船舶設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)綠色蛻變

本刊記者 邢 丹

綠色浪潮風(fēng)起云涌，航運(yùn)減排再掀狂瀾。日前結(jié)束的IMO MEPC 62次會(huì)議通過了MARPOL公約附則Ⅵ修正案，將EEDI（船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)）納入強(qiáng)制實(shí)施范疇。在這一背景下，未來綠色船舶將出現(xiàn)哪些新的特點(diǎn)？船舶設(shè)計(jì)如何為綠色船舶和綠色航運(yùn)奠定基礎(chǔ)？帶著這些問題，本刊記者采訪了上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司劉楠總經(jīng)理。

記者：在綠色浪潮沖擊下，未來型船舶的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)如何？

劉楠：隨著公眾對(duì)維護(hù)海洋安全、節(jié)能環(huán)保以及人命安全的日益重視，世界有關(guān)各國(guó)在船舶節(jié)能減排、綠色環(huán)保技術(shù)、設(shè)備等方面進(jìn)行了大量研發(fā)，國(guó)際海事組織也不斷推陳出新頒布了一些國(guó)際公約、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)則，如GBS、拆船公約、氣體排放公約（MARPOL附則VI）、壓載水管理公約、防污底公約、油船散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范等，這些都是實(shí)施船舶“綠色”的重要舉措，無不對(duì)世界造船業(yè)、航運(yùn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。未來，綠色船舶的發(fā)展不應(yīng)該僅針對(duì)某一點(diǎn)或某一方面，綠色船舶涉及船舶整個(gè)生命周期的全過程，應(yīng)該從船舶營(yíng)運(yùn)需求、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)管理和船舶拆解等全過程來推動(dòng)綠色船舶的發(fā)展。圍繞這一主干，在各個(gè)枝節(jié)領(lǐng)域，進(jìn)行綠色船舶技術(shù)研究、應(yīng)用和推廣，以推動(dòng)綠色船舶技術(shù)的全方位發(fā)展。

記者：作為船舶設(shè)計(jì)企業(yè)，您認(rèn)為在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)如何把握綠色理念？

劉楠：“綠色”船舶應(yīng)該是對(duì)船舶的“環(huán)保、能效、安全、舒適”方面的綜合考量，“綠色”現(xiàn)已成為我們整個(gè)行業(yè)最大的熱門話題和最大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變應(yīng)該體現(xiàn)在，從過去單一講求環(huán)保、注重安全向現(xiàn)在的注重“能效、減排、循環(huán)再利用、再生/清潔能源、本質(zhì)安全、人居適宜”的全面綠色的新標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變。我們應(yīng)該圍繞這些綠色要素，進(jìn)行技術(shù)研究、應(yīng)用和推廣。

記者：綠色船舶設(shè)計(jì)應(yīng)從哪些方面入手？

劉楠：綠色船舶設(shè)計(jì)，要根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)和航運(yùn)模式的變化，開發(fā)既能提高運(yùn)營(yíng)效率，降低排放，又能降低運(yùn)營(yíng)成本、安全環(huán)保的新船型。

首先，從船型設(shè)計(jì)之初就要有低碳、綠色的理念。從船舶自身特性角度考慮，優(yōu)化船舶的線型設(shè)計(jì)是降低船舶航行阻力最直接有效的方法，而船舶的線型是整個(gè)船舶設(shè)計(jì)過程中含金量最高的環(huán)節(jié)，既需要豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為背景，也需要有先進(jìn)的流場(chǎng)分析軟件做輔助，同時(shí)還需要在成熟的水池進(jìn)行多次的拖模實(shí)驗(yàn)做保證。加之應(yīng)用船體線型－螺旋槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、高效螺旋槳、各種節(jié)能減阻及尾流能量回收技術(shù)與裝置來改善船舶阻力，提高推進(jìn)效率。

其次，船舶推進(jìn)系統(tǒng)的匹配程度也是影響船舶能效性的一個(gè)重要方面，為了避免出現(xiàn)“小馬拉大車”和“大馬拉小車”等不經(jīng)濟(jì)的匹配形式，需要對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真分析，而這種分析的衡準(zhǔn)具有很高的難度，國(guó)內(nèi)外的許多設(shè)備供應(yīng)商、船企和研究院所一直以來都在進(jìn)行這方面的深入研究。已經(jīng)推出了節(jié)能減排技術(shù)的主機(jī)（如LNG雙燃料柴油機(jī)、燃油添加劑、電子控制式氣缸注油器）、節(jié)能高效的推進(jìn)系統(tǒng)（如柴油機(jī)－電力、太陽能－電力混合能源推進(jìn)系統(tǒng)）、清潔燃料推進(jìn)系統(tǒng)（如氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)）。

