CCS-OTA船舶最佳纵倾解决方案

CCS技术研究开发中心 陈永念

目前全球航运业正历经上世纪三十年代经济大萧条以来最严重经济危机的影响，船东及航运业面临高油价、低运价的双重挑战。随着国家油价的不断攀升，燃油成本已经成为船舶运营成本的最大支出项。成本压力和严峻的市场形势让航运公司不得不节省燃油开支。所有这些的解决之道都需要新的技术创新和科学化的管理手段作为支撑。

最佳纵倾是IMO推荐的船舶节能减排技术手段之一。船舶在装载量一定的情况下（及排水体积一定），如果改变其纵倾状态，则船舶水下体积几何形状将会改变，船体水线形状和水线长度、浮心位置、船首来流、船尾去流将相应改变，这些变化必然导致船舶兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力的改变。下图反应了不同纵倾状态下船艏对自由面的扰动情况，纵倾优化后自由面兴波明显改善。

同时由于船舶航行姿态的改变，不同的纵倾（首尾吃水）也将引起船舶尾部流场的变化，进而影响到船舶螺旋桨的推进效率。近二十年的研究表明，不同类型的船舶在其不同吃水（满载、压载、半压载等）工况下、不同航行速度下均有一个明确的最佳纵倾浮态与其对应。

面对不断高企的油价和日益严格的船舶节能减排强制性要求，业界在船舶节能减排技术上不断做出各种尝试。通过降低船舶航速减少油耗、通过船舶线型优化减少航行阻力、通过高效能螺旋桨提高推进效率、通过改进主机燃烧效率提高燃油经济性、通过采用LNG替代传统能源等。相比较以上各种节能减排的技术手段，CCS开发的船舶最佳纵倾OTA解决方案优势非常明显。不影响船舶营运效率，不降低船舶载货能力。最佳纵倾是在船舶既定的航速和转载下优化浮态，达到节能目的，不降低船舶的航行速度和装货量，根据实船营运发现，采用最佳纵倾后，在相同的主机负荷情况下，不仅航行所需功率需求显著降低，而且船舶航速略有提升。该解决方案适用于新造船也适用于已经投入营运的老旧船舶，无需对船舶硬件和设备做任何改动，投资小、实施方便，单船投资回收期3～6个月，后期经济效益显著。通过船舶模型试验和CFD数值仿真计算，掌握该船水动力性能后，将船舶特征参数集成到OTA寻优软件，在实际操作中仅需输入船舶航速、吃水等简单参数即可实现一键寻优，给出最佳纵倾操作建议，指导船舶实际运营操作。

CCS-OTA船舶最佳纵倾解决方案在某型4250TEU集装箱船上得到了应用，通过实船运营海试发现，纵倾浮态调整对船舶主机功率需求影响明显。在保证排水量不变的情况下，调整为较优的艏倾航行状态，主机功率消耗节省10%～14%。在不同的主机负荷下，纵倾优化不仅直接降低主机功率，多数情况下还将有效提升航速，起到节能和增效的双重效果。适当进行压载水优化，纵倾调整效果将更明显；本航次出港配载浮态为艉倾1.5m，纵倾调整为尾倾0.7m，船首增加了600Ton压载水，调整至平浮压载1200吨，调整至首倾0.8m，压载1800Ton，相对于常用的艉倾排水量增加，却依然得到了上述显著节能效果，若对压载水进行适当优化管理，将获得更多货运装载空间。纵倾调整角度0.182°，对船舶稳性影响极小。纵倾优化需要多部门协同配合，货主、港口、船公司协同配合做好船舶在港预配载，将为纵倾调整带来更很灵活的操作空间。OTA有助于转变传统操作习惯。OTA为船舶纵倾优化提供了科学精确的技术手段，输入航速、吃水等简单参数即可预判最佳纵倾浮态，经过一段时间实际应用后，船员的意识和操作习惯会逐步向最优纵倾调整。

以该船2012年全年3970组营运数据为样本，统计吃水、航速、纵倾的概率，基于层次关联分析法（AHP）建立数学模型，最佳纵倾优化后全年有效节能空间为5.7%～11.8%，平均综合节能约8%。假定单船年有效营运时间200天，平均日油耗40Ton，燃油单价5000元/Ton，全年单船节省燃油600吨，减少CO2排放900吨，年节省燃油成本约300万人民币。