船舶节能减排及技术应用分析

陈曦春++徐正强++朱华

【摘 要】随着经济的发展，环境问题日益严重，在我国无论是远洋船舶，还是内河船舶，船舶大气污染主要源自含硫量较高的燃油。按照国际海事组织（IMO）《防止船舶污染国际公约》的规定，远洋船舶燃油含硫量最高不超过3.5%，但这已是国Ⅳ柴油含硫量上限0.005%的700倍。内河船舶使用燃油则没有强制性标准。

【关键词】 节能减排 船舶节能 经济因素

1 何为船舶节能减排

船舶的节能减排其实就是船舶运行时在满足工作效率的前提下尽可能降低能量的消耗，换言之就是以较少的燃料费得到最大的运力。

燃料费用运行指标=运输量（吨/千米）/油量的价格*消耗燃油量

根据以上分析，适当降低消耗燃油量、提高运输量以及实用廉价燃料可以达到节能的目的。

1.1 发展航运的需要

环境问题日益严重已刻不容缓，节能减排不单单成为我国船舶企业发展和落实科学发展观的关键。在船舶营运时，紧密关注船舶的工况以及航向的变化，合理分析船舶实际运行状况，针对耗油记录和修订系数偏差值的分析判断，以便于得到实际的耗油数据。由此根据此时此时的运行状况，选择合适的节能方式，保证符合实际运输的需要。

1.2 国家法律法规强制性要求

相比较2005年，等到2020年的时候，国家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通运输十二五规划、国务院通过的《十二五节能减排综合性工作方案》都明确规定了，等到2020年的时候，会降低排放二氧化碳的量到16%，船舶运输单位运输周转耗能量到15%，实施船舶运输节能减排工作战略可以在一定程度上完全符合国家实施的节能减排总体战略。

2 影响船舶节能减排的原因

影响船舶节能减排的因素有很多，文中主要包括以下几方面：

2.1 船舶自身性能

对于船舶来说船舶自身的性能就影响节能减排，首先船舶底漆的涂装、主副机运行状态、使用年限等这些因素跟船舶的节能减排息息相关，不仅仅是这些，不同类型的船舶也对节能减排形成影响。从船舶使用年限来分析，运营年限长的船舶跟较短运营时间或者新船舶来比较其主机磨损层度就相对严重，单位耗油量也比较大，其污染物的排放以及能源能否充分利用都受到影响。从船舶不同类型来看，不同的船舶抗风浪性能，船舶耐波性差以及甲板受风面积大的船舶会影响节能减排；从主副机运行状态来看，因为主副机是船舶上最重要的安全以及能耗设备，主副机具有越高的运行效率，燃烧效率就越高，也就降低了单位能耗，主副机的运行效率对船舶节能减排产生了影响。

2.2 船舶的节能减排技术

在船舶的设计过程中，船舶设计者就应该合理使用节能减排技术，保证船舶在运行时改变燃烧利用率，提高燃烧性能已达到船舶节能减排的目的。

例如，设计安装燃油研磨机，既节约远洋船舶航运成本，又降低废气和污染物排放。船舶主辅机设计采用燃烧重质和轻质燃油的机型，对重质燃油中的渣及沥青进行研磨为燃烧颗粒细致和均匀的可用燃油，减少油渣量，提高燃油利用率，不存在大于5Micron（微米）以上的大颗粒，改善了主辅机燃油的效果，使燃烧更加充分，主机热效率进一步提高；其次，由于安装燃油研磨机，改善了主机燃油颗粒度，在增进燃烧和改善主辅机运行工况的基础上，减少主辅机缸套、活塞环的磨损，延长了主辅动力设备使用周期和寿命；其三，燃烧充分后废气的排放量得到控制符合环保要求；同时，主辅机燃油系统燃油自动清洗滤器冲洗次数减少，以及油渣量明显减少，省了油渣处理费用，真正满足节能减排的要求。

同时，对于热能循环利用的设计和实施。在船舶设计和建造过程中，对锅炉、燃烧炉和主机废气锅炉等产生热能的设备和系统进行合理布置和收集，对重质燃油、主机缸套水、海淡冷却水、油水分离器和设备吹洗装置等系统进行加热循环重复使用，降低对锅炉等加热设备的使用频率和时间，起到节能减排作用。

另外，如采用高速主机时，设计使用轴带发电机设备，可满足船舶航行过程中船员生活设施电量的需求，有效控制发电机的使用频率和数量、时间等，达到节约使用成本和降低废气排放，这也是节能减排的有效控制措施之一。以及，国际上比较先进的混合动力推进或电力推进系统，主要设计采用大功率的发电机组或电—柴混合动力，充分体现出船舶操控性方面高效、灵活性和减振降噪、提高能源利用率、节能减排的优点。

此外，还有一些船舶开发企业使用自行开发的管理监控耗油系统，利用先进的GPRS通讯技术，可以达到实时监控船舶信号的目的。依托先进的科学技术，能够确保在拥有最合理耗油基础上，尽可能降低船舶消耗，达到节能减排的作用。

