船舶：加速or減速

辛吉誠

船舶降速將是大勢所趨，在燃料成本、動力裝置技術以及排放控制規則三大制約船舶提速的難題解決之前，未來大部分船舶依然會采用較低的航速航行

近 來國際能源市場的持續低油價喚起部分船東心中的提速欲望。從航運經營的角度來看，當船隊采用較高航速航行時可有效提高船舶周轉效率，以較少量的船舶滿足較大的運力需求，進而在總體上減輕船公司增加或更新運力時的財務壓力。同時，高航速還能提升貨物運輸效率，對企業擴大市場份額，提高核心競爭力有非常重要的意義。

航速過慢一直是海運模式的弱點，自船舶誕生之日起，提高航速一直是船舶設計師努力的方向。減少船身阻力與增加船舶主推進功率是提升航速最主要的兩種渠道。從船舶阻力成分在不同航速下的分布規律來看，當船舶航速與船長的比值超過一定數值時，船身阻力將隨航速的增加而迅速增大；受目前的技術條件限制，船舶主機功率存在一定的理論上限，目前世界上最大功率的船用低速柴油機額定功率為80080KW，蒸汽輪機和燃氣輪機的單機功率更大一些，但由于經濟方面的原因無法用于民用船舶。目前從事海上運輸的排水型船舶理論上的最大航速可以達到40節，實際上較為經濟的航速在30節左右。

低航速具有經濟性

“二戰”后的低油價時代讓國際航運業進入快速發展時期，當時的船舶設計航速普遍在20節以上。為滿足海上快速貨運的需求，一些集裝箱船舶設計航速達32節。然而，高昂的燃料開銷讓船東不得不考慮降速增效，船舶平均設計航速從“二戰”后的20節下降到16節左右。

航速的大幅下降導致了船舶設計理念發生顛覆性的轉變。船舶航速較快時，興波阻力在船身阻力中所占比重較大，因此傳統船舶大多采用軍艦作為設計母型，這種瘦削的流線型船身設計能夠在船舶快速航行時有效減少興波阻力。然而當船速下降到16節時，摩擦與粘性阻力開始成為船身阻力的主要組成部分，此時采用較為豐滿型線設計的船舶阻力性能將更好。

盡管豐滿型線船舶設計在外觀上不如傳統的流線型船舶更具美感，然而船東很快就體會到了這種轉變所帶來的優勢。當船舶主尺度相同時，型線較為豐滿的船型內部空間更大，能夠裝載更多的貨物。且豐滿型線的船舶浮力沿船長方向的分布更為均勻，這將有效緩解較為瘦削的流線型船舶一直存在的空載中拱問題，船體構件尺寸也可進一步減小，由此減少的空船重量將轉化為船舶的載重量。另外，與低航速相匹配的大型低速柴油機能夠燃燒劣質燃油，這將為船東節約至少50%的燃料。低航速、豐滿型線船舶的設計理念讓船舶的總體經濟性有非常顯著的提升。

燃油價格決定航速

隨著低速豐滿型線船舶逐漸成為國際航運市場上的主角，其弱點也逐漸暴露出來。首先，對于采用班輪模式運作的定期船舶，當遇到臺風或惡劣海況需要繞行時將由于航速過低而無法保證班期。其次，航速的下降使船東需要在航線上投入更多的船舶以確保原先的運力需求，這意味著船東在船舶采購方面的成本會進一步增加，由此引起全球范圍內因船舶數量增加而導致的港口擁堵問題成為國際物流效率的瓶頸。第三，更為嚴重的是航速下降直接導致海上運輸時間延長，一些對運輸時間有嚴格要求的貨物開始流出海運市場轉而選擇其他運輸方式。

低油價時代讓“省油不省錢”的低速豐滿型線船舶的弱點更加突出。隨著國際油運市場的繁榮，一部分油運企業為提升運力與運輸效率開始嘗試讓船舶加速航行。然而未來燃料價格的變化趨勢、新能源動力裝置的局限性，以及全球范圍內排放稅的征收還是在一定程度上制約了船舶的進一步提速。

