船舶节能（精选十篇）
船舶节能 篇1
1 技术节能
1.1 设计高效螺旋桨
随着科技的进步, 设计方法的改进, 在不改变边界条件比如转速、叶数和直径主尺度, 推进系统不加任何装置的情况下, 通过减小桨叶面积, 改变叶形, 修改径向螺距分布优化载荷分布, 采用唇形后倾叶梢概念等方法已可以设计出推进效率大大提高的高效螺旋桨。
1.2 船舶柴油机采用电控共轨式智能柴油机
智能柴油机与传统的机型相比, 取消了传统的凸轮轴系统, 利用电子计算机控制各缸的喷油定时和喷油量、排气阀定时、起动空气定时等;采用共轨燃油喷射系统, 喷油泵向一共用的高压管 (共轨) 中提供高压燃油, 通过计算机控制系统控制喷油器;采用液压伺服油系统, 使用柴油机系统滑油作为工作介质, 驱动高压油泵、排气阀等机构;采用气缸压力在线检测系统, 将各缸的压力及时输入计算机, 确保各缸负荷均匀。从而保证柴油机燃烧室燃油达到良好的雾化和最佳的风油燃烧比, 以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。
1.3 加装废热回收利用装置
柴油机的废气及冷却介质带走了燃料总发热量中50%左右的热量, 充分利用这一部分废热的能量对提高整个动力装置的经济性有重要意义, 如利用废气涡轮增压器, 废气涡轮发电机组, 废气锅炉发电机等。此外, 燃油锅炉经济器等。
1.4 船体使用无污染、轻质材料
随着新材料的不断开发和应用, 船舶已开始采用轻质、无污染材料, 如由铝和热塑性塑料合成的材料, 这种材料与传统碳钢材料相比具有抗拉强度高、维护费用低、易于成型、重量轻、耐疲劳以及可循环利用等优点, 既能够提高船舶运输效率, 降低油耗, 又能够降低船舶建造或拆解过程中对环境的污染。
1.5 开发利用新能源
随着全球范围内的能源危机越来越严重, 世界各国政府结合本国国情相继制定了自己国家的能源战略, 大力发展清洁、绿色、环保的新能源, 主要形式有:太阳能、风能、核能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等等。从目前船舶的发展看, 核能已应用到核潜艇, 航空母舰等军用舰船;风帆助航船也已研制成功;太阳能的光电转变技术也已成熟, 在船上应用的脚步, 必将越来越快。相信在科技迅速发展、技术不断进步的推动下, 新能源在船上的应用范围将越来越广。
2 管理节能
2.1 降低船体的粗糙度
船舶在建造之初, 降低船体粗糙度的方法主要有选择合理的涂料系统, 提高油漆施工的质量, 对船壳水下部分实行阴极保护, 对船壳板进行打砂等等。然而当船舶的航行作业时间增加, 船壳由于锈蚀、水生物附着等原因粗糙度就会增加, 从而增加航行阻力。可以, 通过电解装置将海水分解出氯气, 杀灭海生物和定期进坞清底等方法加以处理。
2.2 柴油机采用经济转速
根据柴油机的负荷特性曲线, 柴油机在接近全负荷工作时燃油消耗率最低负荷过大或过小时, 耗油率都增大从机械的经济性和动力性全面衡量, 柴油机的经济负荷范围应为额定功率的75%-100%, 最佳负荷应为额定功率的90%, 因此应尽量使柴油机接近于额定功率的90%状态运行, 如果负荷超过额定功率, 则应控制运行时间或设法减轻负荷, 如果负荷量小, 则可减小油门, 降低转速力求在该转速的经济负荷下运行, 以节约燃油消耗。
2.3 船舶航行选择最佳航线
船舶如何选择最佳航线航行一直是节能的重要课题, 以往航线的决定都是由船长根据天气情况, 凭自身经验做出的。而现在科技日新月异, 卫星遥感技术的进步使天气预报越来越准确, 全球卫星定位系统使电子导航在船上得以应用, 航线选择可以由陆上专家指挥系统, 根据各地天气海况等众多因素综合考虑来确定出最佳航线。所以只需要求船长在船舶开航前把本船的基本情况、航行任务、载货情况、船舶机车性能、航速、吃水深度等信息报送给, 就可以由陆上专家指挥系统为船舶选出一条适合节能要求的经济的既省时又安全的航线———最佳航线。
2.4 优化船、机、桨的配合特性
由于船舶实际航行情况比较复杂, 而外界条件 (装载、海况、污底等) 又经常变化;同时, 船、机、桨本身的技术状态也会改变, 从而使三者的配合特性发生变化, 使它们的技术经济指标偏离设计工况, 影响能量转换的完善程度, 为此, 使用管理人员应在船舶运行中清楚地了解各种特性并经常调整运行点, 使其处于最佳状态下运行, 达到节能的目的。
2.5 推广使用可节能降耗的燃润料添加剂
目前, 船舶为了降低燃油费用, 大量使用劣质油, 使用添加剂不仅能使主机减少结碳, 改善磨损, 而且可以降低燃油消耗。目前, 进口添加剂品牌很多, 但价格一般都比较昂贵。而国产的添加剂如“百克灵”803等, 价格相对优惠, 效果也比较好。
2.6 提高船舶负载率
提高船舶负载率是各航运公司的追求, 也是最难的一件事。如何更好地利用互联网等现代通讯技术平台, 促进信息的交流与共享, 提升船舶负载率应该引起各航运公司的高度重视。
另外, 船公司积极践行节能减排、可持续发展的管理理念。制定管理节能、技术节能“双管齐下”的节能措施, 使船员在航运管理中加强对船舶设备的预防检修和保养, 使设备处于良好的技术状态, 消除柴油机等设备的跑、冒、滴、漏等也是管理节能的重要一环。
综上所述, 船舶节能是一项由人、船、环境综合因素决定的系统工程, 随着科学技术的不断发展进步和管理的不断精细化, 必将推动新的节能减排措施的出现和发展。当前, 能源短缺已成为世界上急待解决的重要课题, 在国际海事组织、各国政府、航运企业和科研机构等各方的共同努力下, 节能减排必将迈上一个新台阶。
摘要：本文在石化资源日趋枯竭的背景下, 指出了船舶节能的迫切性, 并从技术和管理两方面分别介绍了现代船舶设计建造和航运管理过程中所采用的一些节能措施。
关键词：船舶,节能,技术,管理
参考文献
[1]任文江, 施润华.船舶动力装置节能[M].上海交通大学出版社.1991年.[1]任文江, 施润华.船舶动力装置节能[M].上海交通大学出版社.1991年.
[2]黄胜, 郭春雨.船舶推进节能技术研究与进展[J].舰船科学技术.2007年.[2]黄胜, 郭春雨.船舶推进节能技术研究与进展[J].舰船科学技术.2007年.
船舶节能减排措施 篇2
开展节能减排工作，是管理出效益的最有效方法。
1.建立科学的管理节能模式
管理节能的基本原理就是把管理学的理论与我们企业管理的实践有机结合，实现社会、企业与员工发展目标的和谐统一。
2.船舶能耗定额管理
根据各船舶主机不同型号不同作业原理和方式，通过实船测量与科学统计，分别制定不同的油耗标准：(1)平均每小时耗油量。(2)船舶耗油量和创造的收入之比。实际产出与投入之比，不仅反映船舶的生产效率，而且也反映能源利用水平。这样不仅可以对同一时间船与船之间的能源利用率进行横向比较，而且对同一船舶在不同时间内的能源利用率也可以纵向比较，便于节能效果分析。
二、技术节能
技术节能有多种形式，在此本人总结了过去两年多在洋山港拖轮工作的4 点节油经验。以下计算均以海港105 轮——2974 千瓦——4000 匹马力拖轮为例，其它船舶可以类推。
1.合理缩短航程
拖轮的油耗的很大一部分来自于接送引水及其护航航行的油耗。要是能合理的缩短航程那肯定将节省大量的油耗。接送引水以及护航作为我们作业的一项日常任务，每天大约有4-5 个往返。按正常航路从小洋山工作船码头到Y5 灯浮的距离为12.8NM(海里)，一次往返就是25.6NM，全速航行的油耗大约为1t，即每海里油耗大约为0.04t。
从箫萁岛到虎啸蛇岛到Y7 这一段直线航路与Y7 至Y5这一直线航路有一较大交角(如上简图)。一般情况下我们都是跟着大船沿着这一正规航路行驶， 这样的航程为2.3+3.3=5.6N 而如果我们改进航路，一过虎啸蛇岛马上转向直接朝Y 5 方向航行(航向105°，如上简图中红线)，这样的直线航程为5.1NM 比原来缩短了0.5 海里，这样的话一次往返就缩短航程1 海里，每天按4 次往返的接送引水量计算的话就可以节油0.16t，一个月就可以节油4.8t，一年就是57.6t，经过我多次航行的实践，证明这条航路是可行的、安全的。
2.经济航速的使用
营运船舶常用的经济航速的概念有三种：最低燃油消耗率航速、最低燃油费用航速、最高盈利航速。用于考核节能减排效果时通常采用最低燃油消耗率航速。一般认为我们拖轮是没必要使用经济航速的，因为航程短，时间紧，使用经济航速的可操作性低。但对于我们洋山港的拖轮来说很多时候是有必要的，接送引航员这项工作就大有文章可做了。引航站的计划一般是按照我们静水额定航速13 节来计算的，提前一小时送往Y5，在逆潮和平潮时一般可以比较准时的到达Y5，而顺水时一般就会提前10—20 分钟到达Y5。
以下几种情况时有发生：1、在码头先接引水比正在开的外轮早15—30 分钟出发，或是码头没有开船直接送进口外轮，我们经常会比外轮早到Y5 15-30 分钟。2、送好引水后不跟靠直接回码头休息。3、送好引水后跟靠，顺潮流进港，全速比跟靠外轮快，这时可以把速度调整到和外轮差不多在前面为其领、护航。
第1 种情况要求我们密切注意AIS 外轮信息，控制好速度，确保准时到达上引水地点。第2 种情况就要求我们要有一种高度的节油意识，以公司的利益为己任的高度责任感和主人翁意识。因为平时的工作确实很忙，大家都想早点靠码头休息一下。第3 种情况是比较容易执行的，因为跟在外轮边上航行很简单，不需要和来往船只交会避碰。
下面就来具体分析一下船舶油耗与航速之间的关系。船舶耗油量主要与航速V，船舶排水量D 和航程S 有关。船舶航行单位时间耗油量Q(单位：t)与船舶排水量D(单位：t)和航速V(单位：Kn)的关系式为：Q∝D2/3•V3 船舶航行耗油量F(单位：t)与航速V(单位：Kn)和航程S(单位：n mile)关系式为：F∝V2•S单位时间耗油量Q 随航V 速变化的曲线。
每一船舶总可以找到一个最小燃油消耗率的航速。
下面就来计算一下海港105 轮从静水额定航速13 节(Kn)接送一次引水航行25.6 海里(n mile)耗油1t，排水量为480t，现在降低航速到12Kn 接送一次引水所需的燃油。
先设应该耗油为Xt，于是：(132×25.6)：(122×25.6)=1：X X=0.85t
比原来减少油耗0.15t(与实际测量值相当)，比原来减少了15%的油耗。由此可见，当航速比较高时只要航速只要下降很少一部分就可以节省大量的油耗。从绝对数字上看，虽然一次的节油量相当的少，但节油比例是相当之高的。只要我们每条船每月能做到4 次接送引水的减速航行整个公司就可以节油6t，一年就可以节约燃油72t，这是相当可观的!
