淺談船舶動力裝置的發展趨勢

祝備

【摘? 要】船舶動力裝置的質量決定了船舶的長久性發展。傳統的船舶動力裝置已經跟不上時代發展的步伐，只有不斷探尋船舶動力裝置的新技術，開發節能環保的動力裝置，才能推動船舶行業的健康發展。論文簡要闡述了船舶動力裝置的定義及類型，根據船舶動力裝置的現狀探究了未來的發展方向，即以節能減排、環境保護為目標，為航運企業節省能源資源，降低對環境的污染，使船舶企業獲得良好的社會經濟效益。

【Abstract】The quality of marine power plant determines the long-term development of the ship. The traditional marine power plant has not kept up with the pace of the development of the times. Only by continuously exploring new technology of marine power plant and developing energy-saving and environmental protection power plant， can the healthy development of the marine industry be promoted. This paper briefly describes the definition and type of marine power plant， and according to the current situation of marine power plant， explores the future development direction， which takes energy-saving， emission reduction and environmental protection as the goals， saves energy resources for shipping enterprises， reduces environmental pollution， and enables shipping enterprises to obtain good social and economic benefits.

【關鍵詞】船舶;動力裝置;節能;環保

【Keywords】ship; power plant; energy-saving; environmental protection

【中圖分類號】U664.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0166-02

1 引言

近年來，我國船舶產業不斷發展，各項研究也不斷深入。由于船舶作為水上重要的交通工具，其直接影響到海上的經濟，也關系到一個國家的軍事安全。船舶動力裝置作為船舶的重要部分，對船舶的運行起到至關重要的作用。傳統的船舶動力裝置主要是蒸汽機，目前我國開始使用聯合型的發動機，標志船舶動力裝置在不斷地演變和革新，未來也會朝著節能減排環保的方向前進。

2 船舶動力裝置的定義

2.1 什么是船舶動力裝置

所謂船舶動力裝置，是一種為船舶行駛提供動力的裝置，在一定程度上保證船舶正常運行。只有船舶在動力源的支持下，才能促使船舶在海上正常航行，為船上人員提供較為正常的生活保障。因此，船舶作為海上運輸極為重要的部分，其動力裝置更是船舶中必不可少的關鍵組成部分，主要包括主動力裝置、輔助動力裝置以及輔機和其設備等。

首先，主動力裝置是用來提供推進動力的裝置，其可以保證船舶實現正常航行。只有主動力裝置啟動后，結合螺旋槳的使用，才能推動整個船舶的前進后退的運行。其次，輔機設備主要是甲板、錨機等相關的機械。隨著社會的進步，我國的船舶性能也在提高，輔機設備也會隨之相應地增加或減少。輔機設備主要為船舶上的壓載水系統、管路系統、排水系統及其消防系統提供動力，是船舶動力裝置中不可忽視的部分。

2.2 船舶動力裝置的類型

目前，我國船舶動力裝置的類型主要包含蒸汽、汽油、柴油、燃氣等，同時，部分動力裝置利用核能為船舶行駛提供動力。蒸汽機最早應用在火車上，之后應用于船舶中。蒸汽機的優點是結構較為簡單、制作成本低，但機身較重，隨著時間的推移，已經發展成多項復合型的鍋爐。汽油機和柴油機都是屬于燃油機械，需要通過氣囊燃燒油產生熱量。船舶中柴油機的熱效率極高，熱量損失少，但在汽油機燃燒時，散失的熱量往往較多，單機的功率比不上柴油機。因此，柴油機成為船舶動力裝置中廣泛應用的一種類型。相較于前幾種類型的動力裝置來說，核動力裝置是較為環保的船舶動力裝置，其主要利用反應堆來產生蒸汽，核反應堆的巨大能量連續不斷地被冷水黏附，熱量通過這樣的方式傳遞下去就實現了動力裝置的有效運轉[1]。

3 船舶動力裝置的發展方向

3.1 船舶動力裝置的節能化

一般來說，船舶柴油機最低燃油消耗率運行點大約占80%的額定負荷。在此狀況下，如果再通過多種措施不斷提高最高燃燒壓力Pmax，進而提升柴油機的熱效率，在這樣的運行狀態下柴油的消耗率則會不斷降低。節能運行點的選擇如圖1所示。

