西江水系运输船舶能耗评价体系研究＊

李 伟 刘 清

（武汉理工大学交通学院 武汉 430063）

0 引 言

广西港航管理局按照国家和交通运输部的要求，出台了一系列节能工作措施，加强对西江水运节能降耗工作的管理，但由于辖区内船闸水库的修建，航道水文状况恶化，以及船舶的标准化程度低等问题，节能降耗形势仍不容乐观.

1 西江水系运输船舶能耗概况

1.1 西江水系概况

西江是珠江水系重要组成部分，素有“黄金水道”美誉，主要由连接南宁、贵港、梧州、百色、来宾、柳州、崇左市的1 480km内河水运主通道组成；涵盖流经河池、桂林、玉林、贺州的地区性重要航道1 621km.范围包括：西江航运干线570km、右江429km、红水河550km、柳黔江284km、都柳江和融江309km、桂江341km、左江322km、贺江119km以及绣江177km，共3 101km.

至2009年底，广西西江黄金水道范围内已建成2000t级航道291km，1000t级航道283km，500t级航道233km，300t级航道768km；建成枢纽30座、船闸21座，最大船闸（长洲水利枢纽）设计货物年单向通过能力3 920万t；建成生产性码头泊位420个，散装、件杂货物年设计通过能力5 284万t，集装箱42万标箱.

1.2 运输船舶构成现状

近年来，随着广西经济总体平稳较快发展，水运市场的需求日益旺盛，船舶运力持续快速增长.截至2009年底，广西拥有内河货运船舶5 497艘，302.5万t，同比增长20.83%.内河货船平均吨位也有所增长，由2007年的377t／艘增长至2009年的549.75t／艘，从而保持了船舶总吨位增加、运力向大吨位船舶发展的总体趋势，进一步适应了市场需求.

1.3 运输船舶能耗现状

目前，西江水系运输船平均吨位为549.75t／艘，以燃油单耗4kg／（kt·km），2010年西江水系船舶运输燃油消耗约为15.1万t.以此类推至2015年，燃油消耗约为25.9万t，较2010年增幅71.5%；至2020年，燃油消耗量将上升到38.0万t，较2010年增幅高达151.7%.另外通过各水系横向比较，以2009年为例，我国内河船舶每运送1kt·km货物的平均油耗为3.5kg，长江干线为3.22kg／（kt·km），京杭运河船舶同时期每运送1kt·km货物仅耗油2.46kg，而西江干线的该指标值则高达4.0kg／（kt·km）.由此可见，运输船舶节能降耗工作迫在眉睫.

2 能耗影响因素分析

2.1 不同载重吨船型

船型是指船舶在尺度、船舱结构、船体线性、动力装置、总体布置及其他主要设备等方面的特征.对于某一运输任务，可采用不同吨位、不同尺度、不同航速、不同结构的船舶［1］.虽然这些船舶在技术层面是可行的，但经济效益却相去甚远.如经营南宁－广州航线的广西某物流有限公司，400t位船舶航次耗油2t；700t位则为3t，而1200t位的船舶航次油耗仅为4t，船舶大型化节油效果明显.

2.2 日常能耗管理

科学的日常管理对于降低能源消耗至关重要，首先需制订完善的规章制度，依照新《节能法》的要求，加强组织管理，规范节能工作，搞好调度和机务管理，提高船舶工作效率，制定节能管理规范、推广先进科技成果，使节能工作正规化、规范化、法制化.其次要加强节能宣传教育、普及节能科学知识，增强全行业的节能意识.并通过建立科学的奖惩机制激发员工节能主动性、积极性和创造性，通过优化工作流程实现对燃油的采购、用油、退油的全程监控.

2.3 柴油机动力性能

目前绝大多数主机为柴油机，主机工作的好坏不仅取决于主机本身的性能，同时也与船舶设计部门及船东如何选择和使用有密切关系，所以在主机选型时，除了使主机满足船舶适航外，还要考虑在使用一段时间后机器性能下降、船体变脏、螺旋桨结垢的情况下主机和螺旋桨的配合情况，同时也要考虑船舶遇到恶劣气象、复杂海况及不同水域时的适应性［2］.

2.4 船舶营运

1）经济航速 船舶耗油设备主要是船舶主机、发电柴油机和锅炉等，船舶航行中，船舶耗油主要发生在船舶主机运转向船舶提供航运行动力的过程中.由于船舶功率与航速存在三次方关系，航速的少量降低便可节省大量的燃油消耗，反之，高航速则会使燃油成本大大增加.简言之，经济航速就是航速和油耗之间的平衡点［3］，见图1.