三、减少工作船码头与作业码头之间的不必要往返
在洋山码头靠离泊作业有两个重要特点：1﹑作业航行距离较远2﹑作业间隔时间短。这就使得我们经常疲于在工作码头和作业码头之间奔波，从而造成大量的辅助作业油耗。
下面做一个简单的分析：从工作船码头到洋山冠东一泊位大约为3.5 海里的距离。虽然我们作业不是每次都在冠东，但还是有相当数量的。现在以平均作业距离1.75 海里来计算，往返一次就是3.5 海里。全速航行油耗大约在0.14t，如果我们每天每条船能少往返一次工作船码头，我们有10 条船，一天就能节约1.4t，考虑到发电机油耗和本身有一段不可消除的辅助航程，就以1t 计算，一年就能节约燃油365t，是一个相当可观的数字。
比如：有这样一次作业计划0900 在冠东2 泊位开一外轮，1200 另一外轮靠冠东2 泊，当开好船后我们就没必要回工作船码头了，就应该靠在冠东2 泊，这样就少了一次往返工作船码头的油耗。再比如有这样的作业计划0900 在盛东一泊开一外轮，1300 盛东2 泊开另一外轮，当开好一泊外轮后完全没必要回工作船码头，这时可以和码头联系，取得附近码头的靠泊位置，这样就可以少往返一次工作船码头了。
在实际工作中我们大多数时候都能做到以上类似操作，因为这样做节油是一方面，船员也得到了更多的休息时间。不过有时会有像送一件并不重要并不紧急东西，接送一位无关紧要的船员等小事而往返工作船码头一次，这其实完全可以等所有工作完成在回来接送的。由此造成的油耗就是一种浪费。要做到减少这一类油耗应注意以下几点：1、加强与作业码头的联系。2﹑熟悉本船及相关船舶的计划。3﹑与调度积极联系，默契地配合调度的工作。
四、规范操作
在作业时烟囱冒浓黑烟的情况时有发生，这其实是操作时加车过猛﹑过急所产生的一种现象。黑烟的主要成分为不完全燃烧的油分子颗粒和不完全燃烧所产生的炭黑。如果能让这部分黑烟完全燃烧，产生它应有的效率那么就可以节省一点燃油。虽然一次只是节约了一点点，但如果每次都节约一点点那就是一个巨大的数字了。要做到减少这一类油耗的要点是：尽量避免紧急情况的发生，避免猛然加车，平稳变速，冷车慢行，尽量多用舵、少用车、规范操作，做到以最小的车发挥最大效用;以最少的油耗做最多的有用功。
五、小结
船舶节能减排技术的应用探究 篇3
【关键词】节能减排；船舶性能；减阻降耗；经济航速
社会经济的不断发展给交通运输行业带来巨大的考验，车辆、船舶等交通运输加剧了 的排放，其在一定程度上影响了人们的身心健康以及社会经济的健康可持续发展，其中被认为是最清洁、最环保的船舶运输行业也不能幸免。因此，研究船舶运输行业的节能减排具有十分重要的现实意义。
一、船舶节能减排技术重要性
船舶节能减排是航运发展的需要，船舶运输努力的方向就是利用最合理的航速和耗油关系来获得最好的经济效益，对于船舶运输行业来说，船舶节能减排已经成为船舶企业落实科学发展观的关键步骤，其对建设资源节约型、环境友好型社会有着重要意义。在实际的船舶运输中，工作人员需要根据船舶运行航线、工况等实际的变化情况，对船舶实际运行中的耗油等进行分析以及修正，以便得到船舶实际的耗油数据，从而分析船舶实际的节能方式，为满足实际船舶运输需要奠定坚实基础。船舶节能减排也是我国法律法规的强制性要求，我国明确规定了到2020年，我国二氧化碳排放量会降低到16%，船舶运输单位运输周转耗能量降到15%，因此可以说船舶节能减排技术在一定程度上符合我国节能减排总体战略。
二、船舶节能减排的影响因素
1.船舶性能
船舶自身的性能会影响到船舶节能减排的效果，一般来说，不同船舶主辅机状态、涂装底漆以及污底情况、运营年限、型号以及船体浸水体积等都会对船舶节能减排产生不同影响。船舶主辅机是船舶运输过程中重要的耗能设备和安全设备，主辅机运行效率越高，船舶燃烧效率就越高，这样就可以适当降低船舶单位耗油量，在一定程度上对船舶节能减排工作起到重要作用；不同运营年限的船舶主机磨损程度不同，长时间运行的船舶主机磨损较大，其单位耗油量较大，对能源利用效率、污染物排放等存在一定的影响；不同型号的船舶抗风浪性能不同，其甲板受风面积以及船舶耐波性等都会对船舶节能减排效果产生一定的影响；船舶船体浸水体积会在一定程度上影响船舶兴波阻力，进而影响船舶节能减排效果。
2.环境因素
在船舶实际运行的过程中，环境因素会在一定程度上影响船舶燃料燃烧效率，进而船舶节能减排效率。具体来说，环境因素主要指的是船舶运行过程中的地理环境和自然环境，包括温度、气压、航道条件以及气象条件等，这些环境因素很大程度上会影响船舶耗油水平以及排放水平。例如大风会增加船舶运行阻力，影响船舶主机负荷，进而增加船舶耗油量；在海拔比较高的地区运行时，大气压力会随着海拔的升高而降低，空气含氧量也随之降低，这样船舶燃料就不能充分燃烧，单位燃料燃烧的实际功率也会降低；航道弯曲角度、交叉情况、航道宽度以及航道深度等都会在一定程度上影响船舶能源消耗以及废气排放情况，航道弯曲度越小，燃烧消耗越少。
3.效益因素
船舶资金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企业给我国国家社会带来的经济效益以及实施节能减排的效果。船舶企业在进行高效低成本投入时，能够更合理地实施节能减排工作，促进船舶节能减排效果的实现，但船舶企业在进行比较高成本投入时不仅不能带来经济效益，还有可能使企业产生负经济效益，进而打击船舶企业节能减排的积极性，严重影响船舶企业的发展。船舶企业的经济效益指的是在船舶运行中，产品投入比值，其效益的高低在一定程度上影响着整个船舶行业。从国民经济方面来讲，经济效益就是说全部的构成要素和其中某个构成要素之间的百分比，经济效益越高，船舶节能减排发展越迅速。因此可以说，经济效益是船舶节能减排重要影响因素之一。
三、船舶节能减排技术的应用
1.船体减阻降耗
船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲，船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面，如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等，在保证船舶具有足够排水量的前提下，调整方形系数和浮心位置，选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响，设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等，反复调整船舶线型，并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力，还与航线上风浪流等环境因素有关，研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究，实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目標，从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形，降低风阻力，从而实现节能减排。
2.使用经济航速
船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标，其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中，经济航速的概念主要有三种，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速，实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等，其中最重要的耗油就是船舶主机耗油，其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时，船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系，因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑，当船舶转速和功率变化时，船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响，因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑：船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此，船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内，根据主机实际的运行情况，找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。
3.提高推进效率
提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式，改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩，这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称，其螺旋桨桨轴上方流场偏右，桨轴下方流场偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，来分别对齐螺旋桨后流场，进而减少船舵所受扭矩，这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低，进而降低船舶燃油消耗率，达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟，虽然初次投入成本较大，但从整个船舶生命周期来看，该节能技术经济性较好。目前，很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案，其通过主机的优化配置可实现3%—6%的降耗。
4.废热回收及废气处理