如果需要將最高燃燒壓力Pmax保持不變，然后降低平均有效壓力Pe就可以減小噴油量，此時的轉速n不變。這就相當于發電機特性或者負荷特性節油運行點ERG在n和Pe同時降低的情況下能夠提升特性節油運行點ERG。根據相關研究，轉速n在降低1%時，螺旋槳的推進效цp可提高0.26%～0.31%。一旦Pe出現降低的現象，此時Pmax不變，再進行調整，可以改善柴油機的熱效率。使Pe再降低1%時，燃油消耗率也可以降低0.21%～0.26%。實踐說明，合理選擇節油運行點可以使得燃油消耗率降低4.5%，轉速n的降低能夠使цp提高2.5%，Pe的降低則使燃油消耗率也隨之降低。對船舶柴油機使用功率的確定，除了考慮經濟條件外，需要考慮船舶在使用過程中會結下污垢，導致船舶阻力增加，出現主機超載的現象。如果出現螺旋槳表面磨損，也會降低船舶運行的效率。總之，柴油機的使用功率通常選擇在額定功率的80%～92%。

3.2 調整船舶的最佳航速

船舶的行駛速度也至關重要，合理的航速能夠衡量技術指標、經濟指標中較為有利的條件，在某一范圍內或條件下關鍵指標起著決定性作用，此指標代表船舶航速的理想狀態。所謂船舶最佳航速需要達到兩個指標：最低能耗航速和最低營運費用航速。最低能耗航速代表消耗率最低的航速，不僅由動力裝置決定的，還是要考慮燃油的費用。在一定的航程內，由于航速的降低，會增加航行的時間，進而導致航運費用的增加[2]。因此，航速越低、燃油消耗越低，并不代表船舶的理想航速（見圖2）。

在圖2中，3個交點Vg代表船舶的最佳航速，其接近于船舶運輸總費用的最低點。最高營運航速是在船舶長途行駛過程中盈利最大的航速，相當于在行駛過程中能夠得到較好的經濟效益，需要同時考慮支出和收入。最低的航行費用航速，主要就是航行時間內燃油費用以及其他費用相加后最小的航速，反復計算后，航行費用最低的航速為Ve=。

其中，f代表船舶需要支出的運營費，k代表系數。

船舶在運行過程中需要選擇合理的航速運行，此過程中需要進行科學有效的計算，保障船舶運營企業的經濟效益。

3.3 船舶動力裝置的環保化

我國船舶動力裝置中柴油機是經濟合理的選擇，隨著社會的發展，人們的環保意識逐漸增強。在未來，船舶動力裝置將設計各種低污染的動力裝置，例如，太陽能、風能，降低資源能源的消耗。新型的動力裝置利用太陽能、風能既節約了資源，又環保可再生。

4 船舶動力裝置的技術發展方向

4.1 開發新的燃料

船舶動力裝置中應用了大量的油基燃料，但地球上的油基燃料是有限的，長期的使用會出現燃料的短缺。我國船舶動力裝置的研究方向需要考慮原油的儲存量以及動力生產過程中的消耗。未來，船舶動力裝置不僅是以石油為基本的原料，還需要考慮其他新的原料代替石油作為基礎燃料。

4.2 借助風帆起航

船舶動力裝置必須實現節能減排的效果。利用風力資源是促進船舶節能減排的重要途徑。隨著自動化技術等科學技術的發展，可以通過計算機自動控制風帆及風帆與動力裝置的優化配合，節約資源，降低污染，開啟船舶企業的新時代。

4.3 研究智能新技術

想要實現船舶動力裝置的節能減排，需要開發智能化技術，主要是能夠妥善使用電子計算機技術和網絡技術。針對柴油機和船舶的各種數據進行實時監測，做到有效控制和管理，保證柴油機每時每刻處于最佳的運行狀態。

5 結語

綜上所述，我國的船舶企業在不斷發展和進步，船舶動力裝置的設計創新勢在必行。當前，我國的柴油、汽油等多種動力來源已經不能滿足船舶行駛的實際需求，需要開發優質、合理的動力裝置、能源，推動船舶行業有序發展。未來，船舶動力裝置的設計主要以節能減排環保為目標，只有將更多新型技術、綠色技術應用到船舶動力裝置中，才能保證船舶動力裝置的良性運轉，使船舶企業獲得更高的環境效益、社會效益、經濟效益。

【參考文獻】

【1】梁恩勝，劉文科，惠節.船舶主推進動力裝置的發展趨勢探究[J].科技創新與應用，2016（36）：128.

【2】黃建新.船舶動力裝置發展新趨勢探討[J].科技創業月刊，2016，29（06）：19-21.