(shè)計(jì)和船模試驗(yàn)，與其他兩家國(guó)外公司相比，船型試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加豐富，積累更多的設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，完善了節(jié)能裝置的節(jié)能效果CFD預(yù)報(bào)方法，有助于開發(fā)節(jié)能效果更佳、具有更高性價(jià)比和更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力節(jié)能裝置產(chǎn)品。針對(duì)57000噸散貨船所開發(fā)的節(jié)能裝置，經(jīng)實(shí)船應(yīng)用及測(cè)試結(jié)果表明，其設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)態(tài)節(jié)能效果可達(dá)到9%，日均可實(shí)現(xiàn)節(jié)油達(dá)到2.7噸，節(jié)能效果比Becker公司的Mewis Duct高約5%。

多年來(lái)，公司針對(duì)57000DWT 開發(fā)的前置預(yù)旋導(dǎo)輪+槳轂消渦鰭平均節(jié)能5%以上，每條船年均節(jié)省燃油280噸，降低溫室氣體排放850余噸。目前已用于90余艘船，節(jié)能減排和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益均十分明顯。交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院高工、主任李慶祥表示，針對(duì)5.7萬(wàn)噸散貨船，在船尾的螺旋槳前、后加裝前置預(yù)旋導(dǎo)輪和消渦鰭，充分回收船尾流動(dòng)能量損失，節(jié)能減排效果顯著。

二、應(yīng)用實(shí)踐

香港華珠國(guó)際有限公司目前共有8艘在運(yùn)營(yíng)的57000DWT散貨船，在該型船節(jié)能改造項(xiàng)目中采用了中船重工（上海）節(jié)能技術(shù)發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的前置預(yù)旋導(dǎo)輪和消渦鰭。自2016年7月，已經(jīng)陸續(xù)在金穗輪、金潼輪、金灣輪、金港輪、金濟(jì)輪和金浚輪6艘船上加裝了前置預(yù)旋導(dǎo)輪和消渦鰭。相關(guān)工作人員表示，根據(jù)對(duì)節(jié)能改造前后的實(shí)船營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在相同航速下，日平均節(jié)省燃油約1.5噸，節(jié)能效果明顯，可為公司節(jié)省燃油費(fèi)用約400萬(wàn)元/年。剩余兩艘金澳輪和金躍輪已經(jīng)簽訂改造合同，將于2018年陸續(xù)安裝前置預(yù)旋導(dǎo)輪和消渦鰭。

〔作者為中船重工（上海）節(jié)能技術(shù)發(fā)展有限公司總經(jīng)理〕