船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用探究

張洪永

深圳市博油石油設(shè)備有限公司天津分公司

船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用探究

張洪永

深圳市博油石油設(shè)備有限公司天津分公司

現(xiàn)階段，我國面臨的不僅僅是擴(kuò)大出口，還需要進(jìn)行分析全球分工體系以及快速投資等方面帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，應(yīng)該不斷增加船舶行業(yè)自身創(chuàng)新能力，以便于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，為船舶運(yùn)輸行業(yè)提供發(fā)展機(jī)遇，此外，也能在發(fā)展全面建設(shè)小康社會(huì)的一定程度上促進(jìn)運(yùn)輸船舶行業(yè)的發(fā)展。提高船舶運(yùn)輸總體運(yùn)行需求，對(duì)于船舶運(yùn)輸節(jié)能減排具備更高的水平和要求，針對(duì)發(fā)展中出現(xiàn)的節(jié)能減排實(shí)際情況，合理分析船舶節(jié)能減排的實(shí)際需求，為船舶運(yùn)輸節(jié)能減排奠定基礎(chǔ)。

船舶；節(jié)能減排；技術(shù)應(yīng)用

1 船舶節(jié)能減排的需求

1.1 發(fā)展航運(yùn)的需要

船舶運(yùn)輸行業(yè)一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速關(guān)系，來得到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益，由于不斷建設(shè)和推廣環(huán)境友好型﹑資源節(jié)約型社會(huì)，對(duì)于船舶運(yùn)輸行業(yè)來說，節(jié)能減排逐漸成為國家船舶企業(yè)不斷發(fā)展和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵，同時(shí)也是履行社會(huì)責(zé)任的主要內(nèi)容。在運(yùn)輸船舶的時(shí)候，需要依據(jù)船舶工況和船舶運(yùn)行航線的實(shí)際變化情況，合理分析船舶實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的耗油記錄以及修訂系數(shù)偏差值，以便于得到實(shí)際的耗油信息數(shù)據(jù)，分析實(shí)際節(jié)能方式，保證能夠完全符合實(shí)際運(yùn)輸需求。

1.2 國家法律法規(guī)強(qiáng)制性要求

相關(guān)部門已經(jīng)發(fā)出宣告，相比較2005年，等到2020年的時(shí)候，國家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通運(yùn)輸十二五規(guī)劃﹑國務(wù)院通過的《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》都明確規(guī)定了，等到2020年的時(shí)候，會(huì)降低排放二氧化碳的量到16%，船舶運(yùn)輸單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)耗能量到15%，實(shí)施船舶運(yùn)輸節(jié)能減排工作戰(zhàn)略可以在一定程度上完全符合國家實(shí)施的節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

2 當(dāng)前船舶節(jié)能減排現(xiàn)狀以及不足

雖然我國船運(yùn)事業(yè)蓬勃發(fā)展，造船能力不斷提高，但比較歐美等國際市場造船業(yè)發(fā)達(dá)的國家差距仍然很大。在節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，投資少，研發(fā)環(huán)境低迷，很多技術(shù)還只能依賴進(jìn)口。我國迫切需要全面深化開展綠色船舶節(jié)能減排研究，對(duì)于國際標(biāo)準(zhǔn)的制定要積極的參與，以改變我國船舶行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范領(lǐng)域一直處于跟進(jìn)的狀態(tài)。增強(qiáng)我國船舶業(yè)的國際競爭力。國內(nèi)航運(yùn)公司船舶的標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較低，落后船型多，專業(yè)化船舶比例低。

在節(jié)能意識(shí)方面，很多航運(yùn)公司還沒有能夠足夠的重視，為了追求一時(shí)的片面的經(jīng)濟(jì)利益，忽視了因此給環(huán)境帶來的危害。

3 船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

3.1 船體減阻降耗

從船舶設(shè)計(jì)層面上講，船體減阻降耗可以從船體低阻力線型設(shè)計(jì)﹑浮態(tài)調(diào)整﹑船舶船體表面減阻以及低風(fēng)阻上層建筑等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。低阻力線型設(shè)計(jì)主要包括線型優(yōu)化和總體設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)方面。低阻力線型設(shè)計(jì)中的總體設(shè)計(jì)優(yōu)化指的是設(shè)計(jì)優(yōu)化人員根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和母型船等，在保證船舶具有足夠排水量的前提下，調(diào)整方形系數(shù)和浮心位置，選取合適的船型尺寸比。而線型優(yōu)化則指的是船舶船體線型的UV度﹑水線進(jìn)流角以及去流角等的設(shè)計(jì)對(duì)船舶船體阻力具有一定的影響，設(shè)計(jì)優(yōu)化人員依靠模型試驗(yàn)和CFD手段等，反復(fù)調(diào)整船舶線型，并最終確定船體的低阻力線型。船舶在實(shí)際航行中的阻力不僅僅取決于船舶的靜水阻力，還與航線上風(fēng)浪流等環(huán)境因素有關(guān)，研究人員對(duì)船舶在多種轉(zhuǎn)載工況下的阻力性能進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了在全航程多工況下船舶綜合阻力性能全面提升的目標(biāo)，從而形成了船舶船體減阻降耗的浮態(tài)調(diào)整方法。

