淺析船舶節能減排技術的應用

何放平　王海松

摘 要：社會經濟的快速發展，促使交通運輸變得更加繁重，加劇了排放二氧化碳的效率，出現越來越嚴重的溫室效應，引發嚴重的環境污染問題，會在一定程度上影響社會經濟可持續發展以及人們身心健康，嚴重破壞以及威脅生態系統。其中被一直認為是最環保和最清潔的船舶運輸行業也不能幸免，在運輸的過程中，向大氣中不斷排放大量二氧化碳等氣體，因此，可以發現運輸船舶行業節能減排是十分重要的，對于環境和社會的發展存在極大影響。本文主要分析了運輸船舶節能減排技術的應用。

關鍵詞：船舶；節能減排；應用

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都受到多方面因素的影響，例如，船舶動力、海運需求、經濟發展、造船產能等，具備比較大的生產運行壓力。現階段，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和機遇，應該不斷增加船舶行業自身創新能力，以便于加快經濟發展速度，為船舶運輸行業提供發展機遇，此外，也能在發展全面建設小康社會的一定程度上促進運輸船舶行業的發展。提高船舶運輸總體運行需求，對于船舶運輸節能減排具備更高的水平和要求，針對發展中出現的節能減排實際情況，合理分析船舶節能減排的實際需求，并且依據此作為基本實踐研究案例，為船舶運輸節能減排奠定基礎。

1 船舶節能減排的內涵

船舶節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

通過上述可以發現想要能夠達到節能的目的，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 船舶節能減排的需求

2.1 發展航運的需要

船舶運輸行業一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速關系，來得到最優化的經濟效益，由于不斷建設和推廣環境友好型、資源節約型社會，對于船舶運輸行業來說，節能減排逐漸成為國家船舶企業不斷發展和落實科學發展觀的關鍵，同時也是履行社會責任的主要內容。在運輸船舶的時候，需要依據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的耗油記錄以及修訂系數偏差值，以便于得到實際的耗油信息數據，分析實際節能方式，保證能夠完全符合實際運輸需求。

2.2 國家法律法規強制性要求

相關部門已經發出宣告，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%。交通運輸十二五規劃、國務院通過的《十二五節能減排綜合性工作方案》都明確規定了，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耗能量到15%，實施船舶運輸節能減排工作戰略可以在一定程度上完全符合國家實施的節能減排總體戰略。

3 分析船舶運輸節能減排的影響因素

實施船舶節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效益，存在很多影響船舶節能減排的因素，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能減排作用，不同涂裝底漆和污底情況、不同主輔機狀態設備、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備和耗能設備，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，對于船舶實施節能減排工作具備一定意義和作用。

3.2 節能減排技術

在設計船舶的過程中，合理應用節能減排技術，可以在一定程度上提高燃燒性能、改變燃燒利用率，能夠促進船舶節能減排的實際作用。現階段，經常使用的運輸船舶節能減排技術主要包括水鐵連接、無縫連接，淘汰一些高耗能船舶，并且合理應用有效的科學技術，例如，安裝燃油研磨機、預熱利用設備、燃燒爐、油水分離器等，此外，還有一些船舶開發企業使用自行開發的管理監控耗油系統，利用先進的GPRS通訊技術，可以達到實時監控船舶信號的目的，也可以監控管理船舶轉速、耗油量等，定期分析統計數據，并且依據船舶實際性能，在保證具備最優化船舶運行情況的基礎上，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部的實際作用，依據先進技術，能夠確保在擁有最合理耗油基礎上，盡可能降低船舶消耗，達到節能減排的作用。

3.3 環境因素

在運行船舶的過程中，環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能減排的效率。環境因素主要就是說自然環境以及地理環境，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，地理環境也會影響廢棄排放以及能源消耗，運行船舶的地理環境有航道交叉情況、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企業對社會和國家帶來的經濟效益和實施節能減排工作的效率。在具備高效低成本投入的時候，船舶運輸企業能夠更加合理的實施節能減排工作，可以在一定程度上促進節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，不僅不會給企業帶來一定的效益，還有可能促使船舶企業形成負經濟效益，導致大部分船舶企業不希望進行節能減排，并且喪失節能減排的積極性，會嚴重影響船舶運輸行業的發展和進步。

