大型集装箱船舶能效管理计划实施

2013-10-12陈学文钱立胜胡一民

航海 2013年2期

陈学文钱立胜胡一民庄佳

（1，4“新美洲”轮；2，3上海海事职业技术学院上海 200135）

○ 引言

大型集装箱船舶编制能效管理计划，对船舶能效操作全过程实施监控、评估，及时识别船舶能效因素，及时完成船舶能效分析，制定船舶能效改进措施，编写船舶能耗、能效的自评估报告呈报公司安技部审阅，从而确保船舶以最优化的方法降低能耗，达到船舶节能减排的目标，是当今国际大型航运公司通行做法。本文基于8 530TEU大型集装箱定线班轮“新美洲”的实践，对2012年4月实施船舶能效管理计划以来，船舶在“技术革新，节能减排”的技术路线，积累了一些经验。认为航速优化、航线改进，实施推进阻力管理，完善货物装卸程序，以及主机监控优化等机舱系列革新举措，是大型集装箱船舶实现能效管理计划的有效举措。

1 航速优化与航线改进

1.1 航速优化

海上航行时航速优化：控制要求是根据主机工况特性、装载条件、ETA条件合理调整主机负荷。

海上航行时船舶的航速优化与很多因素有关，首先是航线因素，尽可能选用最小有效航程，在航线上避免出现大舵角转向点，大舵角转向时主机负荷剧增而船速明显降低。其次是航区风、流、海况因素，分析航区潮汐表，利用顺流，达到在不增加主机转速的情况下提高航速 ,减少航时。在大风浪恶劣海况时，如保持原有转速航行，不仅主机负荷会猛增，有时还会出现主机“飞车”现象，且船速也会下降很多，应及早降速，保证螺旋桨效率，既保证船舶的安全，又降低燃料的消耗。再次就是船舶班期因素，及时和港口代理联系掌握船舶靠离泊动态，避免快速到达后抛锚等泊位或等货，根据航行富裕时间优化航速，达到节约能耗的目的。

例如，本轮 2012年5月16日当地时间 16：00自韩国釜山出发，班期要求 5月25日美国当地时间 5：00到达洛杉矶港，经计算主机需要开95转全速航行，每天主辅机共耗油230吨，航行途中5月21日上午接到公司指示，班期改为5月27日5：00到达洛杉矶港，按 95转航行时间富裕 2天，经计算船长及时下令将主机转速改为 66转航行，这时每天主辅机共耗油95吨，按期到达目的港共节省 350吨燃油，减少二氧化碳排放1 090吨。

考虑航速优化时，需要适当考虑协调到达港口次数和装卸泊位可用性及装卸速度。从公司层面考虑，如运力允许可增加从事某些贸易航线的船舶数量，降低航速。例如，由于公司运力过剩，自 2012年5月21日起增加了一艘船舶参与美西航线运输，该航线所有船舶班期时间增加一周，船舶自美国返程时可以用最低经济航速66转航行，大大降低了油耗。

进出港航行时航速优化：船舶浅水航行，因浅水效应增加了兴波阻力，船速会降低，要保持原来船速，则要增加主机功率，使得主机处于高负荷、低转速状态下运转，不但浪费燃料，且对主机安全不利。船舶进入浅水区还会发生船体下沉而使船舶吃水增大，船速越高，吃水增值就越大，船舶航行阻力越大。

附表—1“新美洲”轮航速、油耗及主机功率的关系表

“新美洲”轮每次进出港航行时都降低航速，减少了吃水增值，也减轻了浅水效应，节约了燃料，且保护机器。最终降低能耗，减少了二氧化碳排放。

1.2 航线优化和改进

控制要求是预测航次气象，根据水文、水深、海区船舶密度、自动操舵仪性能、舵机设计等修正航线。

（1）航线天气因素：航线设计时，要及时采集各种天气预报的信息，根据航线部门的航次计划和码头管理方意见和建议，商定恰当的开航时间；若天气预报航经海区有恶劣天气情况，要考虑恶劣天气的持续时间或根据恶劣天气性质、主机性能等适当调整航线；在考虑调整航线时，亦要考虑航程增加的因素。

“新美洲”轮为美西航线定线班轮，经津轻海峡跨北太平洋航行，长期使用专业气象导航公司推荐航线绘制计划航线。航行中船长能及时接收气象传真图、气象文字资料；亦收集调度中心气象资料（通电等），了解航次中的中、长期气象预报，洋流对船舶的影响，在船舶安全前提下实施气象导航。调度中心随时对船舶航线实时监控、预控，并监督气象导航公司对船舶的导航，避免因气象变化致船舶长时间航行在恶劣海况中。

（2）航线水文因素：“新美洲”轮航线设计时充分考虑航经海区海流的影响，避开强顶流对船速的影响，或顺着海流航行减轻主机负荷；在潮汐影响的海区，亦可改变航向，优化主机负荷。