船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段，其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术，其回收原理图如下图3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%，这種利用技术初次投入资金较多，多用在大型集装箱船上；船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用，从而提高2%到3.5%的主机功率，这种回收系统较为复杂，通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用，因此多用在大型集装箱船上。船舶废气处理主要指的是船舶安装废气净化器以及船舶采用废气循环系统，船舶废气净化器可以有效去除船舶废气中的SOX以及微尘颗粒等，其去除率可达到98%、80%，船舶废气循环系统则可以有效减少船舶中的NOX，其主要是加装一个EGR单元，以降低船舶废气的峰值温度，从而减少船舶的产生。
结语
总而言之，船舶节能减排不仅能满足我国航运发展的需要，还能符合我国节能减排的总体国家战略，因此工作人员要采取合适的措施，对船舶进行节能减排优化设计，例如船体减阻降耗、使用经济航速、提高推进效率以及废热回收及废气处理，从而提高船舶节能减排效果，推动我国船舶运输行业的健康发展。
参考文献
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内河船舶节能操作法 篇4
2010年6月之前, 华中航运集团公司自航船舶及新购万吨级船舶的航行操作一直沿用老的操船模式, 主机运行转速达到额定转速的70%~85%。驾驶员的技术水平有差别, 上水航行时, 船舶离浮标或岸横距较大, 船舶航行遇到的水流阻力增大, 依靠增加主机转速来维持航速;下水航行时, 用双车航行, 油耗高。靠离码头、掉头、抛锚因驾驶员的操作水平差异, 所用的时间差别较大。为规范船员的操船行为, 实现船舶的节能降耗, 推进长江绿色航运发展, 船舶节能操作法由此应运而生。
为了提高船舶节能减排的效果, 2010年8月, 公司成立了节能减排工作专班, 明确了技术专家组对船舶节能操作进行研究、总结, 提炼一套节能操作的方法, 在船员中进行动员和培训。从2011年1月起, 公司有26艘船舶均采用节能操作法操作, 节能减排工作取得了成效。节能操作法主要包括降低功率航行节油法、单机运行节油法、抛锚节油法、经济航线节油法、正确操舵节油法、利用潮汐节油法、首侧推节油法七种操作方式节能降耗。
2011年1月至2011年12月, 经过一年的实践, 公司26艘船舶节约燃油2 149吨, 折算标准煤3131吨, 减少CO2排放6 791.91吨, 连续安全航行无事故, 充分体现了节能操作法的先进性、实用性。该项目为武汉市低碳交通运输体系建设试点实施方案重点项目, 通过交通运输部批复。节能量计算以2010~2011年为统计区间, 2012、2013年公司继续推行内河船舶节能操作法, 取得预期节能减排效果。
2节能减排原理
2.1降低功率航行节油法
通常情况下, 船舶主机功率与航速的三次方成正比 (P=kv3) , 船舶主机不同的转速, 其燃油消耗量不一样;一般情况下, 转速低, 功率小, 单位时间油耗低, 因此主机转速的降低, 主机功率下降, 使得船舶燃油消耗量大大降低。
2.2单机运行节油法
长江航道通过多年的整治, 并且制定了分道航行规则和定线制规定, 航行条件有了较大改观, 目前90%以上的船舶是自航船舶, 船舶的操纵性能好, 控制能力强, 给船舶单机运行创造了条件。除个别桥区和狭窄弯曲航道外, 船舶下水航行均可采用单机运行。通过单机下水运行可以大大节约燃油消耗。
2.3合理操纵船舶, 降低燃油消耗
利用先进的导航系统, 能正确地指导船舶在最准确的航线上运行, 利用长江南京以下航区涨落潮:下水走主航道, 走顺流或急流, 上水走缓流, 正确用舵, 停车滑行等, 这些都能有效降低船舶油耗。合理操纵船舶, 可以使主机运行时间缩短10%以上, 达到节油的目的。
3技术内容
利用合理操作和先进设备, 并加强管理, 可取得良好的节油效果。
3.1内河船舶节能操作法的产生过程
(1) 实船调研, 确定操作方法
2010年开始, 华航集团受到市场竞争的强大冲击, 运价不断下跌, 油价不断攀升, 燃油成本占到运输收入60%。为了企业的生存发展, 降低燃油成本成为当务之急。
2010年8月, 公司成立由船舶专业高级工程师、指导船长、指导轮机长等人员组成的技术专家组对船舶节能操作进行研究, 总结公司船员的船舶实操经验。专家组人员多次跟船航行, 总结出具有规律性的科学理念和操作技巧, 通过实用性和普适性科学论证, 提炼出一套系统的自航船节能减排操作法。
2010年11月28日, 华航集团召开船舶节能减排工作会议, 决定从2011年1月1日起, 实施节能操作法的时机已经成熟, 自航船节能操作法正式全面实施。
(2) 广泛动员, 提高船员节能意识
公司专家组成员在跟船航行时, 多次组织船员座谈, 宣传节能减排的意义和当前形势, 说明节能操作法实施的重大意义, 增强船员的节能意识, 提高船员实施节能操作法的主动性, 为节能操作法的实施提供了基础保障。
(3) 加强培训, 提高操作技术水平
为保证节能操作法的顺利实施, 公司加强对船员特别是高级船员的技能培训, 提高节能操作技术水平。2010年公司共举办了五期船舶操作技能知识讲座, 重点培训船舶一线的技术骨干;组织船员通过模拟驾驶操作学习节能操作技能, 并进行驾驶操作经验交流, 使船员操作技能满足节能操作法的要求。
(4) 加强指导, 全面推进
公司船舶航行中, 指导船长实船指导各船船员熟悉不同条件下的安全航行要求, 根据不同水流速度确定主机转速, 合理掌控船舶航行速度;手把手教船舶操作和引航, 指导船员把握操舵时机和技巧, 用舵一次到位, 避免多次重复操作, 选择船舶最经济的航行路线;船舶靠离码头或抛锚, 正确掌握当时的气象条件和水流情况, 按照船舶冲程和旋回圈等要素, 合理选择停车滑行, 利用船舶冲程, 操舵加速提高船舶的回旋速度, 使船舶到达预定的位置, 减少船舶靠离码头和抛锚的时间。
经过前期培训和实船指导, 公司船员的操作水平有了较大提高, 高级船员能有效运用节能操作法, 充分体现了节能操作法的可操作性, 为公司全面推广节能操作法奠定了坚实的基础。
(5) 配备先进设备, 确保节能操作法的实施
公司为了更好地推行节能操作法, 船舶配备了先进的雷达、GPS、测深仪、甚高频、AIS设备, 同时加强船舶动力设备、操舵设备、锚设备、供电系统的维护保养, 对船舶节能操作和选择经济航路提供安全保障。为确保节能操作法的实施, 2011年1月集团公司还在船务公司、货运总公司运输调度处、大洋物流公司安装了船舶GPS智能监控系统, 24小时监控船舶运行, 掌握船舶航行动态, 并及时给与指导。该系统得到了交通部节能减排项目专家的肯定。
(6) 实行精细化管理, 用活激励机制
公司实行单船核算节能管理模式, 建立了生产管理、安全管理、考核管理等一系列配套的运行机制, 将节能减排等考核指标落实到经营目标责任书, 分解到各部门、各船舶。使船舶管理在不断创新的基础上逐步走向了科学化、制度化和规范化。
公司制定了《华航集团能源管理制度》和《华航集团油料管理办法》, 科技能源部专人监测船舶油耗量, 激励船员积极主动采用节能操作法, 把船舶打造成“自主创新、管理精细”的经济实体。通过节能考核, 把节能降耗工作直接与船舶船员的绩效挂钩, 月月兑现, 奖罚分明, 极大地调动了船员职工的主动节能降耗意识。
3.2采用技术方案
3.2.1合理操作主机, 降低燃油消耗
(1) 降低功率航行节油法
针对航运市场的持续低迷、运价下降、运力过剩和货量不足, 油价逐年上涨的情况, 合理降低功率航行, 减少燃油成本是首选。船舶在运行过程中采取降低功率运行, 即降低主机的转速来降低功率实现节油。通常情况下, 船舶主机功率与航速的三次方成正比 (P=kv3) 。一般情况下, 转速低, 功率小, 单位时间油耗低, 公司自航船主机功率较大, 因此主机转速的降低使得船舶燃油消耗量大大降低。在保证船舶安全航速的情况下, 降低主机功率运行, 既能满足安全生产运行的需要, 又能大幅降低燃油消耗。
以华航长福为例:主机为宁动G6300, 额定转速500 rpm, 转速控制在额定转速50%时, 中水期下行平均航速为11 km/h, 主机转速在额定转速70%时, 下行航速为14 km/h;船舶采取11km/h的降速运行比操作法前14km/h运行每小时节约燃油60kg, 从城陵矶到常州, 下行航程1 140 km, 一个航次可节约燃油近3吨。
(2) 单机运行节油法
长江航道通过多年的整治, 交通运输部制定了长江中下游分道航行规则和定线制规定, 航行条件有了较大改观, 加上自航船舶的操纵性能好, 控制能力强, 给船舶单机运行创造了条件。除个别桥区和狭窄弯曲航道外, 船舶下水航行均可采用单机运行, 船舶下水单机航行可以大大节约燃油消耗。
以华航长福为例:当主机额定转速为500 rpm, 转速为220rpm时, 下行采用双车运行时航速13 km/h, 采用单机运行的航速仅比双机运行速度减小2 km/h, 而单位时间油耗相应地节约40%左右。
3.2.2合理操纵船舶, 降低燃油消耗
(1) 抛锚节油法
船舶抛锚起锚作业的完成, 一般要将近2个小时的工作时间。如要减少抛锚时间, 就需要船员熟悉船舶操纵性能并协同操作。
顺流航行:利用导航设备确定抛锚地点, 根据船舶操纵性能、锚地底质、水流情况, 把握最佳掉头时机, 利用船舶冲程滑行至抛锚点抛锚。
逆流航行:利用导航设备确定抛锚地点, 提前减速停车、利用船舶冲程滑行至抛锚点快速抛锚。
运用快速抛锚法, 每次抛锚可以减少半小时的主机运行时间。
减少抛锚次数也是抛锚节油法的一种方法。在船舶运行前, 在港口备足起运港到目的港的生活物资, 加足船舶所需的燃油, 避免船舶在运行过程中因补充生活物资和燃油不足而抛锚, 但自然条件引起的抛锚除外;船舶加强与港口的联系, 尽量争取直靠码头也可以减少抛锚次数。
(2) 经济航线节油法
在遵守船舶定线制和分道航行规则的前提下, 充分考虑航道情况, 制定船舶航次经济航路。下行选择顺流航路, 充分利用水流的推力提高船舶航速, 上行利用测深仪测深, 在留足富余水深的情况下, 充分利用缓流, 可提高航速约2 km/h。
(3) 正确操舵节油法
