浅谈船舶动力装置的发展趋势

祝备

【摘  要】船舶动力装置的质量决定了船舶的长久性发展。传统的船舶动力装置已经跟不上时代发展的步伐，只有不断探寻船舶动力装置的新技术，开发节能环保的动力装置，才能推动船舶行业的健康发展。论文简要阐述了船舶动力装置的定义及类型，根据船舶动力装置的现状探究了未来的发展方向，即以节能减排、环境保护为目标，为航运企业节省能源资源，降低对环境的污染，使船舶企业获得良好的社会经济效益。

【Abstract】The quality of marine power plant determines the long-term development of the ship. The traditional marine power plant has not kept up with the pace of the development of the times. Only by continuously exploring new technology of marine power plant and developing energy-saving and environmental protection power plant， can the healthy development of the marine industry be promoted. This paper briefly describes the definition and type of marine power plant， and according to the current situation of marine power plant， explores the future development direction， which takes energy-saving， emission reduction and environmental protection as the goals， saves energy resources for shipping enterprises， reduces environmental pollution， and enables shipping enterprises to obtain good social and economic benefits.

【关键词】船舶;动力装置;节能;环保

【Keywords】ship; power plant; energy-saving; environmental protection

【中图分类号】U664.1                               【文献标志码】A                                   【文章編号】1673-1069（2020）03-0166-02

1 引言

近年来，我国船舶产业不断发展，各项研究也不断深入。由于船舶作为水上重要的交通工具，其直接影响到海上的经济，也关系到一个国家的军事安全。船舶动力装置作为船舶的重要部分，对船舶的运行起到至关重要的作用。传统的船舶动力装置主要是蒸汽机，目前我国开始使用联合型的发动机，标志船舶动力装置在不断地演变和革新，未来也会朝着节能减排环保的方向前进。

2 船舶动力装置的定义

2.1 什么是船舶动力装置

所谓船舶动力装置，是一种为船舶行驶提供动力的装置，在一定程度上保证船舶正常运行。只有船舶在动力源的支持下，才能促使船舶在海上正常航行，为船上人员提供较为正常的生活保障。因此，船舶作为海上运输极为重要的部分，其动力装置更是船舶中必不可少的关键组成部分，主要包括主动力装置、辅助动力装置以及辅机和其设备等。

首先，主动力装置是用来提供推进动力的装置，其可以保证船舶实现正常航行。只有主动力装置启动后，结合螺旋桨的使用，才能推动整个船舶的前进后退的运行。其次，辅机设备主要是甲板、锚机等相关的机械。随着社会的进步，我国的船舶性能也在提高，辅机设备也会随之相应地增加或减少。辅机设备主要为船舶上的压载水系统、管路系统、排水系统及其消防系统提供动力，是船舶动力装置中不可忽视的部分。

2.2 船舶动力装置的类型

目前，我国船舶动力装置的类型主要包含蒸汽、汽油、柴油、燃气等，同时，部分动力装置利用核能为船舶行驶提供动力。蒸汽机最早应用在火车上，之后应用于船舶中。蒸汽机的优点是结构较为简单、制作成本低，但机身较重，随着时间的推移，已经发展成多项复合型的锅炉。汽油机和柴油机都是属于燃油机械，需要通过气囊燃烧油产生热量。船舶中柴油机的热效率极高，热量损失少，但在汽油机燃烧时，散失的热量往往较多，单机的功率比不上柴油机。因此，柴油机成为船舶动力装置中广泛应用的一种类型。相较于前几种类型的动力装置来说，核动力装置是较为环保的船舶动力装置，其主要利用反应堆来产生蒸汽，核反应堆的巨大能量连续不断地被冷水黏附，热量通过这样的方式传递下去就实现了动力装置的有效运转[1]。

3 船舶动力装置的发展方向

3.1 船舶动力装置的节能化

一般来说，船舶柴油机最低燃油消耗率运行点大约占80%的额定负荷。在此状况下，如果再通过多种措施不断提高最高燃烧压力Pmax，进而提升柴油机的热效率，在这样的运行状态下柴油的消耗率则会不断降低。节能运行点的选择如图1所示。