2）经济航道 即船舶航行能耗最低的航道.在航行过程中，统筹考虑航道特点、船舶适航、水文、气象、货流情况，并利用水流的作用，上水走回流和缓流航道，下水走主航道，不断优化航线，适时减少功率消耗或增加航速，有效降低燃油成本.尤其在枯水时节，为减少浅水对船舶航速的不利影响，更要及时调整船舶，保障船舶安全，避免搁浅.

图1 航速和油耗关系图

2.5 船舶经营模式

近年来，随着水运行业深化改革，扩大开放步伐的加快，个体运输船舶大量增加.但由于个体经营户安全管理措施不到位，尤其是个体客船和液货危险品船已成为水上运输安全的重大隐患之一.同时挂靠船在整个行业里能耗又是最低的，原因在于：挂靠船超载或最大限度的寻求满载，基本不存在空载情况，而航运企业侧重考虑客户的时间要求；沿途航行航道不规范，挂靠私有船凭借船长经验选择经济航道；另外由于挂靠船舶多为私有船舶，船长即为船舶所有人及经营人，船员积极性、主动性相对较高.根据调研显示，私人船舶比航运企业船舶相同情况下节油10%～15%.

由此可见，确立合理有效的经营模式，既要保证船队的正常有序运营，又要在能源消耗领域做到最大限度的合理节约，是整个水系运输船舶节能降耗的有力支撑.

2.6 运输组织

西江水系货物运输主要是广西到广东的下航满载货物运输，但返航货物比较少，往往是空载返航，据统计从广东返航广西西江下游到梧州、平南的船舶装载率只有20%～25%，返航到西江中上游贵港、南宁的船舶装载率有60%～65%，船舶返航基本属于亏本运营.加强货源组织，提高返航船舶装载率，是降低船舶能耗的重要手段.

3 西江水系运输船舶能耗评价体系构建

本部分在充分结合西江水系运输船舶运营现状以及能耗主要影响因素的基础上，从技术、船舶运营和管理三方面构建运输船舶能耗评价体系［4］，见图2.

图2 西江水系运输船舶能耗评价体系

3.1 能耗管理指标

船舶能耗管理指标作为一个定性指标，应反映出节能管理工作中所存在的主要问题，该类指标以打分的形式核定，从节能工作的规划指导，节能新技术的应用，节能基础管理工作，节能意识，节能宣传与培训，节能成效汇总六方面对船舶节能管理工作进行综合考核.

3.2 能耗技术指标

1）主机燃油消耗率 主机燃油消耗率是一个相对指标，一般以主机额定工况时的参数为依据，是反映主机是否省油的一个重要评价指标.计算公式如下

式中：B为主机燃油消耗量，g；Pe为主机额定功率，kW；H为主机运行时间，h.

2）船机桨匹配度 船机桨工况匹配是研究船舶在各种航行条件下，能量转换过程中的特性变化及其规律，从而找出最佳参数和最佳转换过程，得到一个最经济的，具有最好营运经济性和投资效果的设计方案［5－6］.在此，选取考核船舶航次油耗与水系平均航次油耗之比作为船机桨匹配度的定量考核方式，计算公式如下所示

式中：φ为船机桨匹配度；B为考核船舶每航次推进装置的燃料消耗量；¯B为水系每航次推进装置的平均燃料消耗量.

3）船型标准率 采用船型标准度对西江水系船舶船型合理程度进行考核，具体考核方式如下所示

式中：P1为船型标准度；N1为考核期适合水系船型的船舶数量；N为考核期船舶总数.

4）航次油耗 航次油耗即在指定的某个具体单航次中，船舶动力装置包括主机、柴油发电机和辅助机械在航行和停泊工况下燃油的消耗总额.计算公式如下.

式中：Q为航次油耗；QZ为航次主机燃油消耗；QC为航次柴油发电机燃油消耗；QG为航次辅助机械燃油消耗.

3.3 能耗营运指标

1）全年总油耗 船舶总油耗直接反映船舶在考核期内燃油消耗的总体情况，是考核船舶能耗的重要指标之一，计算方法如下所示

式中：B主机、B柴、B辅机分别为主机、柴油发电机以及辅机油耗.

2）主机单位周转量油耗 该指标综合考虑考核期内，船舶的主机油耗、货物装载率以及货物运输距离等主要影响因素，比较全面的反映考核船只的能耗水平.其计算方法如下：

式中：q为主机单位周转量油耗；B主机为主机实际燃油消耗量；Ql为同一时期内的换算货物周转量.

3）经济航速利用率 在工况允许情况下，船舶燃油消耗率最低时所采用的航速即为经济航速.通过从主机性能特性曲线上查得相应的经济功率，再运用功率与航速的相关资料，即可获得相应的经济航速.进而得到经济航速利用率，考核方法如下：

式中：Z为经济航速利用率；¯V为考核期平均航速；Vj为经济航速.