驾驶员航行中要熟悉船舶的惯性、冲程、回旋等要素, 保持正规暸望, 谨慎操作。根据来往船舶动态、航路情况提前预判, 及时用小角度操舵, 一般在5度以内。在水流紊乱的地段, 根据水流状况提前用舵, 一般舵角在20度以内。
船舶航行操舵要尽量避免用大舵角, 因“首动一尺, 尾动一丈”的道理, 用大舵角频繁纠正船位时, 船首左右摆动, 降低船舶的航速, 船舶的运动轨迹形成S形;操舵后, 推进流与舵形成一定夹角, 船舶推力产生了横向分力, 造成船舶推力下降, 航速降低, 导致油耗增加。
(4) 利用潮汐节油法
在长江吴淞口至南京350公里的感潮河段, 潮汐影响非常明显, 充分利用潮汐顺潮航行可以大大提高航速。
以长运轮为例, 从常州至太仓区间, 使用同样的主机转速, 空船涨潮下行航速为12 km/h, 趁落潮下行航速可以达到18 km/h;重载上水航速8 km/h, 同样的主机转速上水顺潮航行, 船舶航速可达到13 km/h。因此, 船舶在港装卸货后, 预算好涨潮时间, 平潮起锚, 下行利用落潮、上行利用涨潮时段顺流航行, 可以节约航行时间, 有效减少燃油消耗。
(5) 首侧推操作节油法
船舶掉头靠离码头时使用船首侧推装置, 每次操作比常规操作减少主机运行时间1小时左右。特别是空船驶离码头时遇到吹拢风, 泊位长度受限时, 船舶驶离经常需要频繁用车, 耗时长。使用侧推则可以轻松驶离。例如武钢工业港码头在秋、冬季经常刮北风, 形成吹拢风, 不使用侧推的船舶要用3小时甚至更多时间才能驶离。使用侧推只需不到1小时的时间就可以驶离码头。
3.2.3强化管理, 做好保养工作, 降低燃油消耗
加强船舶管理, 搞好保养工作, 是节能降耗的保障。
开航前检查船舶的主机、辅机、操舵系统、通导设备、应急设备、供电系统处于良好的适航状态。主辅机的良好工况能使燃油充分燃烧, 节约燃油。设备保养良好, 避免因故障抛锚增加主机的运转时间, 从而节约燃油。航行中保持正规瞭望, 谨慎操作。
认真观察船舶航行周围环境动态, 航道水流变化情况, 利用通导设备掌握航行船舶的运行动态, 始终保持船舶在正确的航线上, 避免紧迫局面形成大舵角用舵, 改变船舶运动方向, 降低船舶航速而增加油耗, 真正做到船舶安全航行, 有效节约燃油。
4推广应用条件
4.1设备条件
船舶需配备先进的雷达、GPS、测深仪、甚高频、AIS设备, 同时加强船舶动力设备、操舵设备、锚设备、供电系统的维护保养, 对船舶节能操作和选择经济航路提供安全保障。有条件的情况下, 在公司安装GPS智能监控系统, 24小时监控船舶运行, 掌握船舶运行动态, 及时给予指导。
4.2人员条件
节能操作法要求驾驶员具备较高的驾驶技术水平, 公司需经常对驾驶员、轮机员进行安全教育和业务培训, 提高高级船员的操作技术水平。指导船长、指导轮机长在操作法实施前期应随船指导。
4.3能源供应条件
尽量在公司指定的船舶水上供油点加油, 确保船舶供应油品的质量和数量。
4.4实施操作法时的注意事项
(1) 公司船舶采用节能操作法对上水航速规定, 中水期为每小时6公里左右;洪水期不低于每小时4公里;枯水期每小时8公里左右。
对有船期要求的船舶报公司批准。公司设立航速规定在节油的同时, 还充分考虑了船舶安全航行和操作的需要。
(2) 单车航行容易偏舵, 用舵要提前减少船舶的摆动, 弯曲航段船位要挂高, 防止船舶落弯, 必要时提高航速过弯。
(3) 双车减速航行航速慢, 舵效较差, 特别是高洪水位期注意水流与船首的夹角不宜过大, 航道要有足够的富余水深。
(4) 船舶航行, 船位摆在正确的航路上, 减少与他船的相遇, 驾驶员要高度警惕, 保持正规观察, 谨慎驾驶, 防止与他船发生事故。
5效益分析
5.1节能效益
(1) 公司船舶实行操作法前单位周转量油耗
实行操作法前单位周转量油耗=实行操作法前燃油消耗量÷实行操作法前周转量=3 211 860千克÷2 322 616.868千吨公里=1.382 8 (千克/千吨公里)
(2) 公司船舶实行操作法后单位周转量油耗
实行操作法后单位周转量油耗=实行操作法后燃油消耗量÷实行操作法后周转量=5 677 600千克÷5 655 649.383千吨公里=1.003 88 (千克/千吨公里)
(3) 单位节能量的确定
单位节能量为项目实施前后单位周转量油耗之差, 其计算公式如下:
单位节能量=实行操作法前单位周转量油耗-实行操作法后单位周转量油耗=1.382 8 (千克/千吨公里) -1.003 8 (千克/千吨公里) =0.3762 (千克/千吨公里)
(4) 项目节能量的确定
项目节能量=单位节能量×项目实施后实际周转量=0.376 2 (千克/千吨公里) ×5 655 649.383 (千吨公里) =2149 (吨)
(5) 项目实施节能减排量
按照1千克柴油=1.457 1千克标准煤折算, 项目年节能量为2 149×1.457 1=3 131吨标准煤。
按照1千克柴油完全燃烧排放3.160 5千克CO2计算, 项目年减排CO2为
2 149×3.160 5=6 791.91吨。
5.2经济效益
推广节能操作法, 经济效益明显, 投资设备并对人员进行培训, 共投入72.6万元。
其中, 购置设备 (GPS智能系统、AIS、雷达等) 13.6万元;节能操作法管理人员及船舶操作人员培训费 (四批次) 41万元;公司指导人员随船费用18万元。
推广节能操作法后年节油2149吨, 年平均油价8 500元/吨计算, 年降低成本1 826万元, 投资回收期为72.6÷1826=0.04年。
项目推广不仅马上见效, 而且可以长期有效益。
5.3社会效益
按照国家“十二五”战略发展规划, 华航集团结合企业实际, 积极落实国家节能减排规划, 采取了一系列适合本行业特点, 且行之有效的节能减排方法和措施。
由于公司自航船舶载量大, 与之配套的主机功率大, 燃油消耗大, 在船型和主机节能技术一定的情况下, 采取节能操作是推进集团节约船舶燃料, 降低能耗的有效途径。
节能操作法要求驾驶员具备较高的驾驶技术水平, 需要公司经常对驾驶员、轮机员进行安全教育和业务培训, 提高船员的操作技术水平, 对船舶的安全航行也起到促进作用。
节能操作法的推广可以减少CO2的排放, 保护大气和生态环境;符合建设资源节约型、环境友好型社会, 提高生态文明水平的要求。
6项目推广建议
节能操作法要求驾驶员具备较高驾驶技术水平, 公司经常对驾驶员、轮机员进行安全教育和业务培训, 高级船员的操作水平得到较大提高。
该技术在公司属于成熟技术, 该节能操作法在公司船舶普遍推广并取得较好效益, 建议在全国内河自航船舶上推广。
专家点评
1.项目先进性和技术成熟度评价
该项目仅需很小的投资, 通过对船舶的操作方法进行改进, 并对通信导航设备进行必要的升级改造就可减小柴油消耗, 并减少CO2排放。该操作法从2010年开始已在华中航运集团有限公司进行立项研究, 并于2011年在其内河自航船舶全面投入使用, 在3年多的时间里积累了丰富的使用经验, 操作方法及运营维护手段均较成熟且在国内处于先进水平。
2.项目节能环保潜力评价
通过实施该项目, 产生了2 149 (吨) 柴油/年的节能效果, 折合标准煤3 131吨, 减少CO2排放6 791.91吨/年, 并减少了其他碳氢化合物的排放, 节能减排及环保效果明显。
3.项目经济效益评价
通过实施该项目, 按年平均节油2 149吨、年平均油价8 500元/吨计算, 年降低成本1 826万元。项目投资包括设备购置及人员培训费用, 共投入72.6万元。项目投资回收期为72.6÷1 826=0.04年, 经济效益十分显著。
4.项目的推广应用条件
本项目适用于内河自航船舶, 在推广本项目时需加强对船员特别是高级船员的技能培训, 提高节能操作技术水平, 此外需在采用节能操作法的内河船舶上配备雷达、GPS、测深仪、甚高频、AIS设备, 同时加强船舶动力设备、操舵设备、锚设备、供电系统的维护保养。
5.项目推广价值评价
本项目推广前景较好, 对内河自航船舶均可采用本节能操作法, 对于长距离运输、航段水文条件较复杂的内河船舶推广前景更好。
6.问题及建议
该项目适用于内河自航船舶, 节能操作法要求驾驶员具备较高的驾驶技术水平, 需要经常对驾驶员、轮机员进行安全教育和业务培训, 提高船员的节能操作技术水平, 对船舶的安全航行也起到促进作用。并将节油指标纳入其考核范围内。
船舶电动机节能技术研究论文 篇5
关键词：船舶；电动机；节能降耗
船舶运行成本较高，运行能耗大，虽然有更多新型技术与设备被应用其中，想要完全实现节能降耗目的，还需要针对电动机运行能耗进行分析，采取有效措施来对其进行节能设计。
1船舶电动机节能分析
电动机为船舶主要直接用电负荷，提高其运行效率，是实现船舶电气系统节能降耗的主要措施之一。就船舶运行特点来看，大部分辅机系统均处于连续运行状态，包括主轴滑油泵、冷却水泵、空调压缩机以及通风机等，为维持各系统正常运行，电动机需要稳定运行，通过对其运行效率的优化，可以在持续运行时间内，节省大量电能。在实际航行中因为工况不断发生变化，电网电压也会不断变动，使得各系统运行输出功率大于额定功率，电动机效率急剧降低，造成更多电能损耗。现在对船舶电气系统进行节能设计，对促进行业的进一步发展具有重要意义，例如近年来迅速发展的永磁同步电动机，可以有效解决上述问题，电动机运行效率更高，在维持各项辅机系统运行的同时，减少电力损耗。
2船舶电动机节能技术要点
2.1电动机变速运转
2.1.1电动机作用
船舶电动机主要用于驱动泵类以及风机等转速稳定的电动机；以及甲板机械类电动机的驱动，包括起锚机、系泊绞车等，且为了可以在低速状态下发出转矩，应尽量选择应用变极式电动机；还可以用于驱动甲板机械类起重机械，以及电力推进装置等转速要求严格的电动机。
2.1.2运转方式选择
（1）变速运转。为达到节能降耗效果，可以设计泵类与风机等应用变速运转方法。船舶电气系统内，使用泵类与风机的设备数量较多，一般应用交流异步电动机提供动力，电动机维持稳定转速持续运行，在负载发生变化，出现低负载或者过负载情况时，能够对风门和阀进行调节满足负载变化要求，但是会造成一定损失。为减少此损失降低电力损耗，便可以选择减速运转方式。根据被驱动机械运转方式和设备为依据进行选择，例如辅助锅炉应用鼓风机，船舶航行与装货时，可以满足风量和风压大幅度变动要求，并且如果选择而应用二级控制方法，还可以应用变极式电动机来提高节能效果。