（3）航线海区水深变化：“新美洲”轮考虑船舶特定航次的吃水情况，选择合适水深的航线，保持足够的富裕水深，以便减少浅水效应增加的主机负荷。

（4）航线海区的通航条件：为规避密集的渔船作业而导致的绕航，“新美洲”轮在设计航线时尽可能远离作业的渔区。受到海区地理环境限制不得不通过渔区时会合理调整航线。

注意设计航线还要考虑商船习惯航线的特点，顺着船舶的总流向航行，以避免交叉、对遇，减少频繁施舵，导致偏航增距多耗燃料。航行中注意守听航线附近的实时航行通告，了解航经航区工程船、拖带船、勘探船等影响，以便尽快做出航线调整，避免增距多耗燃料。

（5）航向控制：“新美洲”轮在开敞的海区实行自动操舵仪操作，是为了减少自动操舵仪因外部环境造成的Z 形偏航；自动操舵仪设定在自适应舵的操作状态，还可将舵阻力造成的能效损失降至最低。我们还结合综合导航仪系统、电子海图的航线功能，达到减少偏航来节省燃料。

“新美洲”轮在密集航区、狭水道、港口航道时，自动操舵仪停止使用以人工操舵的方式减少偏航，达到优化能效目的。

2 实施推进阻力管理

把船舶操纵中应用的调整纵倾、掌握艏侧推时机、减小推进偏转等措施提升为实施推进阻力管理的提法，有助于进一步量化能效管理计划。

1）最佳纵倾：控制要求是以船舶安全稳性要求，调整吃水差。

一般在船舶航行时，保持适当的艉倾是有利的。这样船舶的推进效率较好，可以节约燃油。在配载时一般应保证尾吃水大于首吃水。但是艉倾不能过大，一是会加大船舶的盲区不利于航行安全，二是容易造成尾部上浪。“新美洲”轮实际控制船舶最佳纵倾参阅下表 (艉倾方式)：

2）合理使用船艏侧推：控制要求是最佳时间段的选择。

“新美洲”轮使用侧推时在备车准备妥后启用侧推，船舶机动操作完成后就即刻停用侧推，减少能源的消耗。

3）减小船体阻力：控制要求是减少船体和螺旋桨表面污染物，抛光和油漆工艺。

船舶能耗应主要考虑船体外表光洁度，构成船体阻力的主要原因为海水侵蚀造成船体凹凸不平、或多次打磨涂漆造成船体光洁度下降、海生物吸附船体水下部分。为优化能效，“新美洲”轮利用码头卸货时间对船体经常性的维护，改进油漆工艺以保持船体光洁度。

螺旋桨叶片表面质量好，可以降低螺旋桨桨叶表面的粗糙度，减小桨叶运转时与海水的摩擦力，提高螺旋桨的工作效率，增加船舶航行速度，降低船舶燃油消耗。这项工作只有等修船进坞时才可进行。

3 货物程序和租船方参与

1）货物装卸的改进：控制要求是建立预配信息交流、沟通代理、港方，适当安排工班和装卸机械、调整船舶泊位姿态。

船长、大副收到预配船图后，应及时校核并反馈修正意见，以期达到货箱最优配载。考虑的配载内容有：预配计划须符合国际载重线公约的要求，危险品货箱符合国际危规的要求，冷藏箱适配箱位，绑扎方式的采纳，以提高作业效率，保障班期。船长、大副还应掌握装卸进度，督促装卸人员避免单边装卸货箱，导致船舶过度倾斜影响作业，延误船期。

船长、大副还督促驾驶员及时调整系泊状态，避免因风向、流向影响，导致装卸延迟。

2）租船方的参与：租船经营由航线部门决策决定，公司航线部门在经营船舶时要根据港口泊位信息、天气情况、港口设备控制船舶班期。譬如，2012年5月9日，“新美洲”由于大雾在连云港锚地等待进港，但5月11日要靠上海港，为确保班期，公司及时决定放弃停靠连云港，起锚开往上海靠泊。

4 机舱系列降耗管理举措

1）主机监控和优化：控制要求是主机各运转参数、PMI指标参数要正常，最佳调整汽缸油，净油机最佳状态运行，燃油数量、质量要保证，控制助燃剂添加量，轮机员值班要求等。

降低主机的转速损耗可以提高主机的功率，减少燃油的消耗。造成主机转速的损耗的因素很多，燃油的燃烧不完全、缸内活塞环与气缸壁之间的密封状况差、主机运动部件润滑不良、轴系的中线不正等，改善和解决这些问题有利于降低主机的转速损耗，提高主机的工作效率，减少燃油的消耗。“新美洲”轮采取的措施主要有：

（1）精心维护增压器、空冷器，控制含氧。

（2）增加增压空气中的含氧量，提高燃油喷射的雾化度有利于提高主机的热效率，降低主机的燃油消耗。

（3）控制主机汽缸油和滑油：气缸油注油量应与柴油机的载荷相匹配。降低气缸油的消耗，也就降低了航行船舶对环境造成的污染与气缸套的磨损。气缸油注油率的大小对废气中灰尘微粒含量的影响关系见图1：