如果需要将最高燃烧压力Pmax保持不变，然后降低平均有效压力Pe就可以减小喷油量，此时的转速n不变。这就相当于发电机特性或者负荷特性节油运行点ERG在n和Pe同时降低的情况下能够提升特性节油运行点ERG。根据相关研究，转速n在降低1%时，螺旋桨的推进效цp可提高0.26%～0.31%。一旦Pe出现降低的现象，此时Pmax不变，再进行调整，可以改善柴油机的热效率。使Pe再降低1%时，燃油消耗率也可以降低0.21%～0.26%。实践说明，合理选择节油运行点可以使得燃油消耗率降低4.5%，转速n的降低能够使цp提高2.5%，Pe的降低则使燃油消耗率也随之降低。对船舶柴油机使用功率的确定，除了考虑经济条件外，需要考虑船舶在使用过程中会结下污垢，导致船舶阻力增加，出现主机超载的现象。如果出现螺旋桨表面磨损，也会降低船舶运行的效率。总之，柴油机的使用功率通常选择在额定功率的80%～92%。

3.2 调整船舶的最佳航速

船舶的行驶速度也至关重要，合理的航速能够衡量技术指标、经济指标中较为有利的条件，在某一范围内或条件下关键指标起着决定性作用，此指标代表船舶航速的理想状态。所谓船舶最佳航速需要达到两个指标：最低能耗航速和最低营运费用航速。最低能耗航速代表消耗率最低的航速，不仅由动力装置决定的，还是要考虑燃油的费用。在一定的航程内，由于航速的降低，会增加航行的时间，进而导致航运费用的增加[2]。因此，航速越低、燃油消耗越低，并不代表船舶的理想航速（见图2）。

在图2中，3个交点Vg代表船舶的最佳航速，其接近于船舶运输总费用的最低点。最高营运航速是在船舶长途行驶过程中盈利最大的航速，相当于在行驶过程中能够得到较好的经济效益，需要同时考虑支出和收入。最低的航行费用航速，主要就是航行时间内燃油费用以及其他费用相加后最小的航速，反复计算后，航行费用最低的航速为Ve=。

其中，f代表船舶需要支出的运营费，k代表系数。

船舶在运行过程中需要选择合理的航速运行，此过程中需要进行科学有效的计算，保障船舶运营企业的经济效益。

3.3 船舶动力装置的环保化

我国船舶动力装置中柴油机是经济合理的选择，随着社会的发展，人们的环保意識逐渐增强。在未来，船舶动力装置将设计各种低污染的动力装置，例如，太阳能、风能，降低资源能源的消耗。新型的动力装置利用太阳能、风能既节约了资源，又环保可再生。

4 船舶动力装置的技术发展方向

4.1 开发新的燃料

船舶动力装置中应用了大量的油基燃料，但地球上的油基燃料是有限的，长期的使用会出现燃料的短缺。我国船舶动力装置的研究方向需要考虑原油的储存量以及动力生产过程中的消耗。未来，船舶动力装置不仅是以石油为基本的原料，还需要考虑其他新的原料代替石油作为基础燃料。

4.2 借助风帆起航

船舶动力装置必须实现节能减排的效果。利用风力资源是促进船舶节能减排的重要途径。随着自动化技术等科学技术的发展，可以通过计算机自动控制风帆及风帆与动力装置的优化配合，节约资源，降低污染，开启船舶企业的新时代。

4.3 研究智能新技术

想要实现船舶动力装置的节能减排，需要开发智能化技术，主要是能够妥善使用电子计算机技术和网络技术。针对柴油机和船舶的各种数据进行实时监测，做到有效控制和管理，保证柴油机每时每刻处于最佳的运行状态。

5 结语

综上所述，我国的船舶企业在不断发展和进步，船舶动力装置的设计创新势在必行。当前，我国的柴油、汽油等多种动力来源已经不能满足船舶行驶的实际需求，需要开发优质、合理的动力装置、能源，推动船舶行业有序发展。未来，船舶动力装置的设计主要以节能减排环保为目标，只有将更多新型技术、绿色技术应用到船舶动力装置中，才能保证船舶动力装置的良性运转，使船舶企业获得更高的环境效益、社会效益、经济效益。

【参考文献】

【1】梁恩胜，刘文科，惠节.船舶主推进动力装置的发展趋势探究[J].科技创新与应用，2016（36）：128.

【2】黄建新.船舶动力装置发展新趋势探讨[J].科技创业月刊，2016，29（06）：19-21.