船舶節(jié)能減排及技術(shù)應(yīng)用分析

陳曦春++徐正強(qiáng)++朱華

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，在我國(guó)無(wú)論是遠(yuǎn)洋船舶，還是內(nèi)河船舶，船舶大氣污染主要源自含硫量較高的燃油。按照國(guó)際海事組織（IMO）《防止船舶污染國(guó)際公約》的規(guī)定，遠(yuǎn)洋船舶燃油含硫量最高不超過(guò)3.5%，但這已是國(guó)Ⅳ柴油含硫量上限0.005%的700倍。內(nèi)河船舶使用燃油則沒(méi)有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能減排 船舶節(jié)能 經(jīng)濟(jì)因素

1 何為船舶節(jié)能減排

船舶的節(jié)能減排其實(shí)就是船舶運(yùn)行時(shí)在滿足工作效率的前提下盡可能降低能量的消耗，換言之就是以較少的燃料費(fèi)得到最大的運(yùn)力。

燃料費(fèi)用運(yùn)行指標(biāo)=運(yùn)輸量（噸/千米）/油量的價(jià)格*消耗燃油量

根據(jù)以上分析，適當(dāng)降低消耗燃油量、提高運(yùn)輸量以及實(shí)用廉價(jià)燃料可以達(dá)到節(jié)能的目的。

1.1 發(fā)展航運(yùn)的需要

環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重已刻不容緩，節(jié)能減排不單單成為我國(guó)船舶企業(yè)發(fā)展和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵。在船舶營(yíng)運(yùn)時(shí)，緊密關(guān)注船舶的工況以及航向的變化，合理分析船舶實(shí)際運(yùn)行狀況，針對(duì)耗油記錄和修訂系數(shù)偏差值的分析判斷，以便于得到實(shí)際的耗油數(shù)據(jù)。由此根據(jù)此時(shí)此時(shí)的運(yùn)行狀況，選擇合適的節(jié)能方式，保證符合實(shí)際運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

1.2 國(guó)家法律法規(guī)強(qiáng)制性要求

相比較2005年，等到2020年的時(shí)候，國(guó)家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通運(yùn)輸十二五規(guī)劃、國(guó)務(wù)院通過(guò)的《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》都明確規(guī)定了，等到2020年的時(shí)候，會(huì)降低排放二氧化碳的量到16%，船舶運(yùn)輸單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)耗能量到15%，實(shí)施船舶運(yùn)輸節(jié)能減排工作戰(zhàn)略可以在一定程度上完全符合國(guó)家實(shí)施的節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

2 影響船舶節(jié)能減排的原因

影響船舶節(jié)能減排的因素有很多，文中主要包括以下幾方面：

2.1 船舶自身性能

對(duì)于船舶來(lái)說(shuō)船舶自身的性能就影響節(jié)能減排，首先船舶底漆的涂裝、主副機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、使用年限等這些因素跟船舶的節(jié)能減排息息相關(guān)，不僅僅是這些，不同類型的船舶也對(duì)節(jié)能減排形成影響。從船舶使用年限來(lái)分析，運(yùn)營(yíng)年限長(zhǎng)的船舶跟較短運(yùn)營(yíng)時(shí)間或者新船舶來(lái)比較其主機(jī)磨損層度就相對(duì)嚴(yán)重，單位耗油量也比較大，其污染物的排放以及能源能否充分利用都受到影響。從船舶不同類型來(lái)看，不同的船舶抗風(fēng)浪性能，船舶耐波性差以及甲板受風(fēng)面積大的船舶會(huì)影響節(jié)能減排；從主副機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，因?yàn)橹鞲睓C(jī)是船舶上最重要的安全以及能耗設(shè)備，主副機(jī)具有越高的運(yùn)行效率，燃燒效率就越高，也就降低了單位能耗，主副機(jī)的運(yùn)行效率對(duì)船舶節(jié)能減排產(chǎn)生了影響。

2.2 船舶的節(jié)能減排技術(shù)

在船舶的設(shè)計(jì)過(guò)程中，船舶設(shè)計(jì)者就應(yīng)該合理使用節(jié)能減排技術(shù)，保證船舶在運(yùn)行時(shí)改變?nèi)紵寐剩岣呷紵阅芤堰_(dá)到船舶節(jié)能減排的目的。

