浅析船舶节能减排技术的应用

何放平　王海松

摘 要：社会经济的快速发展，促使交通运输变得更加繁重，加剧了排放二氧化碳的效率，出现越来越严重的温室效应，引发严重的环境污染问题，会在一定程度上影响社会经济可持续发展以及人们身心健康，严重破坏以及威胁生态系统。其中被一直认为是最环保和最清洁的船舶运输行业也不能幸免，在运输的过程中，向大气中不断排放大量二氧化碳等气体，因此，可以发现运输船舶行业节能减排是十分重要的，对于环境和社会的发展存在极大影响。本文主要分析了运输船舶节能减排技术的应用。

关键词：船舶；节能减排；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.051

0 引言

在2012年的时候全球造船行业都受到多方面因素的影响，例如，船舶动力、海运需求、经济发展、造船产能等，具备比较大的生产运行压力。现阶段，我国面临的不仅仅是扩大出口，还需要进行分析全球分工体系以及快速投资等方面带来的挑战和机遇，应该不断增加船舶行业自身创新能力，以便于加快经济发展速度，为船舶运输行业提供发展机遇，此外，也能在发展全面建设小康社会的一定程度上促进运输船舶行业的发展。提高船舶运输总体运行需求，对于船舶运输节能减排具备更高的水平和要求，针对发展中出现的节能减排实际情况，合理分析船舶节能减排的实际需求，并且依据此作为基本实践研究案例，为船舶运输节能减排奠定基础。

1 船舶节能减排的内涵

船舶节能实际上就是利用最小消耗能量来达到最大运输效益的目的，也可以说是利用相对比较小的燃料费用来得到最合理、最大的运输量。

燃料费用运行指标=运输量（吨/千米）/油量的价格*消耗燃油量

通过上述可以发现想要能够达到节能的目的，需要适当降低消耗燃油量、提高运输量以及使用廉价燃料等。

2 船舶节能减排的需求

2.1 发展航运的需要

船舶运输行业一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速关系，来得到最优化的经济效益，由于不断建设和推广环境友好型、资源节约型社会，对于船舶运输行业来说，节能减排逐渐成为国家船舶企业不断发展和落实科学发展观的关键，同时也是履行社会责任的主要内容。在运输船舶的时候，需要依据船舶工况和船舶运行航线的实际变化情况，合理分析船舶实际运行过程中出现的耗油记录以及修订系数偏差值，以便于得到实际的耗油信息数据，分析实际节能方式，保证能够完全符合实际运输需求。

2.2 国家法律法规强制性要求

相关部门已经发出宣告，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。

3 分析船舶运输节能减排的影响因素

实施船舶节能减排工作主要就是能够有效管理和控制燃油的消耗和排放。具备越好的船舶节能减排效益，就会在越高的燃料利用率，会降低排放二氧化碳的含量，对于船舶企业来说不但可以降低运行成本和减少使用燃料的费用，还可以在一定程度上增加企业效益，存在很多影响船舶节能减排的因素，主要包括以下几方面：

3.1 船舶自身性能

船舶自身性能、条件等会影响船舶的节能减排作用，不同涂装底漆和污底情况、不同主辅机状态设备、不同运营年限、不同船体浸水体积、不同船型等都会对船舶节能减排形成不同的影响。不同运营年限的船舶由于存在不同磨损主机程度，长年运行的船舶会比较大的磨损主机，相比较短时间运行或者新锌运行的船舶来说，也会存在比较大的单位耗油量，对于排放污染物、充分利用能源存在一定不好的影响；不同船型具备不同的抗风浪性能，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；船舶浸水体积，会在一定程度上影响船舶航行的兴波阻力，是不能忽视的影响节能减排的因素。在运输船舶的过程中，主副机也是重要的安全设备和耗能设备，具备越高的运行主副机效率，就存在越高的燃烧效率，从而可以适当降低单位耗油量，对于船舶实施节能减排工作具备一定意义和作用。

3.2 节能减排技术

在设计船舶的过程中，合理应用节能减排技术，可以在一定程度上提高燃烧性能、改变燃烧利用率，能够促进船舶节能减排的实际作用。现阶段，经常使用的运输船舶节能减排技术主要包括水铁连接、无缝连接，淘汰一些高耗能船舶，并且合理应用有效的科学技术，例如，安装燃油研磨机、预热利用设备、燃烧炉、油水分离器等，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，也可以监控管理船舶转速、耗油量等，定期分析统计数据，并且依据船舶实际性能，在保证具备最优化船舶运行情况的基础上，降低船舶燃消耗量、提高利用燃料的效率，可以有效降低运行成本，达到智能化管理船舶内部的实际作用，依据先进技术，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。

3.3 环境因素

在运行船舶的过程中，环境有可能影响利用燃料的效率，从而会在一定程度上影响船舶节能减排的效率。环境因素主要就是说自然环境以及地理环境，主要包括：航道条件、温度、气压、气象等，会很大程度影响排放水平以及耗油水平。如果在大风条件下运行船舶，会提高船舶运行阻力，极大程度影响主机负荷，如果存在超负荷主机负荷，会急剧提高耗油量；在比较高海拔区域运行船舶的时候，随着升高海拔，会降低大气压力。存在越高的海拔，就具备越稀薄的空气，降低空气含氧量，促使不能充分燃烧船舶燃料，以便于会降低单位燃料燃烧的实际功率，以此，大气压是十分重要的影响船舶运行消耗燃料的因素。在运行船舶的过程中，地理环境也会影响废弃排放以及能源消耗，运行船舶的地理环境有航道交叉情况、航道弯曲角度、航道深度、航道宽度，一般情况下，在相同的其他条件基础上，具备比较小的航道弯曲度，会减少燃料消耗的比重，也就是说在运输船舶的时候，由于不断改变航道条件会影响船舶能源利用率。