2.3 环境因素

在船舶营运的过程中，环境有可能会影响燃料利用的效率，对船舶的节能减排产生影响。这里所讲的环境因素主要是指自然环境和地理环境，这样影响因素主要体现在：航道条件、温度、气压、气象等，这些因素对船舶污染物的排放以及油耗产生影响。简单来讲，在风力较大的环境中船舶的运行阻力会提高很多，其主要影响在于主机的负荷，在超负荷的状态下运行，油耗也会急剧提高。气压对船舶的能耗的影响主要体现在，随着海拔的升高，大气压力就会降低，越高的高海拔地区空气含氧量较低，不利于船舶燃料的充分燃烧，會降低单位燃料的燃烧率。

2.4 资金投入和效益因素

船舶企业效益水平的高低、资金投入的多寡可以反应出船舶企业给国家和社会带来的效益，也会反应在节能减排工作中的效率。正常来讲船舶企业在效益水平高，较低的资金投入时，船舶企业能够合理的实施节能减排工作，也能够提高节能减排的效果。如果反过来则相反，更会打击节能减排的积极性，产生难以预料的后果，严重影响船舶行业的发展。

3 船舶节能减排的应用

3.1 使用经济航速

常用的经济航速概念是指最低燃油消耗率航速。也就是所说的最高盈利航速、最低燃油费用航速和最低燃有消耗率航速。船舶节能减排中经济航速是其新技术的方式之一。在船舶设备中最主要的设备有锅炉、发点柴油机和主机等，船舶在运营中最主要的就是主机耗油。船舶主机运行时也是整个船舶油耗最大的时候，此时船舶主机为船舶的航行提供动力支持。船舶航速以及船舶功率之间具备三次方关系，航速适当降低可以达到有效节省燃油消耗的效果，反之，在船舶航行速度增快时，燃油的消耗也会增加，必然带来燃油成本的增加。根据船舶实际情况分析，每当转速和功率发生变化的同时，燃油的消耗量也会被换气、喷油量以及船速等因素所影响。在船舶负荷70～80%之间时，船舶想要达到所理想的最小燃油消耗量。从以下几点分析航速和耗油量直接的最佳平衡点。

第一，船舶主机耗油量和航速等相关技术资料，第二，船舶实际情况。主要包括船舶耗油设备状态、船舶运营年限、船型等。第三，船舶航行天气、海况等相关影响因素。第四，船舶航行的经营需求以及实际运行路线。

根据运营情况，找到航速以及耗油的最佳平衡点。依据船舶航速和耗油的最佳平衡点以及相关计算公式，选择合理的计算方式，得到不同船龄、船型的合理、科学的经济航速指标。

根据实际情况，船舶在运行时须依据航次计划，由相关技术人员进行分析及选择最高盈利航速、最低燃油费用航速、最低耗油率航速，从而使得船舶在运行时得到最合理的航速，达到节能及提高经济效益的目的。

3.2 船体应用高强度钢

3.2.1 试验船简介

某试验船，长109.6m 高强钢散货船，为球鼻型首、尾机型双尾深舱船，具备双层底的货仓区域，高度是0.9m。货仓区域的舷侧、船底板、甲板属于纵骨架式结构，其他部分属于横骨架式交替肋骨制结构。依据国家《内河船舶法定检验技术规则》、《钢质内河船舶建造规范》的相关标准和规范设计的船舶，能够全年在长江区域运行在JZ级航段、A、B、c级航区。

在设计过程中使用的结构是ccs-A36级高强度船体结构钢，使用材料的化学成分以及力学性能都能够完全满足ccs《材料与焊接规范（2009）》及其2010修改通报，船体设计的其他部位材料就是普通船用结构钢，例如，斜杆、甲板支柱、上层建筑等。使用的焊接船体高强度船体结构钢属于1Y级材料，上述材料的化学成分以及力学性能都能完全满足ccs《材料与焊接规范（2009）》及其2010修改通报，需要具备相适应的母材和焊接材料，并且使用的高强度低碳型焊接材料需要经过CCS認证。

3.2.2 应用部位

最大局部应力一般会产生在底部或者底部附近纵横构件中。在船舶结构设计时合理布局使用高强度钢，得到的效果将会非常明显。在对船舶运用高强度钢效果分析时，须对不同尺寸的散货船进行合理的对比。对比计算高强度钢船以及普通钢船结构设计中降低重量百分比多余20%的位置。其中外板减轻重量比28.5%，船底骨架减轻重量比23.6%，横舱壁和骨架减轻重量比41%，纵舱壁和骨架减轻重量比31.7%，载货甲板和骨架减轻重量比33.6%，桁架减轻重量比84%，架减轻重量比30.7%。从分析的结果来看，船舶在建造中使用高强度钢，优化了设备重量、管系、结构以及增加施工高强度钢比例，可以降低耗能达到节能的目的，同时还可以提高船舶自身的载重量。

参考文献：

[1]刘晓华，路少君.海事船舶节能减排的探讨[J].中国海事，2010（11）.

[2]郑守岩.浅析船舶节能减排之有效途径[J].天津航海，2009（03）.

[3]黄炜.船舶节能减排的建议及思考[J].中国水运（下半月），2009（11）.