記者：MARPOL附則Ⅵ修正案將于2013年1月1日生效。EEDI不僅要求轉(zhuǎn)變船舶設(shè)計(jì)理念，而且對(duì)新技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用也提出了更高的要求。那么，目前，有哪些方面的新技術(shù)？

劉楠：在海洋環(huán)境保護(hù)技術(shù)方面，應(yīng)關(guān)注對(duì)油污水、生活污水的排放控制，以及船舶垃圾處理技術(shù)，壓載水處理技術(shù)，廢氣（CO2、SO2、氮氧化物、顆粒）處理技術(shù)、海水潤(rùn)滑尾軸技術(shù)等研究和應(yīng)用。

在清潔能源、節(jié)能技術(shù)方面，抓緊研發(fā)新型高效超低排放船用柴油機(jī)，進(jìn)行風(fēng)帆輔助推進(jìn)技術(shù)、太陽能應(yīng)用技術(shù)、燃料電池應(yīng)用技術(shù)、柴油機(jī)廢熱回收技術(shù)、熱泵技術(shù)等方面研究和船舶應(yīng)用。

在船體減阻降耗技術(shù)、裝置以及船型方面，進(jìn)行低阻船型優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）、性能預(yù)報(bào)與試驗(yàn)技術(shù)、船舶縱傾減阻控制技術(shù)的研究，如研究開發(fā)無壓載/少壓載船型，進(jìn)行節(jié)能減阻及尾流能量回收技術(shù)與裝置（如氣膜減阻、壓浪裝置、尾部整流裝置）等研究。積極推廣船體減阻涂層及復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)，進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化與重量控制技術(shù)的研究。

在船舶動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)及裝置方面，進(jìn)行船體線型－螺旋槳匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、高效螺旋槳性能預(yù)報(bào)與設(shè)計(jì)技術(shù)螺旋槳前導(dǎo)流鰭/反應(yīng)鰭、螺旋槳后節(jié)能裝置、雙主機(jī)船舶單機(jī)運(yùn)行螺旋槳順槳裝置等技術(shù)的研究，同時(shí)注重對(duì)主機(jī)節(jié)能減排技術(shù)（如LNG雙燃料柴油機(jī)、燃油添加劑、電子控制式氣缸注油器）、節(jié)能高效推進(jìn)系統(tǒng)加緊研發(fā)和技術(shù)支持。

在工作環(huán)境保障技術(shù)方面，進(jìn)行船員艙室布置優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、船舶減小振動(dòng)結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備與振動(dòng)預(yù)報(bào)技術(shù)、船舶減小噪聲結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備與噪聲預(yù)報(bào)技術(shù)的研究和扶術(shù)應(yīng)用，提高工作的適宜度。

記者：為了應(yīng)對(duì)EEDI對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)界的沖擊，我國(guó)船廠和船舶設(shè)計(jì)單位應(yīng)采取哪些行動(dòng)？

劉楠：MEPC61次會(huì)后，中國(guó)船級(jí)社與航運(yùn)界、造船界就開始醞釀組建工業(yè)界聯(lián)合工作組，制定工業(yè)界導(dǎo)則以確保IMO導(dǎo)則和相關(guān)規(guī)定在具體實(shí)施中保持一致性。工業(yè)界導(dǎo)則內(nèi)容將明確輸入變量的數(shù)據(jù)來源，提供EEDI計(jì)算和驗(yàn)證的范例。2011年1月和3月，來自歐洲以及中日韓航運(yùn)協(xié)會(huì)、造船協(xié)會(huì)和船級(jí)社的相關(guān)代表先后召開兩次船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)工業(yè)界聯(lián)合工作組會(huì)議，就工業(yè)界導(dǎo)則的相關(guān)問題進(jìn)行研討。

國(guó)內(nèi)船廠和船舶設(shè)計(jì)單位一直高度關(guān)注綠色船舶。2009年底，我們就與英國(guó)勞氏船級(jí)社聯(lián)合開展了“綠色35000噸散貨船研究”，該課題以我公司設(shè)計(jì)并成批建造的35000噸散貨船為基礎(chǔ)，從船體、輪機(jī)和電氣各方面進(jìn)行綜合節(jié)能減排研究。通過研究，船舶燃油消耗減少20%，船體鋼料重量減少370噸。最終使能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）比國(guó)際海事組織（IMO）基本線值低24%，已滿足2024年以前建成船舶的相關(guān)要求，在同類船型中達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在綠色35000噸散貨船研發(fā)基礎(chǔ)上，我司將研究方法和成果直接應(yīng)用于同類散貨船的開發(fā)設(shè)計(jì)，目前已成功開發(fā)出《翡翠散貨船系列》，并逐步推向市場(chǎng)，該系列船型至今已簽訂了數(shù)十艘，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。