船舶节能管理（精选8篇）
船舶节能管理 篇1
在大力进行环境保护和节能减排工作的今天, 越来越多的行业和企业意识到生态环境的危害和能源资源的短缺, 节能减排也是我国在经济可持续的发展道路中的必要组成。我国在能源占有量上较低, 但是消耗量却相当大, 能源的利用效率也比较低, 所以节能减排问题不容忽视。我国的船舶节能减排工作虽然取得了一定的成绩, 但是也存在很多问题, 不仅对导致环境污染, 也造成了很多不必要的能源消耗, 直接制约了我国船舶节能减排的发展。
一、船舶节能减排的必要性
船舶节能减排是我国航运业发展的需要。对于航运企业来说, 经济效益是最突出的目的, 这就要求航速和油耗关系保持最佳的状态。近年来我国大力提倡环境保护和节能减排, 所以航运业无形之中增大了社会责任和环境压力。航运业在营运时, 要结合航运的线路和实际情况, 对船舶的运行情况和相关参数进行记录, 最终得出实际的能源消耗量, 为节能减排的研究提供有效的数据, 使我国航运业的发展道路更加顺利。另一方面, 船舶节能减排是我国法律法规基于环境保护和能源保护提出的强制性要求。我国政府对于环境方面, 向全世界明确了态度, 国务院确定了节能减排和交通运输发展规划相关计划和方案, 所以说船舶业的节能减排对于我国在环境保护和能源保护方面有着一致的战略目标。
二、当前我国在船舶节能减排方面存在的问题
随着我国航运业蒸蒸日上的发展, 伴随而来的节能减排问题也日益突出。我国在船舶节能减排方面, 相对来说起步较晚, 很多相关法律法规和管理制度还有待加强和完善, 对于节能减排缺乏完善的计划和管理体系以及检测和监督体系, 另外在支撑和保障方面也有所欠缺。我国的一些航运公司达不到高标准程度, 船型相对来说缺乏先进性, 专业性的船舶数量更是稀少。所以我国沿海和内河的航运公司在运营过程中, 存在很多相对老旧和落后的船舶, 对于航运业的安全性有很大的影响, 并且在能源的利用方面效率较低, 不仅导致严重的资源能源浪费, 也对周边环境以及大气造成严重的污染。虽然我国一直致力于环境保护和节能减排的宣传和切实执行, 但还是有一些公司在节能减排方面不够重视, 只注重航运带来的利益, 而完全没有想到对于环境的影响和资源的浪费。另外, 相对于其他国家来说, 我国航运企业对于船舶的节能减排缺乏足够的技术创新, 有些企业甚至直接引进节能减排技术, 这就抑制了我国的节能减排技术的发展, 导致我国在节能减排方面一直相对落后。
三、对船舶节能减排的几点想法
1. 完善船舶节能减排管理
对于船舶的节能减排管理, 需要在企业管理实践中有效的融合相应管理学的有关理论, 创建出一套合理有效的管理模式, 以使企业的发展目标适应我国社会发展的最终方向。另外要对船舶本身进行科学的管理, 对于不同型号和作业的船舶, 根据切实测量和统计数据, 科学的制定相关耗油参数。船舶实际产出和耗油量的比值, 能够直接显示船舶的营运效率, 以及船舶在能源利用上的效率, 所以应对船舶进行数据追踪, 加强船舶本身能耗定额的管理, 有利于船舶的节能减排工作。
2. 创新船舶节能减排技术
应完善和创新我国的船舶节能减排技术, 加大资金的投入力度, 致力于我国节能减排技术的研究, 开发新型环保船型, 减少船舶的油耗量, 优化技术, 改进航路、缩短航程, 从根本上缓解能源问题, 促进船舶节能减排的发展, 有效的控制船舶营运所带来的环境污染, 减少能源资源的损耗量, 有利于我国节能减排工作的进行。
3. 提高船舶的营运效率
船舶在营运过程中, 应根据船舶航行的具体要求及实际情况进行航速和主机转速的设定, 是航速达到最经济的状态, 以完成节能减排的要求。在船舶航行之前, 对天气和洋流进行的预测, 设定最佳航线, 以避免船舶产生多余的能耗。在大型的船舶上也要进行相关的管理, 让船舶在合理的情况下达到满载状态, 并且科学的安排船舶的工班和辅机, 以减少船舶的工作台数和时间, 避免不必要船舶能耗量, 从而达到节能减排的目的。
4. 规范船舶航运操作
船舶在作业过程中, 不可避免的会产生烟囱冒浓黑烟的状况, 这种现象的产生主要是由于操作过程中加车过猛和过急。浓黑烟就是不完全燃烧的油分子颗粒和不完全燃烧而产生炭黑。这些黑烟如果能够得到完全燃烧, 将其充分利用, 这样也能够节约一些能源, 长此以往, 会得到很大的收益。所以船舶在营运过程中, 应防止加车过猛的现象, 航行的速度保持稳定, 严格按照操作规范进行操作, 达到船舶油耗的最佳效率, 从而减少能源的浪费, 有利于船舶节能减排工作的进行。
5. 加强对船舶的维护和保养
船舶的节能减排工作是一项比较系统的工程, 在开发和优化技术节能的基础上, 还要对船舶进行有效的管理, 让船舶以最佳的状态作业, 减少船舶各个工作环节的损耗, 优化操作系统的技术状态, 提高机械的工作效率, 也能一定程度上节约能耗, 提高船舶节能减排工作的有效性。