（2）机组控制。驱动甲板机械用电电动机变速运转模式现在已经被广泛的应用到船舶电气系统建设中，选择应用变极式电动机，实现电动机-发电机控制方式。变极式电动机变速模式虽然运行成本低，但是并不适用于大容量电动机，且控制效果不佳，基于起重机种类差别，应选择应用直流电动机来进行细微控制，提高控制效果。直流电动机正常运转状态下，将直流可变电压作为电源，并配置电动机-发动机，实现系统正常运行。并且，现在已经有大功率电子元件的应用，可以更有效的实现从交流电源中产生直流可变电压。
（3）其他运转。直流电机在船舶电气系统中的应用，换向器在持续运行过程中，受电刷影响会降低线圈绝缘性，对电动机运行效率产生影响。而同步电动机的应用，完全可以避免此问题，其可硅控整流器运转，并且具有有直流电机相同的控制效果。与电动机-发电机方式相比，可控硅发电机电动机组控制方式效率更高，在节能设计中具有更大优势。
2.2高效率电动机选择
2.2.1电动机效率
船舶电动机需要维持连续运转状态，通过提高其运转效率，便可达到节能效果。现在绝缘技术水平不断提高，元件体积不断缩小，旋转机械也实现了小型化生产，为减少电动机内部损耗，就需要对电工材料特性进行综合分析，保证所选铁芯材料质量优良，同时在原有生产制作工艺上进行更新优化，争取提高各元件制作效率，满足电动机节能优化要求。
2.2.2轴输出功率
对电动机进行节能设计，另一个要注意的问题就是负载选用电动机最佳额定功率的确定，一般电动机效率在额定功率75%~100%负载下运转时最高，如果处于低负载状态下运转，则会导致效率较低，产生较大损失。因此需要对轴输出功率进行分析，选择高效率电动机，保证其即便是处于低负载状态下，也可以保证较高的效率。基于负载容量、最大转矩以及启动转矩等因素进行综合分析，保证所选电动机效率可以满足节能运行需求。
3船舶异步电动机变频调速节能技术
对于船舶动力装置来说，存在大量风机、水泵类负载，基本上均选择用鼠笼式异步电动机拖动，为达到节能效果，其电动机便可选择应用变频调速、转差离合器控制调速以及调压调速等调速方式进行优化。其中，变频调速可以对同步转速进行调整，更适于转速降低时状态，在风机、水泵系统中应用具有良好效果。以某轮舱底水泵为例进行分析，其水泵型号为CB65，流量为68m3/h，压力为0.223MPa，电动机型号为J02-61-2-H/D2，额定功率为18kW，额定转速为2950r/min，额定电压为380V。配备ACS800-01-0003直接转矩控制变频器，不同流量调节方法效率曲线如图1所示。其中水泵型号为CB68，流量为65m3/h，压力为0.228MPa，电动机型号为J02-61-2-H/D2，额定功率为18kW，额定转速为2950r/min。图1不同流量调节方法效率曲线由图可知，流量比小于80%时，应用变频调速方式进行流量控制，与其他调控方法相比，功率损失比最小，具有最好的节能效果。同时，基于流量调节时水泵会有扬程变化，还需要对不同实需流量和实需扬程下节电率数据进行综合分析。其中，将节电率与系统内装设出口调节阀情况进行对比，实需流量百分比数据与实际计算流量和水泵标称流量进行对比，实需扬程百分比数据将实际计算泵扬程与水泵标称扬程进行对比，确定水泵流量与扬程均存在一定富余量时，节能效果更为明显。
4结束语
船舶电气系统需要长时间持续运行，整个航程运行产生的能耗巨大，为实现节能降耗设计，就需要重点做好电动机分析，选择高效率电动机的同时，根据实际情况确定运转控制方法，并应用变频调速手段，来达到节能降耗目的。
参考文献
船舶节能减排的必要性和实施措施 篇6
一、船舶节能减排的必要性和背景
1.航运企业降本增效可持续发展的要求
持续高涨的燃油成本和持续增长的燃油需求使得船舶节能减排工作成为近年来世界各大航运公司的一个主要任务，近年来，船舶燃料费用呈显著增高趋势，占船舶航运运营总费用支出成本的比例颇大。据统计，油船约占60%，散货船约占50%，定期客货船约占35%，小型运输船也占25%～30%。加强船舶管理和设备维护保养及节能减排的基础性管理，研究和应用节能技术降低船舶能耗，不仅可以为航运企业节省燃油费用，同时减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双双重效益。
2.国计民生的要求
党的十八大报告提出把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面。作为世界第二大温室气体排放国，中国把积极应对气候变化作为关系经济社会发展全局的重大议题，并纳入经济社会发展中长期规划。2009年，我国做出了至2020年单位GDP温室气体排放比2005年下降40%～45%的承诺。交通运输部《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》规定到2015年，与2005年相比较，营运船舶单位运输周转量能耗下降15%以上。
3.国际公约法规的要求
随着环境保护要求的提高，航运企业的温室气体排放已经成为国际社会关注的焦点，世界性组织纷纷出台相应公约和法规来控制船舶废气排放。海上环境保护委员会在2009年10月举行的第58次会议上，分别藉决议MEPC.176（58）和MEPC.177（58）通过MARPOL73/78附则VI（防止船舶污染国际公约）“防止船舶造成空气污染规则”修正案和《氮氧化物技术规则》修正案，其中包括逐步调低全球的燃油含硫量上限和逐步调低氮氧化物（NOx）排放量等等要素的修正案于2010年7月1日全球生效。欧盟及美国相应出台规定进入硫排放控制区域的船舶不能使用超过含硫量标准的燃油。各国都都加快了发展低碳经济，从而提高自身的竞争力。
4.船级社针对新造船2013年1月1日起强制实施《船舶能效设计指数（EEDI）》技术措施；针对营运船及新造船2013年1月1日强制实施《船舶能效管理计划（SEEMP）》管理措施；计划于2015年全面实施基于市场的主要航运碳减排机制（MBM）、国际GHG排放基金（GHGFund）、全球排放交易体系（ETS）等市场措施。
二、推进节能型船舶的发展
1.国家政策支持。交通运输部、财会部、国家发展改革委及工业和信息化部等部门相继出台多项政策并采取中央财政补贴方式，鼓励提前淘汰能耗高、安全和污染风险大的老旧船舶和单壳油轮，加大节能型船舶项目的投入，加快节能技术的推广和应用，充分调动各方的积极性，保障航运安全、促进节能减排，保护水域环境，提高我国航运企业在国际的竞争力。
2.节能型船舶的优化设计。在满足船舶使用的条件下，优化船体线型设计与船型，使船舶阻力小、装载效率高、选配耗油率小的主机，达到船、机、桨、舵的最佳配置，从而提高船舶的推进效率和运输效率，减少燃油的消耗和运营费用。
3.选用高效节能型动力装置，包括主、辅机、锅炉和传动轴系等，主要途径有：
（1）选用高效节能型主柴油机，由于主机的能耗在整个船舶动力装置中占据的比例最大，因此主机的优选对提高船舶动力装置的效率影响最大，目前作为主推进装置的柴油机趋向低转速、长冲程、高增压、高压缩比、电子喷射智能型，能燃烧劣质燃料油的方向发展，主要是降低耗油率，提高船舶营运经济性。
（2）提高螺旋桨推进效率，采用低转速、大直径、高效率螺旋桨，与主机匹配达到最佳机桨配合能发挥最佳推进效效率。
（3）选用可靠性高、热效率高、智能化的柴油发电机组和辅锅炉，它们的燃油消耗量也占据着较大的比重，特别是长期在短航线营运的油轮，辅锅炉的燃油消耗量可以占到船舶消耗燃油总量70%以上。
（4）利用主机废气余热节能技术。最常用的方法是通过废气锅炉产生蒸汽，满足船上燃油、滑油、淡水的加热、和生活杂用。在功率较大的大型船舶上，由于排气余热量大，产生的蒸汽量会有多余，可采用蒸汽轮机发电的余热利用系统，可使船用电力系统输出电量增加30%左右。主辅机冷却水余热可作为制淡装置的热源、加热器的热源、吸收式制冷装置的热源等。
（5）采用主机轴带发电机。由于柴油机在部分负荷工作时，其经济性较差，耗油率增加。当某些船舶较长时间处于部分负荷工作时，可采用主机轴带发电机，不仅可使主机工作在效率高的运行区域，提高效率，而且有可能减少柴油发电机组台数。
4.采用风帆助航。随着电子计算机和自动化技术的发展，用计算机自动控制风帆的操纵及风帆与动力装置的优化配合已经成为现实，为风帆船的发展提供了有力的支持，但由于风能的使用效率还较低目前还于研究试验阶段，有一定的局限性。
5.推广玻璃钢船型。采用玻璃钢材料制造的船舶，自重轻、船体表面光滑阻力小、航速快、重量轻、稳性好、抗风能力强等特点。但是受到玻璃钢“强度有余、刚性不足、耐磨擦性能差”这一材料特性的影响，建造玻璃钢船应以小型船舶为主，如渔船、游艇、航标巡检船等。据统计，玻璃钢船比同尺度钢质船舶节省燃油可达10%，维修费用也能大幅降低。目前，发达国家的渔船大都采用玻璃钢船型，而我国玻璃钢渔船的发展却略显缓慢，数量众多的渔船大都为钢质或木质，发展玻璃钢船型的潜力巨大。
三、营运船舶节能减排的管理措施，主要可从以下几方面措施达到较好的节能效果
1.采用经济航速，船舶和岸基管理人员根据抵港靠泊计划结合当前的海况条件，在保证安全完成作业任务的前提下，采取最低耗油航速，尽量减少不必要的漂航和抛锚机时间以达到最大的节能效果和最佳经济效益。一般而言，在外部环境相同的情况下，船舶主机功率与航速的三次方成正比，主机的功率与耗油率近似成正比关系。如果适当地降低航速，可以明显地降低燃油消耗量。以76 000载重吨油轮为例，主机以85RPM经济航速运行比102RPM全速航行每天可净节省燃油约17吨。但不容忽视的是主机长期在低负荷运行会产生一定的负面影响，需要制定一系列可行的措施来保证主机的安全运行。
2.加强主要机电设备的维护保养和科学管理达到技术节能效果，机电设备是船舶油料最直接的消耗者，抓好机电设备的维护保养，确保机电设备处于良好的工况，充分挖掘节能减排潜力。
（1）按要求对主机和副机（柴油机）进行维护保养，保持进排气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统良好，定期清洗和检修废气透平增压器、喷油器、燃烧室组件，保持主副机工况状态良好、热效率在最佳状态。