例如，設(shè)計(jì)安裝燃油研磨機(jī)，既節(jié)約遠(yuǎn)洋船舶航運(yùn)成本，又降低廢氣和污染物排放。船舶主輔機(jī)設(shè)計(jì)采用燃燒重質(zhì)和輕質(zhì)燃油的機(jī)型，對(duì)重質(zhì)燃油中的渣及瀝青進(jìn)行研磨為燃燒顆粒細(xì)致和均勻的可用燃油，減少油渣量，提高燃油利用率，不存在大于5Micron（微米）以上的大顆粒，改善了主輔機(jī)燃油的效果，使燃燒更加充分，主機(jī)熱效率進(jìn)一步提高；其次，由于安裝燃油研磨機(jī)，改善了主機(jī)燃油顆粒度，在增進(jìn)燃燒和改善主輔機(jī)運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上，減少主輔機(jī)缸套、活塞環(huán)的磨損，延長(zhǎng)了主輔動(dòng)力設(shè)備使用周期和壽命；其三，燃燒充分后廢氣的排放量得到控制符合環(huán)保要求；同時(shí)，主輔機(jī)燃油系統(tǒng)燃油自動(dòng)清洗濾器沖洗次數(shù)減少，以及油渣量明顯減少，省了油渣處理費(fèi)用，真正滿足節(jié)能減排的要求。

同時(shí)，對(duì)于熱能循環(huán)利用的設(shè)計(jì)和實(shí)施。在船舶設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，對(duì)鍋爐、燃燒爐和主機(jī)廢氣鍋爐等產(chǎn)生熱能的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行合理布置和收集，對(duì)重質(zhì)燃油、主機(jī)缸套水、海淡冷卻水、油水分離器和設(shè)備吹洗裝置等系統(tǒng)進(jìn)行加熱循環(huán)重復(fù)使用，降低對(duì)鍋爐等加熱設(shè)備的使用頻率和時(shí)間，起到節(jié)能減排作用。

另外，如采用高速主機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)使用軸帶發(fā)電機(jī)設(shè)備，可滿足船舶航行過(guò)程中船員生活設(shè)施電量的需求，有效控制發(fā)電機(jī)的使用頻率和數(shù)量、時(shí)間等，達(dá)到節(jié)約使用成本和降低廢氣排放，這也是節(jié)能減排的有效控制措施之一。以及，國(guó)際上比較先進(jìn)的混合動(dòng)力推進(jìn)或電力推進(jìn)系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)采用大功率的發(fā)電機(jī)組或電—柴混合動(dòng)力，充分體現(xiàn)出船舶操控性方面高效、靈活性和減振降噪、提高能源利用率、節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)。

此外，還有一些船舶開發(fā)企業(yè)使用自行開發(fā)的管理監(jiān)控耗油系統(tǒng)，利用先進(jìn)的GPRS通訊技術(shù)，可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶信號(hào)的目的。依托先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，能夠確保在擁有最合理耗油基礎(chǔ)上，盡可能降低船舶消耗，達(dá)到節(jié)能減排的作用。

2.3 環(huán)境因素

在船舶營(yíng)運(yùn)的過(guò)程中，環(huán)境有可能會(huì)影響燃料利用的效率，對(duì)船舶的節(jié)能減排產(chǎn)生影響。這里所講的環(huán)境因素主要是指自然環(huán)境和地理環(huán)境，這樣影響因素主要體現(xiàn)在：航道條件、溫度、氣壓、氣象等，這些因素對(duì)船舶污染物的排放以及油耗產(chǎn)生影響。簡(jiǎn)單來(lái)講，在風(fēng)力較大的環(huán)境中船舶的運(yùn)行阻力會(huì)提高很多，其主要影響在于主機(jī)的負(fù)荷，在超負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行，油耗也會(huì)急劇提高。氣壓對(duì)船舶的能耗的影響主要體現(xiàn)在，隨著海拔的升高，大氣壓力就會(huì)降低，越高的高海拔地區(qū)空氣含氧量較低，不利于船舶燃料的充分燃燒，會(huì)降低單位燃料的燃燒率。

2.4 資金投入和效益因素

船舶企業(yè)效益水平的高低、資金投入的多寡可以反應(yīng)出船舶企業(yè)給國(guó)家和社會(huì)帶來(lái)的效益，也會(huì)反應(yīng)在節(jié)能減排工作中的效率。正常來(lái)講船舶企業(yè)在效益水平高，較低的資金投入時(shí)，船舶企業(yè)能夠合理的實(shí)施節(jié)能減排工作，也能夠提高節(jié)能減排的效果。如果反過(guò)來(lái)則相反，更會(huì)打擊節(jié)能減排的積極性，產(chǎn)生難以預(yù)料的后果，嚴(yán)重影響船舶行業(yè)的發(fā)展。

