綠色船舶節(jié)能減排技術的研發(fā)與應用

黃國富

57000噸散貨船曾經是市場上取得巨大成功的船型之一，共建造600余艘，成為世界上建造量最大的船型。但隨著船舶技術的不斷進步，57000噸散貨船的燃油經濟性不具備市場競爭力，其油耗甚至要比后期開發(fā)建造的64000噸散貨船還要高17%。實船運營監(jiān)測結果表明：其在14.0kn航速下的平均油耗為30.5噸/日，比64000DWT散貨船高出4.5噸/日。隨著世界經濟形勢的下滑，航運業(yè)利潤大幅下降，降低運營成本、提高競爭力成為船舶行業(yè)共同的課題。此外，由于溫室氣體排放所導致的各種環(huán)境問題日益嚴峻，船舶作為溫室氣體排放大戶也受到了國際社會的廣泛關注。節(jié)能減排已成為國際航運界的共同追求，因此眾多船東對57000DWT散貨船降低油耗以降低船舶營運成本的需求更加迫切。

在此背景下，中船重工（上海）節(jié)能技術發(fā)展有限公司團隊針對57000噸散貨船成功研發(fā)了具有自主知識產權的前置預旋導輪及槳轂消渦鰭節(jié)能裝置產品。

一、節(jié)能效果顯著

以57000DWT前置預旋導輪和槳轂消渦鰭為代表的綠色船舶水動力節(jié)能裝置是在全球節(jié)能減排大環(huán)境下發(fā)展起來的，以提高船舶能效、降低油耗及減少溫室氣體排放為目的。通過在船尾增設附加裝置，借助該裝置可改善船舶尾部流場，提高螺旋槳推進效率，回收螺旋槳尾流能量，進而實現在不改變現有船體的基礎上降低船舶油耗，具有結構簡單、安裝方便、安全使用及節(jié)能效果顯著等優(yōu)點。其中前置預旋導輪產品，可應用于散貨船、油船、集裝箱船等各類排水型船舶，已在200余艘商船上成功應用，節(jié)能效果可達3%—10%。消渦鰭產品適用于各類船型，已在500余艘商船上成功應用，可實現節(jié)能2%—5%。

公司圍繞綠色船舶節(jié)能減排技術，通過船體—前置節(jié)能裝置—螺旋槳—后置節(jié)能裝置一體的精細化分析與設計，攻克了多重尺度下節(jié)能增效措施能效精細數值分析技術、水動力節(jié)能裝置結構性能評估技術、水動力節(jié)能裝置安裝定位技術與焊接變形預控制等，研發(fā)制造的產品質量可靠，節(jié)能效果有保證，已形成了以前置預旋導輪（CMES-PSVR）及消渦鰭（CMES-HVAFR）為核心的具有自主知識產權的節(jié)能裝置產品系列，既可應用于新造船舶，也可應用于老船改造。經過多年實船運營數據驗證，公司提供的組合解決方案節(jié)能效果十分顯著，平均節(jié)能6%—7%，最高達12%。目前，產品已在700余艘商船上成功應用，得到廣大客戶的高度肯定。

同時，項目團隊注重技術的成果轉化，實現了57000 噸散貨船節(jié)能裝置設計方案的實船應用，并以此為突破口，以實現節(jié)能裝置產業(yè)化為目標，逐步打開了國內外船舶水動力節(jié)能裝置市場。目前國際市場上類似的主要競爭產品為德國施內克盧思水動力公司的前置伴流補償導管（WED）和德國BECKER公司的MEWIS DUCT。公司的前置預旋導輪采用SBD技術與模型試驗相結合的設計方法，針對具體船型進行CFD流體性能設計和船模試驗，與其他兩家國外公司相比，船型試驗數據更加豐富，積累更多的設計計算經驗，完善了節(jié)能裝置的節(jié)能效果CFD預報方法，有助于開發(fā)節(jié)能效果更佳、具有更高性價比和更強的市場競爭力節(jié)能裝置產品。針對57000噸散貨船所開發(fā)的節(jié)能裝置，經實船應用及測試結果表明，其設計轉態(tài)節(jié)能效果可達到9%，日均可實現節(jié)油達到2.7噸，節(jié)能效果比Becker公司的Mewis Duct高約5%。

多年來，公司針對57000DWT 開發(fā)的前置預旋導輪+槳轂消渦鰭平均節(jié)能5%以上，每條船年均節(jié)省燃油280噸，降低溫室氣體排放850余噸。目前已用于90余艘船，節(jié)能減排和社會經濟效益均十分明顯。交通運輸部水運科學研究院高工、主任李慶祥表示，針對5.7萬噸散貨船，在船尾的螺旋槳前、后加裝前置預旋導輪和消渦鰭，充分回收船尾流動能量損失，節(jié)能減排效果顯著。

二、應用實踐

香港華珠國際有限公司目前共有8艘在運營的57000DWT散貨船，在該型船節(jié)能改造項目中采用了中船重工（上海）節(jié)能技術發(fā)展有限公司設計開發(fā)的前置預旋導輪和消渦鰭。自2016年7月，已經陸續(xù)在金穗輪、金潼輪、金灣輪、金港輪、金濟輪和金浚輪6艘船上加裝了前置預旋導輪和消渦鰭。相關工作人員表示，根據對節(jié)能改造前后的實船營運數據對比分析，在相同航速下，日平均節(jié)省燃油約1.5噸，節(jié)能效果明顯，可為公司節(jié)省燃油費用約400萬元/年。剩余兩艘金澳輪和金躍輪已經簽訂改造合同，將于2018年陸續(xù)安裝前置預旋導輪和消渦鰭。

〔作者為中船重工（上海）節(jié)能技術發(fā)展有限公司總經理〕