（2）尽量使用单台副机运行、减少不必要的用电负荷，以76 000载重吨油轮为例，在总用电负荷相同情况下每多开一台副机并机运行每天需要多消耗约1吨燃油。如停航期间可以停止不必要的水泵、油泵、风机以节省燃油，每天可节能燃油约1吨。据保守计算，正常开航只开一台发电机和停航时尽量减少不必要的水泵、油泵、风机用电负荷，每艘船每年可以节省达250吨燃油，折合人民币约120万元。
（3）按要求对锅炉和废气锅炉进行维护保养，调整正确的风油比例、定期清洗油枪保证燃烧良好，定期对炉膛、集热管表面进行吹灰、清洗保证良好的传热效果，定期处理水质减少水垢的形成，保证锅炉和废气炉处于最佳状态，合理安排货油舱加温、燃油舱加温减少燃油锅炉的耗油量，特别是油轮锅炉的燃油消耗量可占到整个船舶燃油消耗的很大比例，船岸管理人员应该掌握货油特性和靠泊卸货计划，科学、合理安排货油加温和卸货作业，尽量缩短货油加温的时间和卸货时间以节约燃油消耗。
（4）加强燃油管理，对燃油的正确净化、加温处理处理和使用各类添加剂，能够减少设备故障率、提高设备安全性能、延长设备维护周期、提高设备燃烧效率，降低有害物排放，提高燃油利用率，达到降低有害物排放量和降本增效目的。
3.减少船舶阻力。在船舶坞修前选择先进的船壳防污涂料，良好的船壳防污油漆具有在3-5年内保持防止海生物附着和减小船舶阻力的能力；使用优良的船壳打砂、喷涂工艺减小船体的阻力；船壳污底，这主要表现在船舶长时间在海生物活跃的海域停航时生长海生物，可导致船体阻力增加、船速下降、主机燃油消耗量大幅上升，据实船统计，船速下降10%，主机相应耗油量需增加约30%。船舶在航行时期间轮机长和岸基管理人员需要对船速、主机负荷和螺旋桨滑失率进行连续监控掌握船舶阻力的变化，特别是船舶停航时间长增加了海生物生长的几率，必要时需要进行船壳水下清污作业。
4.实施能效管理计划，中海油运从2012年开始在所有船舶上针对能效目标、指标，制定并实施船舶能效管理计划，根据船舶本身特性、航行区域、贸易和其他相关的要求，采取最佳操作方案。在提高船岸管理人员的节能意识和减少燃油消耗方面取得了良好的效果。
5.加装螺旋桨导流鳍，可以改善艉部流场、减少空泡损失，使螺旋桨推进效率提高，据实验推进测试和实船试验，在加装了螺旋桨导流鳍的船舶主机燃油消耗量可降低约1%。
船舶中央冷却系统节能技术研究 篇7
在当今油价高企的同时,全球气候变暖与节能减排成了人们关注的重要议题。2011年7月,国际海事组织(IMO)海洋环境保护委员会第62次会议通过了国际防止船舶污染海洋公约(MARPOL)附则VI“防止船舶污染大气的规定”的修正案,确定能效设计指数(EEDI)对新造船的强制力并适用于400总吨及以上国际航行新船,将于2013年1月1日起正式生效[1]。
EEDI是根据船舶设计给出的单位载重吨下航行单位航程,主机和辅机消耗燃料排放的二氧化碳质量。目前确立的EEDI公式如下[2,3]。
式中 Vref —— 船速/kn;
Capacity—— 最大设计装载工况/t;
CF——无量纲碳转换系数,基于含碳量将燃油消耗量(单位g)转换为CO2排放量(单位g)。下标ME和AE分别代表主机和辅机;
SFC—— 柴油机特定燃油消耗量/g·(kW·h)-1;
PME(i)——主机功率减去轴带发电机后功率/kW;
PAE——辅机功率/kW;
PPTI(i)——轴带发电机功率/kW;
PAEeff(i)——能效技术创新减少的主机功率/kW;
Peff(i) ——能效技术创新减少的辅机功率/kW;
fj——特殊船舶设计的功率修正系数;
fw——因浪高、浪频和风速导致航速降低的失速系数;
fi——因技术或规定要求而对Capacity的限制进行补偿的修正系数;
feff(i)——每个创新能效技术的可用系数。
EEDI值越低,船舶能效越高。从公式可以看出,采用新型节能技术是优化EEDI指数的重要措施。
1 船舶中央冷却系统节能分析
船舶中央冷却系统作为船舶动力系统的重要组成部分,对其节能潜力的研究将有助于提高船舶能源使用效率[4,5]。为了保证船舶全球航行的需要,中央冷却系统的设计工况为船舶在热带32℃水域全速航行。但实际情况是,一方面船舶大部分时间是在低于32℃的海域中航行,另一方面船舶又大多处于主机常用功率点下的经济航速。因此,主海水泵长期在超出实际需要的功率下运行。为降低中央冷却系统的运行费用并起到节能的作用,董威[6]等提出了采用变频系统对海水泵进行无级调速以提高中央冷却系统的运营经济性,但没有给出具体方案。本文将基于某57 000吨散货船的设计参数,利用水泵变频节能技术对船舶中央冷却系统进行节能研究并提出设计方案。水泵调速是根据泵的相似原理。
式中 q1、H1、P1——水泵额定转速n1下的流量、扬程与轴功率;
q2、H2、P2——水泵调节后转速n2下的流量、扬程与轴功率。
由式(2)可知,泵的转速与流量、扬程、功率均成正比。从理论上讲, 泵转速降低10%,流量减少10%、扬程降低19%、轴功率降低27.1%。
2 节能控制方案设计
船舶中央冷却系统主海水泵变频自动调速系统的解决方案见图1。出于控制初始投资费用的考虑,该方案的海水泵组选用两台变频泵与一台定速泵并联,定速泵作为备用泵,每台泵的额定流量为设计工况流量的50%。工作原理是以冷却淡水温度Tf、海水入口温度Tsi与中央冷却器进口压力Hs作为输人信号,由控制单元控制变频器自动对主海水泵组进行无级调速以匹配各种工况下的海水流量需求。在海水温度降低或冷却淡水温度降低时,泵组减小海水流量;在海水温度或冷却水温度升高时,泵组加大海水流量。泵组运行方案见表1。考虑到变频泵的有效工作范围是额定转速的50%～100%,当实际海水流量低于设计工况流量的25%时,变频泵以额定转速的50%运行;两台变频泵同时开启时,以相同转速运行以避免水力不对称。该系统的特点是实现海水泵组变流量线性化控制,泵的平滑启停操控可延长设备使用寿命,并且可以设置最小出口压力以保证冷却器的换热效率。
3 中央冷却系统变频节能计算
为了得到变频泵组的实际节能成效,首先对冷却系统进行热力学与传热学分析,然后结合变频泵特性计算节省的能耗,最后进行投资收益分析[7]。
远洋货轮航行工况较单一,因此可以对几种常用工况进行热负荷计算[8],各工况点下的热负荷值见表2。本船主机为一台MAN 6S50MC型柴油机,MCR点为9 480 kW,CSR点为8 532 kW。辅机为三台额定功率660 kW的五缸柴油机。其它需冷却设备包括:主空压机、中央空调冷凝器、冷藏装置压缩机冷凝器、集控室空调、厨房空调器、大气冷凝器以及中间轴承。
出于对中央冷却器传热效率高与结构紧凑的要求,本船选用板式换热器。按照其设计原理,传热基本方程式为
Q=K·A·ΔTc (3)
式中 K——换热器总传热系数/W·m-2·℃-1;
A——总传热面积/m2;
ΔTc——换热介质的平均温差/℃。
根据热平衡方程,计算对数平均温差
式中 ti——淡水进中央冷却器的温度/℃;
to——淡水出中央冷却器的温度/℃;
tsi——海水进中央冷却器的温度/℃;
tso——海水出中央冷却器的温度/℃;
中央冷却器中淡水侧与海水侧的热平衡方程式
Qd=Cdρdqd(to-ti) (5)
Qs=Csρsqs(tso-tsi) (6)
式中 Qd——低温淡水放出的热量/kW;
Cd——淡水的比热/kJ·kg-1·℃-1;
ρd——淡水密度/kg·m-3;
qd——淡水流量/m3·s-1;
Qs——冷却海水得到的热量/kW;
Cs——海水的比热/kJ·kg-1·℃-1;
ρs——海水密度/kg·m-3;
qs——海水流量/m3·s-1。
泵变速调节是指在管路特性曲线不变的情况下,通过改变转速来改变泵的性能曲线,从而使管路系统各工况点落在泵的高效区[9]。系统设计流量与扬程曲线为
Hs=2.54×10-4·q2s (7)
按照泵的相似定律,所选泵的相似抛物线应与管路特性曲线相匹配。现选用额定排量320 m3/h,进出口压差为0.25 MPa的变频泵。根据设备生产厂方提供数据,绘制不同转速下泵流量与压头、流量与效率曲线,见图2。泵在883 r/min到1 765 r/min的转速变化范围内维持在高效点运行,泵的效率ηp为78%。
海水泵的输出功率为
式中 g——重力加速度/m·s-2;
Hs——海水泵压头/m;
ηp——泵的效率;
ηm——电机效率;
ηc——变频器效率。
该变频系统有效工作范围是30～60 Hz,变频器效率ηc在此范围内变化较小可以忽略,因此取额定值95%。电机实际效率在此工作范围内随频率的降低而平缓降低,建立电机效率ηm与频率f的关系[10,11]
ηm=0.213 35+2.512×10-2f-2.197×10-4f2 (9)
通过以上公式和曲线可求得一定工况下船舶航行在海水温度为tsi的海域时,海水泵组为适应系统冷却热负荷提供海水流量qs所需的电机功率Ps。
根据变频泵组的特点,电机功耗在一定系统热负荷下随冷却系统海水进口温度变化的曲线见图3。图中,曲线Qd、Qe、Qs分别代表船舶在设计航速、经济航速和低速航行的热负荷下,海水温度与海水泵功耗之间的关系。由曲线Qd可得,传统定速海水泵在设计工况下,即船舶全速航行于热带32℃海域时的运行功率为117.9 kW。但在实际运营中,船舶一般在经济航速下运行,海水温度绝大部分时候都低于32℃。现以穿越苏伊士运河的欧亚航线为例,春夏季该航线海水平均温度为26.5℃,在该温度下变频泵电机功率为60.66 kW;秋冬季该航线海水平均温度为20℃,此时变频泵电机功率为49.46 kW。
首先对该方案进行能效设计分析[12]。将设计院提供的57 000吨散货船原始数据代入EEDI公式进行计算,得出该船未使用海水泵变频方案时的能效设计指数为5.304 2。如使用海水泵变频方案,该船EEDI指数将降低为5.256 9,指数下降了0.047 3。
现对海水泵变频方案进行投资收益分析。假设该船全年在春夏季与秋冬季各航行100天,总用电量为(60.66+49.46)×100×24=264 288 kW·h;定速海水泵设计工况下共运行200天,总用电量为117.9×200×24=565 920 kW·h。即使用变频方案后,航行一年可节电301 632 kW·h。辅机燃料消耗率为205.8 g/kW·h,柴油以市场价8元/kg计算,一年可节省油耗496 606元。相比传统中央冷却系统,海水变流量控制方案的附加投资为两组变频器与一套控制系统。利用动态回收期公式计算通过节约燃料所得的收益A逐年偿还附加投资P及利息的年限n。