3.2 使用經(jīng)濟(jì)航速

船舶耗油重要方式就是說在運(yùn)行船舶主機(jī)的時(shí)候，可以為船舶提供相應(yīng)的航行動(dòng)力，船舶航速以及船舶功率之間具備三次方關(guān)系，適當(dāng)降低船舶航渡可在一定程度上以有效節(jié)省相應(yīng)的燃油消耗，反之，提高船舶運(yùn)行速度會(huì)在一定程度上增加燃油成本。從實(shí)際運(yùn)行船舶的情況方面來說，當(dāng)變化轉(zhuǎn)速和功率的時(shí)候，消耗燃油的量會(huì)受到換氣量﹑噴油量﹑船速等的影響，不是確定的因素，基本上想要具備最小的燃油消耗量，就需要在70～80%負(fù)荷的時(shí)候，以此來為實(shí)際運(yùn)行船舶提供經(jīng)濟(jì)性指導(dǎo)航速。

3.3 提高推進(jìn)效率

提高船舶推進(jìn)效率主要有改進(jìn)尾部伴流場﹑主機(jī)降功率使用等方式，改進(jìn)尾部半流場指的是在船舶船體上加裝螺旋槳整流罩，這種技術(shù)主要應(yīng)用到對(duì)螺旋槳尺寸有限制的以及拖輪等高負(fù)荷低航速的船舶。加裝螺旋槳整流罩后的螺旋槳后流場﹑槳軸上下不完全對(duì)稱，其螺旋槳槳軸上方流場偏右，槳軸下方流場偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，來分別對(duì)齊螺旋槳后流場，進(jìn)而減少船舵所受扭矩，這種節(jié)能措施可在服務(wù)航速工況下節(jié)省4%的功率。主機(jī)降功率使用指的是將船舶主機(jī)的功率降低，進(jìn)而降低船舶燃油消耗率，達(dá)到船舶節(jié)能的目的。這種節(jié)能技術(shù)較為成熟，雖然初次投入成本較大，但從整個(gè)船舶生命周期來看，該節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好。

3.4 余熱利用

1)渦輪增壓余熱利用。充分利用廢棄能量是增加柴油機(jī)熱效率的重要方法。因?yàn)椴捎脧U氣渦輪增壓的方法，可以使廢棄能量能夠最大化使用，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性也得到足夠的提高。2)各工作模式下的熱能回收。a.電動(dòng)機(jī)工作模式。這時(shí)熱能回收系統(tǒng)應(yīng)提供過多的電能，除了為船舶輔助設(shè)備提供所需電能，還要多出部分電能可以提供給軸帶電動(dòng)機(jī)，以增加螺旋槳輸出功率。b.發(fā)電機(jī)工作模式。這時(shí)熱能回收系統(tǒng)能夠供給的電能過低，不能滿足船舶輔助設(shè)備所需電能，缺少部分電能需要軸帶發(fā)電機(jī)補(bǔ)充。這時(shí)候軸帶電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電工況。3)混合動(dòng)力設(shè)備余熱利用。混合動(dòng)力設(shè)備余熱利用系統(tǒng)是采用主機(jī)缸套水余熱與掃氣空氣熱能為鍋爐給水加熱的方法，之后利用回收的排氣熱能來產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行驅(qū)動(dòng)蒸汽透平。一部分廢氣會(huì)直接提供給一個(gè)動(dòng)力透平，隨后這個(gè)動(dòng)力透平和蒸汽透平則通過一個(gè)減速齒輪箱來共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，這樣對(duì)廢熱及余熱的處理又更深入仔細(xì)。

4 結(jié)語

總而言之，船舶節(jié)能減排不僅能滿足我國航運(yùn)發(fā)展的需要，還能符合我國節(jié)能減排的總體國家戰(zhàn)略，因此工作人員要采取合適的措施，對(duì)船舶進(jìn)行節(jié)能減排優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如船體減阻降耗﹑使用經(jīng)濟(jì)航速﹑提高推進(jìn)效率以及廢熱回收及廢氣處理，從而提高船舶節(jié)能減排效果，推動(dòng)我國船舶運(yùn)輸行業(yè)的健康發(fā)展。

[1]王強(qiáng).船舶主機(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)的優(yōu)化研究[D].大連海事大學(xué)，2013.