淺談當代船舶節能新技術開發與應用研究

摘 要：現今，人類對能源的依賴已達到舉足輕重的地步。能源問題已成為世界各國政府、實業界和科技部門密切關注的問題。我國的能源形勢也很緊張，能源供需矛盾突出，浪費嚴重。因此，節能是我國國民經濟發展中的長期戰略任務。船舶作為交通運輸中載運量比例最大的載運工具，其節能效果的好環對國民經濟的影響很大。研究和應用節能技術降低船舶能耗，不僅可以為航運企業節省燃油費用，還可以減少船舶造成的環境污染，獲得經濟和環保雙重效益。

船舶節能總的含義是以最小的能量消耗取得最大的運輸效益，或者說就是以最小的燃料費用取得最大的運輸量。船舶節能的努力方向是增大運輸量，降低燃料消耗量和采用廉價的燃料。

關鍵詞：研究目的及意義；節能技術；節能措施；

中圖分類號：F407.474 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-12-00-02

當今世界各國國民經濟的發展在很大程度上取決于能源的發展。能源問題已成為舉世關注的重大戰略問題，而解決能源供需矛盾無非是開發能源和節約能源。因此我國制定了“開發與節約并重，近期把節能放在優先地位，大力開展以節能為中心的技術改造和結構改革”的能源方針。由此可見，開展能源節約工作具有多么重要的意義。現今，人類對能源的依賴已達到舉足輕重的地步。能源問題已成為世界各國政府、實業界和科技部門密切關注的問題。我國的能源形勢也很緊張，能源供需矛盾突出，浪費嚴重。因此，節能是我國國民經濟發展中的長期戰略任務。船舶作為交通運輸中載運量比例最大的載運工具，其節能效果的好環對國民經濟的影響很大。研究和應用節能技術降低船舶能耗，不僅可以為航運企業節省燃油費用，還可以減少船舶造成的環境污染，獲得經濟和環保雙重效益。

船舶節能總的含義是以最小的能量消耗取得最大的運輸效益，或者說就是以最小的燃料費用取得最大的運輸量。船舶節能的努力方向是增大運輸量，降低燃料消耗量和采用廉價的燃料。

一、船舶節能技術

機電設備是船舶油料最直接的消耗者，因此抓好機電設備的維護保養，確保機電設備工況，突出技術管理，充分挖掘節能降耗潛力，是船舶節能的關鍵途徑。

新造船舶應盡可能選用下列節能技術：

（1）選用節能環保型柴油機作為船舶的主副發動機

（2）選用近年開發的新型高效螺旋槳

（3）選用正反轉螺旋槳

（4）船體、主機和螺旋槳三者匹配合理

（5）改進船體線型，選用合適的節能附件

（6）選用軸帶發電機等節能機電產品

二、研究目的與意義

（一）研究目的

中國能源形勢不容樂觀，我國人口占世界的1/5，而能源資源則相對匱乏。我國已探明的煤炭儲量約占世界儲量的11%，原油占2.4%，天然氣占12%，人均能源占不到世界平均水平的一半。我國是世界上第三大能源生產國和第二大能源消費國，從1993年開始成為能源凈進口國，能源稀缺，特別是油氣資源短缺已成為制約我國經濟發展的首要因素，所以我們必須重視節能技術的研究和開發。

隨著人類活動的日益頻繁，能源消耗變得越來越大，世界常規能源，如煤炭、石油等的供應是有限而短暫的，現在已逐漸緊張甚至趨于枯竭，在沒有找到合適的可替代能源以前，節能已成為國民經濟發展中的重要任務。船舶是海上運輸的主要工具，隨著物流業的不斷發展，其數量也在不斷地增加。從20世紀70年代發生兩次能源危機以來，油價飛速增漲。隨著燃油價格的不斷上漲，航運企業的經營成本劇增。船舶作為能耗大戶，對其進行節能技術進行改造已刻不容緩。船舶節能技術已成為航運業研究的熱點之一。

（二）研究意義

與新興的信息產業相比，船舶工業是一個十分傳統的行業。傳統行業如何在飛速發展的時代，按照可持續發展的要求，維護自身行業微薄的利潤，是一個非常艱巨的任務，而有“工業血液”之稱的石油價格一直居高不下，給本就不算景氣的傳統行業帶來了巨大的沖擊。船舶是高消耗的運輸工具，作為能耗大戶，燃油價格上漲后，燃油費用在船舶各項可變動的運輸成本中所占的比重最大，約占可變動運輸成本的50%左右。

船舶節能是以最小的能量消耗取得最大的運輸效益，或者說就是以最小的燃料費用取得最大的運輸量。船舶的節能技術改造，不僅可節省燃油費用，減少船舶的運輸成本，提高企業的利潤率，給企業帶來高的經濟效益，還可以減少船舶造成的環境污染，獲得經濟和環保雙重效益。船舶節能技術研究是一項非常有意義的工作。

三、節能措施

（一）減少船舶阻力

減少船舶阻力是一種常用的節能措施。船舶航行在水面上受到的阻力主要有水阻力和風阻力，其中風阻力主要在高速船舶設計時進行考慮，一般情況下通常只考慮水阻力。水阻力又分為摩擦阻力、粘壓阻力和興波阻力。