式中 i——贷款年利率,取7%。
根据目前变频器以及相关控制设备行情价格估算,附加投资约为10万元,计算可得n=0.21,即该系统持续运行约3个月就可收回附加初始投资。
4 结语
为适应即将实行的船舶能效设计指数提出的要求,本文针对传统船舶中央冷却系统中耗能最高的海水泵组提出了变频控制方案并进行了节能分析。研究结果表明,应用变频调速控制的海水泵组不仅降低了EEDI指数,可以实现节能减排。而且在能源价格不断上涨的背景及预期下,有效减少了运营费用。整套设备的附加投资能够在半年之内通过节省的燃油费用收回,具有非常良好的节能效益。
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几种船舶节能技术性能分析 篇8
1 几种船舶节能性能分析
1.1 小水线面双体船型
由于排水在水下,受到兴波阻力的影响要小于其它小船,但是却增加了摩擦阻力,因此,可以通过将大直径低转速的螺旋桨安装到该型船中,可以更有利于水下水流工作,使推进效率得到加强,从而达到节能效果。
1.2 双艉鳍船型
由于艉片细长利于避免船舶受到波形干扰。同时,通过加长船艉压浪长度使尾部的尾流分离状况降低,减少了各方面带来的阻力,并且通过片体螺旋桨轴的伸出,使桨轴间距加大0.5B左右,流场状态得到改善等。该船型不仅航行好、速度快、阻力小,而且操作灵活方便,节能达26%以上。
1.3 球艉和球鼻艏船型
在船体水线艉部区设有端形体,通过流体力学原理不仅能够降低兴波阻力,而且还能够减小激振力和提高推进效率,使主机节省10%左右的功率;而后者根据实际船型设计进行优配,不仅能够抵消球鼻艏与船体艏形成的波,还能够调节船的纵倾,减低阻力,使节能效果达到1 5%以上。
除此以外,新型纵流槽和潜吃水肥大型船型也是目前国内外船舶船型节能的最佳选择。
2 加强推进效率节能
为了使船舶推进效率获得加强,可以采用舵球、扭曲舵、浆前导流鳍、浆后自旋助推叶轮等匹配方式使船舶节能。首先,在螺旋浆后面的舵叶导边和轴线处安装舵球,并且与浆帽相对,球体和椎体分别在端部和向后延伸处。由于舵球的安装正好填补了螺旋桨后面的低压区,因此桨叶间的压力被减小,增强了螺旋桨效率;其次,充分利用螺旋桨尾流处的能量,通过扭曲节能舵减小未打舵角时的阻力;第三,采用中央冷却技术,中央冷却系统是指各种设备的低温部件和高温部件都采用淡水闭式冷却,在中央冷却器中,实现低温淡水和海水的热量交换,与海水直接交换热量的只有中央冷却器,海水系统属于开式冷却。中央冷却系统由海水系统、低温淡水系统和高温淡水系统组成。最后,为了减小水流对螺旋桨造成的影响,通过桨前导流鳍和桨后自旋助推叶轮,前者在改变与螺旋桨旋转方向相反的旋流情况下使螺旋桨效率提高达到节能效果,而后者主要是在桨尾流作用下自由转动形成附加推力使螺旋桨效率提高达到节能效果。例如:在500 t的海货船上安装扭曲舵后,其节能效果能达到10%左右。如下图2所示。
3 船舶阻力减小节能
由于有很多因素都会使船舶阻力受到影响,因此,在减少船舶阻力方面可以通过优化船舶的船型和线型、使船体粗糙度减少、船艉附体等方法来减少船舶阻力达到节能作用。一般的船型和线型有:球鼻艏、艉端球、球艉、艉鳍、纵流、小水面双体等。其中,由于球鼻艏主要由双球鼻构成,因此,又称减阻节能球鼻艏。如下图1所示。
通过调查发现,该减阻球鼻艏能够使兴波阻力获得有效减少,并使节能效果达到16%以上。当船舶长期使用以后,船壳就会出现腐蚀和污底沉积严重等现象,导致耗油量增大。因此,采用防污涂料、电解海水防污、定期清理污底、打砂船壳板等方式减小船舶因粗造度形成的阻力。除此以外,将10 m微缝板安装于船艏两侧,当空气喷出时所产生的微气泡来减小受水的摩擦,从而节省燃油的消耗,达到节能的目的。
4 加强船舶动力装置效率节能
历经几十年的发展,我国已经步入世界焊接大国行列,在造船领域中位居世界第三位,但依然称不上是焊接强国。造船焊接工艺方法多样化一直是摆在造船焊接技术人员面前的重大课题。我当前的造船焊接工艺及方法已经超过四十种,已经获取船级社的认可。高效焊接技术不但可以在散货船、集装箱传以及油船等主力船型中进行应用,而且还广泛应用于液化天然气船、大型散装箱船、液化石油气船以及大型油船等。
在船舶动力装置中,主机的合理选择是加强船舶动力装置效率,达到节能最佳方式之一。因此,本文中将采用由主机和电动机、主机离合器和电站管理系统、轴带发电机和废气锅炉,以及蒸汽透平发电机和动力透平构成的混合动力装置来降低船舶耗油量,达到最佳节能效果。首先,通过主机缸套水与扫、空气热能混合动力装置向锅炉给水加热,并回收排气热能,利用所形成的蒸汽控制蒸汽透平和动力透平,从而控制发电机。其具体模式为:当船舶辅助设备电能低于所提供的电能时,那么多余电能将通过轴带电动机使螺旋桨的输出功率得到提高;相反,则通过轴带电动机进行补充;当主柴油机功率低于推进功率时,通过热能回收和副机驱动轴带电动机使螺旋桨的输出功率得到提高,相反,则通过副机驱动轴带电动机,以提供航行动力。不仅能够使柴油机安装功率得到减低、使推进装置的冗余性获得提高,而且还能够使电站管理系统得到优化、减少耗油量和污染等。
总而言之,在船舶节能中,节能技术有许多种,除了加强推进效率和船舶阻力减小,以及加强船舶动力装置效率外,管理和维护节能也是船舶节能技术中的不可缺少的。根据船舶实际情况综合利用和选择合适的节能方式,才能使节能效果达到最佳状态。
参考文献
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关于船舶节能减排信息化方法的研究 篇9
在环境责任方面, 企业积极响应国家节能减排号召, 努力践行中央企业在“全球契约”中对社会的承诺, 推动传统产业转型升级。公司在技术节能与管理节能方面做了大量工作, 谋求从多方面、多角度发掘节能潜力。根据海洋石油“二次跨越”战略构想及公司“十二五”规划, 越来越多的船舶将投入到海洋石油生产作业中, 每年燃油消耗多达10万吨。因此, 寻求一种信息化的手段实现对船舶油耗的精细化管理, 实现节能降耗、节能减排, 不仅是企业目前迫切的管理需求, 也是企业义不容辞的责任。
1 系统设计原理
1.1 系统设计思路
随着国民经济的发展及中海油业务的不断扩大, 传统的油耗统计方法和监控手段, 很难满足公司日益壮大的船队规模与统计的要求。随着信息化技术的日益成熟, 信息技术的高速发展与进步, 为燃油科学化、数字化管理提供了成熟的解决方案, 使构建新型的信息化燃油管理模式成为可能。我公司意识到信息化管理对船舶节能减排的重要性, 积极组织研发队伍, 充分研究船舶原理, 结合多次上船实地调研结果, 通过与轮机长及船舶管理人员的交流学习, 最终设计出一套利用信息化手段对船舶实行节能降耗管理的系统。
通过分析研究其工作原理, 系统动态采集主辅机启停状态、运行功率、瞬时转速、实时油耗等信息;通过后台分析, 计算各发动机油耗指标、不同海况和工况下的经济转速等, 来指导船舶作业。
1.2 系统设计概述
船舶油耗监管系统的设计, 以船舶为研究对象, 根据船舶的推进和柴油机工作原理, 集成应用北斗卫星通信系统、地理信息系统 (GIS) 、多媒体计算机、互联网和传感测量等多项高新技术, 通过功能强大的船载终端, 实时采集船舶发动机实时状态、油耗、转速和船舶航行通导等数据, 通过北斗卫星发回岸基系统, 岸基系统通过对数据进行分析、搜集以及数据挖掘, 将船舶发动机油耗数据, 转速数据, 船舶航速, 每海里油耗量以及AIS信息等进行运算及图形化处理后发送到用户监控端;企业管理者通过用户监控端可以实时监控、智能化分析船舶油耗等数据, 并且可以查看船舶历史工作情况, 实现船舶油耗的远程实时监控与管理。
利用信息化技术改造现有船舶系统, 通过加装信息采集设备、油耗探测设备等传感器, 不涉及发动机、船型的改进, 不破坏船舶原有线路及油路, 适合广大船舶的安装与推广。利用信息化手段节能增效, 实施方便, 成本较低, 效果明显。主要有以下几点:
1.2.1 通过该系统监控船舶航行通导、发动机油耗和转速信息, 实现船舶燃油消耗状况实时远程监测。
1.2.2 通过对实时的测量数据进行统计分析, 根据发动机油耗、转速与航速之间的关系式对船舶油耗进行分析计算, 得到各船舶单位马力单位时间油耗指标, 根据该指标, 指导船舶在不同海况工况下的经济航速, 实现船舶油耗最经济的目标。
1.2.3 通过船舶油耗指标预测船舶燃油消耗, 并与实际消耗实时进行对比, 发现异常及时告警, 极大提高了船舶燃油“跑、冒、滴、漏”等非正常消耗的预防及报警能力, 节约能源的同时, 也大大减低了污油、污水的产生。
1.2.4 通过该系统为企业提供实时监控和数据管理平台, 实时高效的数据采集与传输, 船舶定位, 结合船舶性能指标辅助生产调度系统, 实现船舶作业的更合理安排, 使管理更轻松, 航运更高效, 有效地降低船舶航运作业燃油消耗量, 促进公司节能减排目标的实现。
1.3 系统主要组成部分及工作原理
1.3.1 油耗测量装置
流量计, 用于发动机燃油供给的实时精确测量, 包括发动机瞬时油耗和累积油耗的计量、显示, 以及通过RS485接口与船载终端的通信。它是整个系统的核心部分, 它的准确性、实时性以及稳定性将决定整个系统的使用价值。通过该装置, 可以省去人工统计油耗量的工作, 提高数据采集的精确性及船舶的运作效率。
虽然每条船油路系统不尽相同, 但船舶油料的主要路径均是从油仓中首先流入沉淀柜沉淀, 再流入日用柜, 之后由日用柜对主机、辅机、锅炉供油, 对于未完全燃烧的油料再经回流管流入到日用柜当中。在主辅机的进油管、回油管处加装流量计, 可以准备的得出船舶实际燃油消耗情况。
1.3.2 船载终端系统
它是连通船舶和岸基系统的桥梁, 实时采集汇总发动机启停时间、运转功率、转速、航行里程、AIS、流量计信息等数据, 并计算和显示船舶航速、每海里油耗量等数据, 然后利用北斗卫星通信系统将数据发到岸基系统, 如图1所示。
对于较新、自动化程度较高的船舶, 系统可与船舶集控室主机连接, 通过协议转换实时采集船舶运行状态数据;对于较旧、自动化程度不高的船舶, 对于某些数据的采集将通过加装传感器实现, 系统通过传感器实时获取船舶运行状态数据, 如转速传感器等。
通过船载终端系统, 可以实时准确地了解船舶发动机的工作状况, 船舶行驶位置和速度等信息, 这对管理船舶油耗起着重要的作用, 解决了何时何地船舶在干什么的问题, 使船舶管理者对船舶的运作情况了如指掌。