3.4 资金投入和效益因素

船舶效益水平以及资金投入成本可以在一定程度上反应企业对社会和国家带来的经济效益和实施节能减排工作的效率。在具备高效低成本投入的时候，船舶运输企业能够更加合理的实施节能减排工作，可以在一定程度上促进节能减排的效果和作用。反之，如果具备比较高成本投入的时候，不仅不会给企业带来一定的效益，还有可能促使船舶企业形成负经济效益，导致大部分船舶企业不希望进行节能减排，并且丧失节能减排的积极性，会严重影响船舶运输行业的发展和进步。

经济效益实际上就是在经济活动中产品投入比值。经济效益高低不仅与生存发展以及自我积累存在一定关系，并且也会在一定程度上影响整个船舶运输行业。从对国民经济贡献方面来说贡献情况就是说全部构成要素和某个构成要素之间的百分比值，也就是说在全部构成要素中某构成要素增量值占据总增量值的比重。具备越高的经济效益，就对于船舶运输行业节能减排的发展越有利，因此，经济效益是分析船舶节能减排工作的重要因素。

4 运输船舶节能减排的应用

4.1 使用经济航速

燃油消耗与船舶航速息息相关，是综合反映技术和经济指标，运输船舶的过程中，包括三种主要的经济航速概念，也就是最高盈利航速、最低燃油费用航速以及最低燃油消耗率航速，最常用的经济航速概念实际上就是最低燃油消耗率航速。经济航速属于节能的新技术方式。船舶主要就是包括锅炉、发电柴油机以及船舶主机等，在运行船舶的过程中，其中最重要的实际上就是主机耗油。船舶耗油重要方式就是说在运行船舶主机的时候，可以为船舶提供相应的航行动力，船舶航速以及船舶功率之间具备三次方关系，适当降低船舶航渡可在一定程度上以有效节省相应的燃油消耗，反之，提高船舶运行速度会在一定程度上增加燃油成本。从实际运行船舶的情况方面来说，当变化转速和功率的时候，消耗燃油的量会受到换气量、喷油量、船速等的影响，不是确定的因素，基本上想要具备最小的燃油消耗量，就需要在70～80%负荷的时候，以此来为实际运行船舶提供经济性指导航速。

船舶航速和耗油的最佳平衡点可以从以下几方面进行分析：

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。

所以，船舶运行技能减排的基本原理主要就是在具备安全的主机转速范围内，依据实际运行经营情况，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。在实际经营船舶的过程中，需要依据航次计划，相关管理人员充分分析和选择最高盈利航速、最低燃油费用航速、最低耗油率航速，以便于能够得到最为合理和经济的航速指标，为船舶企业提供节能服务以及增加收益。

4.2 船体应用高强度钢

4.2.1 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认证。

4.2.2 应用部位

在设计船体结构的过程中，在船舶甲板以及底部纵向构件会适当出现最大总纵弯曲应力；在底部或者底部附近纵横构件中会形成一定的最大局部应力，如果设计结构的过程中可以合理使用高强度钢，会拥有相对明显的效果。在分析船舶应用高强度钢效果的时候，需要合理对比不同尺寸的散货船。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%。可以发现合理应用高强度结构钢，优化设计设备重量、管系、结构以及增加施工高强度钢比例，可以在一定程度上降低耗能，提高载重量。

5 结束语

总而言之，在分析运输船舶节能减排实践的过程中，可以合理提出以下几方面节能减排的方式：第一，合理优化船舶型线，降低船舶运行行静水阻力、有效增加船舶运行效率；第二，实施主机选型匹配方案以后，能够在一定程度上节约3～5%的燃料消耗，并且能够降低15%的二氧化碳排放；第三，优化设计螺旋桨，能够降低船舶运行推进阻力，提高推进船舶运行的效率；第四，运输船舶节能减排还应该包括：重油转换轻油、管理电站、应用可替换能源以及增加燃烧主机的效率。

参考文献：

[1]宁萍，李作平.运输船舶节能减排研究与实践[J].科学咨询，2013（22）：23-24.

[2]李慧莲.浅谈船舶节能和环保能源的利用[J].中国科技博览，2011（24）：294-294.

[3]陈景昌，孙洲阳，李品芳等.现代船舶运输节能、环保与可持续发展问题及其解决对策[J].航海技术，2011（03）：64-67.

[4]梁一舟，姜殿明.使用节能环保型的船舶是解决海洋污染的根本途径[J].交通节能与环保，2010（02）：8-9，19.

[5]康凯.内燃机节能装置在船舶的应用研究[J].科技创新与应用，2015（12）：116.

基金项目：船舶自动化集成技术开发中心（项目编号：GCZX-B1304）

作者简介：何放平（1973-），男，广东韶关人，轮机工程技术实验师，研究方向：船舶轮机工程技术及船舶管理。