1、減阻球鼻

如今，新型的球鼻艏采用了雙球鼻結構，被稱為減阻節能球鼻艏。據初步了解，減阻節能球鼻艏能有效地減小興波阻力，獲得優良的減阻效果，一般節能15%以上，具有廣闊的應用前景。在高速水面艦船上安裝新型的球鼻艏，是近年來國內外研究的前沿課題。

2、球艉船型

球艉型船的特征是在船體滿載吃水線的尾部區設有一個長約1%～2%L，寬度極小的尾端形體。它是根據流體力學原理，利用球尾產生與船尾尾波相反的等幅波，以降低興波高度。其主要作用有：①消波壓浪，使船尾波的起波點后移，導致尾波擴散面減小，從而減少能量損失，降低船舶阻力。②可改善尾流，起整流作用，提高船舶的推進效率。設計球尾的主要參數是球尾體長度、橫剖面的大小與形狀以及球心的位置等，一般宜選擇在槳軸中心線上，可根據船模試驗優先其球尾尺度與形狀，該船型一般可以節省主機功率7%～9%。

3、微氣泡減阻

1876年，傅汝德曾進行過一個實驗，證明了一個固態物體在空氣中的摩擦阻力要比在水中小600多倍，他建議用一層空氣膜將船體和水隔開，以減小粘性阻力。日本海上技術安全研究所在日本東海運輸公司的“太平洋海鷗”號水泥運輸船上進行了微泡沫船舶節能新技術實驗，這種新技術是在船艏兩側安裝長10m的微縫板，通過噴出的空氣在船底形成一層薄薄的小氣泡，使船舶受到水的摩擦阻力減小12%，節省燃油8.5%。一旦此節能效果被驗證，此項技術將在使用在“太平洋獵鷹”號水泥運輸船上，而后這項技術也將逐步推廣并應用到大型油船上。

4、采用船尾附體

采用船尾附體，不僅能改善尾部的流場，降低粘壓阻力，還可使螺旋槳的推進效率提高，目前采用的附體一般有反作用力鰭、前置導管、附加推力鰭、尾端球、槳后固定葉輪等。

5、減少船體的粗糙度

船舶在使用一段時間后，船舶會由于被腐蝕等的原因，使其粗糙度增加。同時，海生物對船殼的污底與附著也會日益嚴重。這些都是節能的大敵。據粗略統計，由于粗糙度增加，每年要多耗燃油30%左右。

防止污底的對策主要有四個：（l）采用防污涂料系統，防止海生物的附長。如采用自拋光船殼漆。（2）電解海水防污，通過電解裝置將海水分解，殺滅海生物。（3）定期進行清理。（5）水面刮刷和補涂技術。防止粗糙化的對策有：（l）選擇合理的涂料系統。（2）提高油漆施工的質量。（3）對船殼的水下部分實行陰極保護等。（4）對船殼板進行打砂。

（二）最佳縱傾法

美國節能委員會將最佳縱傾節能技術列入十大節能措施之一。大量的實驗表明，船舶利用壓載水調整縱傾，使船舶處于最佳縱傾航行狀態，是一項簡單易行，安全可靠又無需加任何設備的重大節能措施。船舶在最佳縱傾狀態航行時，船體阻力降低，推進效率提高，航速相應提高，引起螺旋槳的進速增加，扭矩系數Km減小，從而使螺旋槳特征曲線變得平穩。因此，調整船舶在最佳縱傾狀態下航行，可大幅度地節約主機功率。據試驗研究，最佳縱傾航行節能特點是節能效果好，經濟效益好，調整簡便，不影響船的營運能力。

四、小結

總之，節能措施是很多的，如何節能要根據實際情況選擇，以便達到最佳節能效果。在全球都進行節能研究大背景下，我們國家在船舶節能方面也已投入更大的力量。我們的優勢在于后發優勢，除了在新技術方面要進行不斷創新以外，同時還要通過開發先進的適合全球標準的信息網絡管理技術，對整個船舶進行綜合系統、智能管理，從系統整體上把握創新的方向，從而使我們的船舶業具有更強的競爭能力。隨著科學的發展以及理論的研究，可以預見將會有越來越多新型種類的船舶節能技術將應用到船舶的節能技術中。同時節能措施也是國民經濟可持續發展的重要組成部分，我國能源消耗大，利用率低，浪費也很大，節能工作面臨著巨大的壓力。在全球都進行節能研究及國內能源情況緊急的大背景下， 我們國家在船舶節能方面也已投入更大的力量。目前，推動船舶節能工作，迫切需要加快節能技術的推廣和應用，爭取使我國所有船舶都能采用適合自身發展的船舶節能技術。

隨著科學技術的發展以及理論預報的深入開展，可以預見將來會有越來越多新型種類的船舶節能技術應用到船舶的節能技術中。另外，文中提到的許多節能措施大多已經在實船中得到應用，并且有較好的效果，我國正在加大支持發展綠色船舶的力度，未來船舶的節能減排和綠色船舶仍將是船舶設計研究的一個重點。