燃油價格的變化是決定未來船舶航速的最主要因素。目前國際油價已經跌破大多數國家和地區的石油開采成本，從全球主要石油產區的石油開采及運往輸油終端的總成本來看（見表1），除以自噴井為主要生產模式的中東地區可能略有盈余外其他石油產區都在虧損，低油價已經嚴重損害絕大多數石油輸出國的利益。

從目前的國際形勢來看，低油價的背后有著深層次的政治原因。根據預測，世界范圍內已探明的石油儲量僅可供人類再使用40～60年，目前世界每年石油消費量是新勘探石油儲量的4～5倍，且這些新勘探的油田多位于深海，開采的技術難度和成本都很高。從這個角度來看，重回“百元時代”是未來油價發展的大趨勢，而油價的上漲將在很大程度上制約未來船舶的提速。

隨著全球范圍內以石油為代表的礦物能源日趨枯竭，尋找新能源以逐步替代傳統能源已經成為未來航運業發展必須面對的問題。目前人類已經能夠將液化天然氣、海洋風能、太陽能、燃料電池等新能源技術成功應用于船舶推進，然而這些新能源動力裝置普遍存在能量密度不足的問題，即當輸出相同功率時，新能源動力裝置往往需要占據船上更多的空間。動力裝置占據較多的空間意味著船舶用于盈利的載貨空間減少，未來的船舶設計師不得不在船舶快速性與經濟性兩者中進行選擇。對于商船而言，大部分船東顯然會選擇經濟性。

新能源能量密度不足的另一個表現是其動力裝置的單機功率與目前船舶普遍采用的低速二沖程柴油機相比存在明顯的差距。風能、太陽能電池、燃料電池的單機功率與傳統的柴油機顯然不在同一個數量級上。即使是目前單機功率較大的氣體燃料發動機，在缸徑與沖程相近的前提下單機功率依然比傳統的二沖程柴油機低12%～15%，且發動機運轉的不穩定性與安全隱患也將隨著單機功率的增大而迅速增加。因此在這些技術問題徹底解決之前，采用新能源推進船舶的船東將不得不接受減速這一現實。

降速可降低碳排放

隨著對環保問題的日益重視，加強控制船舶營運過程中二氧化碳排放再次被提上議事日程。由于二氧化碳是目前公認的與溫室效應關系最為密切的發動機排放物，以碳氫化合物作為主要燃料的船舶成為碳排放的主要來源。隨著全球氣候快速變暖，控制船舶碳排放量成為世界關注的熱點。

目前國際海事界公認的對船舶二氧化碳排放的評估方法是，將船舶在單位航程上運輸單位貨物所消耗的燃油數量換算成碳排放當量。由于船舶主機功率與設計航速及船舶排水量之間存在一定的換算關系，根據船舶設計的經驗性公式，計算公式經變換后如下，公式中，C代表燃油的碳排放轉化系數，即單位燃料燃燒后產生的二氧化碳數量（見表2）；feff代表船舶發動機有效油耗，即假定主機在額定功率下運轉時的發動機平均油耗；V代表船舶設計航速。

由于船舶載重量與排水量之間存在一定的線性關系，從上面的公式可以看出控制船舶碳排放的主要方法主要為減少發動機油耗、采用碳當量較小的燃料和降低船舶航速三種。由于船舶碳排放量與航速的二次方正相關，因此降低船舶航速是減少船舶碳排放最為有效的方法。目前船用發動機油耗的提升空間有限，而采用碳當量較小的液化天然氣船依然會由于發動機功輸出功率的減小而降低航速。隨著全球范圍內船舶排放控制標準的日趨嚴格，船舶減速將是大勢所趨。

由此可見，目前國際航運市場上出現的“提速熱”只是暫時現象，而船舶降速將是大勢所趨。在燃料成本、動力裝置技術及排放控制規則三大制約船舶提速的難題得到解決之前，未來大部分船舶依然會采用較低的航速航行。