3 船舶節(jié)能減排的應(yīng)用

3.1 使用經(jīng)濟(jì)航速

常用的經(jīng)濟(jì)航速概念是指最低燃油消耗率航速。也就是所說(shuō)的最高盈利航速、最低燃油費(fèi)用航速和最低燃有消耗率航速。船舶節(jié)能減排中經(jīng)濟(jì)航速是其新技術(shù)的方式之一。在船舶設(shè)備中最主要的設(shè)備有鍋爐、發(fā)點(diǎn)柴油機(jī)和主機(jī)等，船舶在運(yùn)營(yíng)中最主要的就是主機(jī)耗油。船舶主機(jī)運(yùn)行時(shí)也是整個(gè)船舶油耗最大的時(shí)候，此時(shí)船舶主機(jī)為船舶的航行提供動(dòng)力支持。船舶航速以及船舶功率之間具備三次方關(guān)系，航速適當(dāng)降低可以達(dá)到有效節(jié)省燃油消耗的效果，反之，在船舶航行速度增快時(shí)，燃油的消耗也會(huì)增加，必然帶來(lái)燃油成本的增加。根據(jù)船舶實(shí)際情況分析，每當(dāng)轉(zhuǎn)速和功率發(fā)生變化的同時(shí)，燃油的消耗量也會(huì)被換氣、噴油量以及船速等因素所影響。在船舶負(fù)荷70～80%之間時(shí)，船舶想要達(dá)到所理想的最小燃油消耗量。從以下幾點(diǎn)分析航速和耗油量直接的最佳平衡點(diǎn)。

第一，船舶主機(jī)耗油量和航速等相關(guān)技術(shù)資料，第二，船舶實(shí)際情況。主要包括船舶耗油設(shè)備狀態(tài)、船舶運(yùn)營(yíng)年限、船型等。第三，船舶航行天氣、海況等相關(guān)影響因素。第四，船舶航行的經(jīng)營(yíng)需求以及實(shí)際運(yùn)行路線。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)情況，找到航速以及耗油的最佳平衡點(diǎn)。依據(jù)船舶航速和耗油的最佳平衡點(diǎn)以及相關(guān)計(jì)算公式，選擇合理的計(jì)算方式，得到不同船齡、船型的合理、科學(xué)的經(jīng)濟(jì)航速指標(biāo)。

根據(jù)實(shí)際情況，船舶在運(yùn)行時(shí)須依據(jù)航次計(jì)劃，由相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行分析及選擇最高盈利航速、最低燃油費(fèi)用航速、最低耗油率航速，從而使得船舶在運(yùn)行時(shí)得到最合理的航速，達(dá)到節(jié)能及提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.2 船體應(yīng)用高強(qiáng)度鋼

3.2.1 試驗(yàn)船簡(jiǎn)介

某試驗(yàn)船，長(zhǎng)109.6m 高強(qiáng)鋼散貨船，為球鼻型首、尾機(jī)型雙尾深艙船，具備雙層底的貨倉(cāng)區(qū)域，高度是0.9m。貨倉(cāng)區(qū)域的舷側(cè)、船底板、甲板屬于縱骨架式結(jié)構(gòu)，其他部分屬于橫骨架式交替肋骨制結(jié)構(gòu)。依據(jù)國(guó)家《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》、《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)的船舶，能夠全年在長(zhǎng)江區(qū)域運(yùn)行在JZ級(jí)航段、A、B、c級(jí)航區(qū)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的結(jié)構(gòu)是ccs-A36級(jí)高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼，使用材料的化學(xué)成分以及力學(xué)性能都能夠完全滿足ccs《材料與焊接規(guī)范（2009）》及其2010修改通報(bào)，船體設(shè)計(jì)的其他部位材料就是普通船用結(jié)構(gòu)鋼，例如，斜桿、甲板支柱、上層建筑等。使用的焊接船體高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼屬于1Y級(jí)材料，上述材料的化學(xué)成分以及力學(xué)性能都能完全滿足ccs《材料與焊接規(guī)范（2009）》及其2010修改通報(bào)，需要具備相適應(yīng)的母材和焊接材料，并且使用的高強(qiáng)度低碳型焊接材料需要經(jīng)過(guò)CCS認(rèn)證。

3.2.2 應(yīng)用部位

最大局部應(yīng)力一般會(huì)產(chǎn)生在底部或者底部附近縱橫構(gòu)件中。在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)合理布局使用高強(qiáng)度鋼，得到的效果將會(huì)非常明顯。在對(duì)船舶運(yùn)用高強(qiáng)度鋼效果分析時(shí)，須對(duì)不同尺寸的散貨船進(jìn)行合理的對(duì)比。對(duì)比計(jì)算高強(qiáng)度鋼船以及普通鋼船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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%。從分析的結(jié)果來(lái)看，船舶在建造中使用高強(qiáng)度鋼，優(yōu)化了設(shè)備重量、管系、結(jié)構(gòu)以及增加施工高強(qiáng)度鋼比例，可以降低耗能達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)還可以提高船舶自身的載重量。

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