4 典型船舶能耗评价

通过向典型航运企业发放调查问卷，采用层次分析法，计算各分指标权重：能耗管理指标、技术指标、营运指标分别为0.25，0.40，0.35.在能耗管理指标中，节能工作的规划指导、节能新技术应用、节能基础管理工作均为0.10，节能意识0.20，节能宣传与培训和节能成效汇总则为0.25；能耗技术指标中，主机燃油消耗率权重0.15，船机桨匹配度0.25，船型标准率和航次油耗均为0.30；而营运指标中，经济航速利用率权重高达0.45，主机单位周转量油耗、全年总油耗则依次为0.35，0.20.在节能降耗工作中，航运企业可参照上述研究结论，在权重较高的方面重点着手改善.

在对典型船舶能耗水平进行界定过程中，结合所构建的评价体系，但受限于船舶具体参数以及能耗原始数据的缺乏，选取主机燃油消耗率、全年总油耗、主机单位周转量油耗3个指标，采用现实值和基准值比较的方法进行定量评价，其余指标则从定性角度酌情考核.

1）主机燃油消耗率 通过调研咨询西江水系典型航运企业，联系其他水系的运营现状，主机燃油消耗率的理想基准值设定见表1.

表1 西江水系干散货船主机燃油消耗率基准表

广西某航运企业A船，于2002年7月交付，总吨985，净吨551，船长48.85m，宽10m，型深3.3m，吃水2.7m，主机功率257.4kW.2009年主机运转4 180h，耗油99t，该年主机燃油消耗率为

对照表1，该吨位主机燃油消耗率基准值为0.094kg／（kW·h），根据指标核定办法：

可见该船在主机燃油消耗率方面，水平高于行业基准值，节能效果良好.

2）全年总油耗 选取该公司B船作为考核对象，该船过去3a总油耗分别为11.5，10.8，8.3t，以2009年作为考核年份，由于数据缺乏，使用2007～2008年平均油耗（11.5＋10.8）／2＝11.15t作为基准值，根据该指标核定办法：

由计算结果可见，考核年份的全年总油耗明显低于往年，节油效果明显，但同时应考虑到运输周转量的限制，所以该指标只能从宏观上反映年份的能耗状况，并不能直接体现经济效益.

3）主机单位周转量油耗 通过调研咨询西江水系典型航运企业，联系其他水系的运转现状，主机单位周转量油耗指标设定基准如表2所列.

表2 西江水系干散货船主机单位周转量油耗基准表

该航运企业C船，于1993年5月建造，总吨158，净吨88，载重205t，主机功率75.8kW.2009年完成货运周转量1 107kt·km，耗油8.3t，计算主机单位周转量油耗为：q＝B主机／Ql＝8.3×1 000／1 107 000kg／（t·km）＝0.0075kg／（t·km）.

参照表2，该吨位主机单位周转量油耗基准值为0.004 7kg／（t·km），根据指标核定办法，［1－（q－¯q）／¯q］＝［1－（0.007 5－0.004 7）／0.004 7］＝0.404，明显高于行业基准值，主要原因在于造船时期较早，船舶严重老化，主机工况受损，螺旋桨磨损变形，推进不力，耗能增加.

5 结束语

本文在参照《运输船舶能源利用监测评价方法》的基础上，结合西江水系运输业能耗现状，构建了西江水系运输船舶能耗评价体系，定义了能耗管理、能耗技术和能耗营运3个一级指标，并针对性的设计了13个二级指标，这些指标能够客观准确的反映运输船舶的能耗水平，避免了以往由于考核办法不完善、不统一、不科学而带来的诸多不便.为了说明所构建的评价指标体系的适用性，引进典型船舶进行实证分析，把评价结果与运营现状进行比较，可以看出，本文所构建的指标体系，可以在企业内部或港航管理部门对能耗评价中加以运用.

另外，针对内河运输船舶能耗的考核工作在我国尚属起步阶段，相关理论的欠缺以及相关历史数据收集不利，导致部分指标的定量分析无法精确开展，阻碍了所构建评价体系的综合运用.在今后的研究学习过程中，仍需对指标选取、核定以及验证等方面做进一步完善和改进.

［1］范育军.船舶原理与积载［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2008.

［2］徐筱欣.船舶动力装置［M］.上海：上海交通大学出版社，2007.

［3］方 芳.船舶营运管理学［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］交通部水运行业能源利用监测中心.GB／T 17751－1999运输船舶能源利用监测评价方法［S］.北京：中国标准出版社，1999：2－5.

［5］应业炬.船舶快速性［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［6］盛振邦，刘应中.船舶原理［M］.上海：上海交通大学出版社，2004.