經濟效益實際上就是在經濟活動中產品投入比值。經濟效益高低不僅與生存發展以及自我積累存在一定關系，并且也會在一定程度上影響整個船舶運輸行業。從對國民經濟貢獻方面來說貢獻情況就是說全部構成要素和某個構成要素之間的百分比值，也就是說在全部構成要素中某構成要素增量值占據總增量值的比重。具備越高的經濟效益，就對于船舶運輸行業節能減排的發展越有利，因此，經濟效益是分析船舶節能減排工作的重要因素。

4 運輸船舶節能減排的應用

4.1 使用經濟航速

燃油消耗與船舶航速息息相關，是綜合反映技術和經濟指標，運輸船舶的過程中，包括三種主要的經濟航速概念，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，最常用的經濟航速概念實際上就是最低燃油消耗率航速。經濟航速屬于節能的新技術方式。船舶主要就是包括鍋爐、發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的航行動力，船舶航速以及船舶功率之間具備三次方關系，適當降低船舶航渡可在一定程度上以有效節省相應的燃油消耗，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濟性指導航速。

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技術資料：

第二，船舶實際情況。主要包括船舶耗油設備狀態、船舶運營年限、船型等。

第三，船舶航行天氣、海況等相關影響因素。

第四，船舶航行的經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速范圍內，依據實際運行經營情況，找到航速以及耗油的最佳平衡點。依據船舶航速和耗油的最佳平衡點以及相關計算公式，選擇合理的計算方式，得到不同船齡、船型的合理、科學的經濟航速指標。在實際經營船舶的過程中，需要依據航次計劃，相關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濟的航速指標，為船舶企業提供節能服務以及增加收益。

4.2 船體應用高強度鋼

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域，高度是0.9m。貨倉區域的舷側、船底板、甲板屬于縱骨架式結構，其他部分屬于橫骨架式交替肋骨制結構。依據國家《內河船舶法定檢驗技術規則》、《鋼質內河船舶建造規范》的相關標準和規范設計的船舶，能夠全年在長江區域運行在JZ級航段、A、B、c級航區。

在設計過程中使用的結構是ccs-A36級高強度船體結構鋼，使用材料的化學成分以及力學性能都能夠完全滿足ccs《材料與焊接規范（2009）》及其2010修改通報，船體設計的其他部位材料就是普通船用結構鋼，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構鋼屬于1Y級材料，上述材料的化學成分以及力學性能都能完全滿足ccs《材料與焊接規范（2009）》及其2010修改通報，需要具備相適應的母材和焊接材料，并且使用的高強度低碳型焊接材料需要經過CCS認證。

4.2.2 應用部位

在設計船體結構的過程中，在船舶甲板以及底部縱向構件會適當出現最大總縱彎曲應力；在底部或者底部附近縱橫構件中會形成一定的最大局部應力，如果設計結構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構設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%。可以發現合理應用高強度結構鋼，優化設計設備重量、管系、結構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 結束語

總而言之，在分析運輸船舶節能減排實踐的過程中，可以合理提出以下幾方面節能減排的方式：第一，合理優化船舶型線，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，優化設計螺旋槳，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，運輸船舶節能減排還應該包括：重油轉換輕油、管理電站、應用可替換能源以及增加燃燒主機的效率。

參考文獻：

[1]寧萍，李作平.運輸船舶節能減排研究與實踐[J].科學咨詢，2013（22）：23-24.

[2]李慧蓮.淺談船舶節能和環保能源的利用[J].中國科技博覽，2011（24）：294-294.

[3]陳景昌，孫洲陽，李品芳等.現代船舶運輸節能、環保與可持續發展問題及其解決對策[J].航海技術，2011（03）：64-67.

[4]梁一舟，姜殿明.使用節能環保型的船舶是解決海洋污染的根本途徑[J].交通節能與環保，2010（02）：8-9，19.

[5]康凱.內燃機節能裝置在船舶的應用研究[J].科技創新與應用，2015（12）：116.

基金項目：船舶自動化集成技術開發中心（項目編號：GCZX-B1304）

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