图1 气缸油耗量与排放微粒间的关系

主机系统滑油的油质好坏不仅影响主机的运行安全，对能效的影响也不容忽视。当滑油中的杂质过多时，滑油的运动粘度增大，运动阻尼增加，主机的运动部件之间的摩擦力增大，主机的机械效率降低，能耗增加。当滑油被燃油等污染时，滑油的运动粘度减小，滑油的润滑性能降低，甚至于出现干摩擦，不仅大大降低主机的机械效率，使得能耗增加，还会严重威胁主机的安全运行。

（4）注重燃油质量、使用燃油添加剂改善柴油机的燃烧质量提高设备的能效。

（5）随时关注发动机监测，必须保证主机的相关温度 ,压力等传感器处于良好的工作状态。

2）风机可控装置：控制要求是按需求控制风机数量。

本轮按机舱设备工况需求合理进行有效通风，区分航行与停泊以及不同外界温度对机舱/舱室风机的需求以提高能效。

3）焚烧炉的使用：控制要求是按公约要求执行焚烧炉使用，污油送岸处理。

注意使用焚烧炉焚烧船舶垃圾时必须在规定区域，焚烧炉燃烧室工作温度维持在850℃～1 200℃,炉灰送岸处理并记录在《船舶垃圾记录簿》。

4）柴油机的优化：控制要求是维护设备，提高能效，减少能耗。

“新美洲”轮柴油机优化目前已完成气缸油注油器的改造，将原配的机械式注油器改为电子定时式注油器，大大降低了主机气缸油的耗量。因其注油量随主机负荷的变化而自动调节，适应了主机运行超低负荷的要求，使得主机可以长期运行30%MCR，燃油的消耗明显下降。

主机喷油器的改造也早已完成，喷油器的针阀偶件由原来的喷孔式改为滑阀式，改善了燃油喷射，特别是低负荷运行时喷射雾化效果更好，且喷油器不易积碳，延长了喷油器的拆检周期，为主机运行 30%MCR 打下了基础，也为下一步运行25%MCR 创造了条件，使得主机的燃油消耗进一步降低。

5）废热回收：控制要求是最大效能控制使用废气锅炉，合理有效运行辅助锅炉。

“新美洲”轮主机废气余热回收是节省能源的一种十分行之有效的方法，主机废气锅炉应用和引用主机缸套水的余热作为造水机加热源均可降低能耗。

6）加强船舶能源管理：控制要求是设备正常运行无泄漏，船员节能意识在生活中的体现，船方与港方的配合。

“新美洲”轮加强空调和冰机的保养和使用管理，维护冷却水、滑油热交换器性能，根据具体海况海水泵、冷却水泵台数的合理选用将明显提高能效；使用高效新型节能灯，培养船员节能意识；本轮配置岸电装置，在美国洛杉矶港使用岸电。7）船岸联系：控制要求是船舶及时掌握最新岸上各方信息。

“新美洲”轮及时关注的信息包括：调度中心燃料科信息、预配中心的预配信息、航线部门航线信息、安技部信息、船舶管理部信息、港口代理信息、港口调度的 ETA、ETD 等信息交流，以避免船舶非营运性停留导致的能耗。

5 加强船舶能效的监测，实现船舶能效目标

“新美洲”轮船舶能效管理基准为：

能源强度指标（燃油单耗）为： 6.92 千克/(千吨海里)；营运能效平均指数（EEOI）为： 21.88×10-6吨/(吨海里)。

1）船舶单位运输周转量能耗指数（燃油单耗）为船舶单位运输作业所消耗的燃油量，是通过消耗的燃油量与货物周转量（千克/TEU/人-海里）的比值，来衡量阶段时期内船舶能效的高低，其单位取决于所载货物或所作的功的测量，例如千克／（千吨海里）或千克/（TEU海里）。

监测方法一个航次的燃油单耗基本表达式为：

燃油单耗=ΣjFCj/(mcargo×D)

式中：●j 为燃油类型；●FCj为在航程中燃油j 的消耗量；●mcargo 为载货量（以TEU 表示）；●D 为对应于所载货物的距离（海里）。

某段时间或多个航段的燃油单耗平均值计算公式为：

平均燃油单耗 =ΣiΣjFCij/Σi(mcargo,i×Di)

式中：●j 为燃油类型；●i 为航程数；●FCij为在航程 i中燃油 j 的消耗量；●mcargo为载货量（以 TEU 表示）；●D为对应于所载货物的距离（海里）。如认为适当，可计算平均燃油单耗值的滚动平均指数以监测船舶燃油消耗。2）船舶能效营运指数（EEOI）为船舶单位运输作业所排放的CO2量，是通过消耗燃油所排放的CO2与货物周转量（吨/TEU/人-海里）的比值，来衡量阶段时期内船舶能效的高低，其的单位取决于所载货物或所作的功的测量，例如吨 CO2／（吨海里）或吨CO2/（TEU海里）。

监测方法一个航段EEOI的基本表达式为：