1.3.3 岸基数据分析系统
岸基数据分析系统由服务器、数据库、软件分析平台等组成。它是面对船舶和船舶管理者的重要设备, 负责接收汇总船载终端实时发送回来的数据, 对数据进行入库、存储、分析处理、出库等操作, 支持多个用户和多个船载终端并发访问。岸基系统是船舶远程管理的核心设备, 通过它排查油料异常消耗、合理安排船舶作业任务, 达到节能减排、指导生产的目的。其具体的实现方式, 将在下节详细介绍。
1.3.4 用户监控端系统
综合监控船舶的各项工况数据、燃油消耗数据、地理信息、实时航迹、生产统计报表等信息, 以地图、图表、报表的形式表现, 便于用户对单船、船队等的管理与分析;也可以对历史数据进行回放与追溯。用户监控端是船舶管理者监控管理船舶的重要窗口, 管理者通过它可以实时了解所管理船舶的运作情况, 提高船舶管理的技术水平和工作效率。
2 系统节能分析
在全球气候变暖现象加剧、我国长期受雾霾天气困扰的背景下, 我公司设计研发的船舶油耗监管系统, 在船舶节能减排、降耗增效方面, 发挥了重大的作用。
2.1 技术节能分析
船舶油耗方面, 当前无论是公司自有船队, 还是外雇船舶, 其作业所需燃油均由船舶租赁方统一供给, 其成本与船上管理人员及船东关系不大。因此, 船上机组人员或船东在船舶节能降耗方面并不积极, 而之前公司在这方面也缺乏一种强有力的监管手段。船舶油耗监管系统的上线, 可以精确计算出船舶不同海况工况下的经济航速, 可以统计分析出船舶单位马力单位时间油耗等船舶性能指标, 甚至可以计算出每一台发动机的燃油消耗指标。
通过经济航速指导船舶作业, 通过船舶性能指标来约束、监管及定期考核船东, 通过6个月的试运行, 试验船舶油耗降低近13%。按每年燃油消耗10万吨计算, 一年可以节约燃油消耗1.3万吨。
2.2 管理节能分析
本系统为船舶管理提供实时监控手段和综合管理、统计分析服务, 能实时高效的动态采集数据并传输到陆地, 实现船舶定位跟踪、运转监控, 结合生产调度、财务管理等, 整合船舶运输产业的流程。通过本系统可有效提高船运管理水平, 节能减排, 降低运行成本, 为业主、船东带来可观的经济效益, 提高市场竞争能力。通过该系统的统计分析功能, 辅以合理的操作和优化的指挥调度, 合理选用船只、优化分配任务以达到节能减排、降耗增效的目的。
2.2.1 两船两任务, 优化任务分配
如在其他条件均一定的条件下, 有A、B两条船, 和两个船运任务:任务一需航行60小时, 停靠装载72小时;任务二需航行100小时, 停靠装载48小时。
系统采集日常数据积累并统计船舶单位时间油耗, 得出船A单位时间油耗为0.7 (吨/小时) , 船B为0.85 (吨/小时) , 但船A与船B性能相同。这样在安排出航任务时采取优化任务分配, 时尽量安排船A航行时间、里程较长的;船B则尽量分配停靠时间较长、航行里程较短的。
2.2.2 两船单任务, 择优选船
在海洋石油作业、运输中, 除了船的吨位、功率外, 船的甲板面积 (或各种罐体的容积, 这里以面积为例) 也是重要的性能指标, 通过本系统的统计分析功能可计算出单船单位面积 (容积) /小时的油耗, 可根据该值进行合理调度, 最大发挥船的性能。
例如甲板面积同为800平米的船 (也可以不同) , 经统计船A单位面积油耗0.0035 (吨/小时) , 船B单位面积油耗为0.0039 (吨/小时) 。现有一趟船运任务, 船A和船B要完成的预计条件是:
*船A, 航行110小时, 总油耗为0.0035*800*110=308吨;
*船B, 航行104小时, 总油耗为0.0039*800*104=324.48吨。
虽然船A航行时间长一些, 但由于其油耗较少, 该任务尽量安排船A出行。
3 总结
船舶油耗监管系统的设计研发, 是我公司利用信息化技术在船舶节能减排、降耗增效方面一次大胆的、成功的尝试, 大力提升了公司的价值创造力、低碳竞争力和可持续发展能力, 以更安全、更环保、更高效的方式, 推动了企业与社会、环境的共同繁荣与发展, 为其他船运企业的节能减排提供了一个切实有效的借鉴案例。该系统的成功实施, 在技术上与管理上, 有效地降低了船舶燃油的消耗量, 为国家和企业节约了大量能源, 保护了环境, 体现了中海油作为大型央企对社会负责任的态度。
参考文献
[1]郑士君, 黄爱平, 岳跃申, 蔡德庆, 张燃, 王勇.海运企业能效管理信息系统研发[J].中国航海, 2010.
[2]陶秀, 樊喆, 严新平, 陶剑锋.船舶燃油使用状况实时远程监测系统[J].船舶工程, 2008.
船舶节能 篇10
关键词：船舶,节能减排,环保
0 引言
船舶的碳排放具有移动性、跨区域性、无界性等特点, 为了响应国家环境保护的要求, 船舶的设计开始向着节能减排的方向发展, 随着科学技术的进步节能型船舶的设计已经取得了一些成就, 但是仍然存在一些问题, 本文就节能型船舶的发展趋势和研发中存在的问题进行分析, 同时提出了船舶节能减排的技术策略。
1 航运业碳排放和节能减排的现状
1.1 航运业碳排放现状
相对于其他运输方式, 航运业是比较环保、节能的运输方式, 因此航运业的碳排放的问题一直被忽视。通过比较航运业和其他运输行业的碳排放, 可以看出航运业的碳排放量最小, 但是这并不意味着航运业不需要进行减排, 目前越来越多的国家开始注视航运业的减排问题。对于中国, 交通运输业是油品消费较大的行业, 其中航运业占的比例较大, 因此航运业的碳排放总量较低, 但是增长速度却超过了其他行业。
1.2 航运业节能减排的现状
随着可持续发展战略的提出, 我国通过制定节能减排的具体目标和措施, 使得航运业在节能减排方面取得了一定的成绩, 但是在航运业的节能减排中仍然存在一些问题:节能管理机制不健全, 不协调;缺乏市场经济的刺激政策和手段;基础工作不到位;能耗控制机制不完善;节能信息服务不完善等。
2 节能型船舶的发展趋势和在研发中存在的问题
2.1 节能型船舶的发展趋势
目前节能减排已经成为船舶行业关注的重要问题, 选择节能型船舶是节能减排的重要因素。选择节能型船舶需要坚持的两个原则:1) 根据不同的地形, 不同河流, 选择不同的节能型船型;2) 根据经济效益因素选择不同的节能型船型。节能型船舶除了船型、螺旋桨等因素影响节能外, 还存在许多因素, 比如航速和外界条件等。
2.2 节能型船舶在研发中存在的问题
1) 政府支持力度不够
节能型船舶的研发与推广需要大量的资金, 因此节能型船舶必须得到政府的大力支持才能取得明显的进步, 但是部分政府对于节能型船舶的环保作用认识不到位, 并没有给予资金以及政策上的支持, 这是节能型船舶在研发中存在的主要问题。
2) 节能环保意识不强
人们对于环境保护的意识不强, 必须依靠宣传才能增强节能减排的意识。节能型船舶的宣传力度不够, 导致决策者以及船东对节能型船舶的认识不够, 从而影响节能型船舶的研发和推广。
3) 短期经济利益的影响
节能型船舶的造价较高, 受经济利益的影响, 大多数船东会选择造价低、短期经济效益高的船舶, 一般不会选择造价高的节能型船舶。
4) 基础设施的制约
目前我国中一半的航道存在机械化程度低、技术条件差、工作效率低等问题, 这些问题影响大型节能型船舶的推广。
5) 缺乏法律保障
近年来环境污染日益严重, 需要利用法律对环境保护进行制约, 目前船舶的能耗对环境污染造成的影响非常的大, 由于缺乏法律保障, 对于环保型船舶没有明确的规定, 导致节能型船舶推广受到阻碍。
3 内河船舶节能减排的应对措施
船舶的节能技术需要从以下几个方面进行考虑:降低船舶阻力、提高推进效率、优化系统配置、节能设备的应用、新型能源的开发与利用。
船舶的减排技术应该从以下几个方面进行考虑:通过节能进行减排、船舶整体设计、设备配置的问题、使用的燃油。
3.1 降低船体的阻力
对船体进行低阻力线性设计可以起到节能降耗的效果。低阻力线型设计如图1所示, 主要包括总体设计优化和线型优化, 经过验证, 低阻力线型能够节约1%~3%的能源。除了对船体进行低阻力线型设计可以减少船体的阻力以外, 船体表面也可以进行减阻处理, 主要包括减阻涂料和气泡减阻两种方法。其中气泡减阻是利用空气润滑的概念, 并且气泡减阻已经在船舶中得到应用。利用涂料进行减阻可以节省4%~8%的功率, 目前已经运用到大型集装箱上, 但是还没有应用到小型和散装船。理论研究Theoretical Research
3.2 提高推进效率
提高船体的推进效率技术包括改善尾部设计、采用主机设备两种方法。其中改善尾部设计主要是指加装螺旋桨, 采用曲角舵以及加装舵前缘整流体等方法。利用主机降低功率, 可以降低船舶的燃油率, 采取这项技术可以节省3%~6%的能源消耗。
3.3 利用废热进行节能减排
船舶运行过程中会产生大量的热量, 大多数以热辐射和热交换以及废气的形式消耗掉。采用废气再利用技术不仅可以节约能耗, 还能起到环保的作用, 由于对于废热再利用的技术较为复杂, 因此在大型集装箱船中的应用较多。
3.4 燃油使用方法的改变
在船舶中采用轻质低硫燃油和燃油乳化技术, 都可以起到减排的目的。利用燃油乳化技术降低了燃油的燃点, 从而降低了碳化物的形成, 起到了减排的目的, 在新船上采用这项技术比较实用。
3.5 对船舶进行压载水处理
对于船舶进行压载水处理主要包括两个方面:采用压载水处理装置;研发无压载水船舶。在压载水处理方法中, 分离加化学消毒方法应用较为广泛。将压载水处理系统应用到船舶上面临几个问题:增加了生产成本;选择合适的位置来满足设备的需求;达到防爆要求等。无压载水船舶的研究已经得到人们的广泛关注, 并且取得一定的成就, 但是仍存在部分技术问题, 因此今后对无压载水船舶的研发具有重要意义。
4 结论
通过本文对航运业节能减排现状的研究可以看出我国在创建节能减排的航运业中存在部分问题, 发展航运业的低碳排放以及节能减排是我国航运业面临的一个挑战。随着我国环境保护力度的加强以及节能型船舶研发力度的加大, 我国船舶节能减排技术将会逐步完善, 推动航运业的发展和进步。
参考文献
[1]徐建豪, 龚安祥.中国航运业节能减排存在的问题及对策[J].世界海运, 2011, 3 (11) :42-44.
[2]郭万达, 冯月秋.低碳发展:制度重于科技[J].开放导报, 2011 (4) .