四、结束语
船舶节能减排问题是当前我国航运业的重点研究问题, 这要求我国加强政策力度, 航运企业对节能减排给予高度的重视, 加强船舶节能减排技术的创新和完善, 积极主动的进行技术研发和推广, 制定科学有效的船舶管理规划和方案, 减少不必要的能耗, 提高能源的利用效率, 从而达到节能减排的目的, 使船舶节能减排工作得到良好的发展, 不仅符合我国环境保护和节能减排战略性规划, 还能使我国航运业的发展更进一步。
摘要：近年来, 随着我国经济不断迅速的发展, 我国的能源消耗量巨大, 对于环境也产生了一定程度的污染, 基于这些能源和环境问题, 我国对此也给予了高度的重视, 大力提倡环境保护和节能减排。我国的航运业在我国能源消耗量中占有很大的比重, 所以船舶节能减排问题日益严峻。为适应和促进我国环境保护和节能减排工作的进行, 我国航运业应加强对船舶节能减排的管理。本文对当前我国船舶节能减排问题进行研究, 并得出相关的实践体会。
关键词：船舶,节能减排,研究,实践体会
参考文献
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船舶设计节能减排技术策略研究 篇2
关键词：船舶设计 节能减排 技术策略 研究与分析 对策建议
中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0051-01
由于全球气候变暖，人类生活的自然环境发生了急速转变，能源紧缺、环境恶化等现象给经济发展带来了沉重的无形枷锁。中国正在进入节能减排时代，船舶航运作为贸易运输的主体，其能源结构和废气排放对自然环境的影响很大，因此从船舶设计入手，研究节能减排技术，以尽可能地减少船舶航运对环境的不利影响。
1 我国船舶行业节能减排技术的发展现状
《国际防止船舶造成污染公约》、《控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约》是船舶设计有关节能减排的重要条款，其主要目的在于降低船舶对其航运路线周边环境的污染和影响。我国在“绿色标准革命”下，对船舶工业发展格局做出了大刀阔斧的改革和调整。除分阶段提高空气污染的限制标准、分阶段对船舶发动机的燃油含硫量、NOX进行集中控制之外，我国在船舶能效管理计划、设计指数、运营指数等方面都进行了多次修订和调整。由此可见，在国际竞争压力和经济市场需求的双重影响下，节能减排技术已经成为船舶工业建设的有力竞争手段，其发展状态不容忽视。
2 节能减排的应对措施
船舶在航运过程中会释放出大量的碳化物、硫化物、氮化物，产生噪音、压载水、生活垃圾等污染物，这些污染涉及到船舶运营的多个工作系统，所以要想实现节能减排，必须从多角度、多方面入手，利用节能减排技术，设计、控制污染，降低能耗，具体内容包括：
2.1 降低船舶阻力
减小船舶阻力，是降低能源消耗、减少排放的最佳途径。而影响船舶阻力最大的因素是船舶线型，一般情况下，船身会选择低阻力线型设计方案，最简便有效的方法是采用母型船法，改良母型船的线型为新船所用；亦可采用成本相对较高的船模试验法，利用水对船体的阻力测量和监控，计算船舶在单位时间内的排水量、浮心位置、阻力大小等指标数据，以选取最合理、科学的船型尺度比。通过这些方法，最终确定性能优良的船舶线型。
船舶面对的是海上复杂多变的海洋环境，船舶设计时应研究风浪、流速等环境要素对船舶阻力的影响，为了降低风浪影响和运行阻力，设计人员应该依照运行数据，调整船身浮态，缩小上层建筑的挡风面积。总之，影响船舶阻力性能的因素是多方面的，设计人员应从综合角度出发，在满足总体设计的基础上，着力选取优良的船舶型线，降低风阻和波浪阻力。
2.2 提高推进效率
要达到优良的推进效率，除了设计合理型线的设计外，重要的是保证船、机、桨的良好匹配，即主力发出的功率与螺旋桨的负荷及船舶的有效马力是吻合的，通俗的讲就是主力功率不浪费、也不欠缺。根据船舶的主机配置情况，适当提高主机的动力能量，扩大船桨面积、采用新式材料等，都是船舶设计中影响船舶推进效率的关键。
采用各类节能附体也是一种很有效的途径，如“螺旋桨整流罩”是现代船舶节能减排设计最成功的一项技术改革，其运行原理在于通过控制螺旋桨尺寸，使船舶脱离高负荷、低航速的运行状态，平衡桨轴上、下流场，让舵的左、右部分能够相互配合，完成航运任务。从工程建设角度看，加装舵前缘整流体也可提高船舶推进效率，因为其也可以起到降低桨毂产生的涡流、能量损失目的。
船舶设计应协调好主机与船舶航运速度之间的能源输入、输出配合，做到控制有效、节能减排。
2.3 引进节能设备
在船舶设计中，船、机、浆是关键，所以它们是节能减排技术的主要应用载体和研究对象，在变频技术、柴电混合动力技术、动力节能技术、主辅机智能技术的影响下，船舶设计对节能设备的引用率大大提升了。目前，我国大多数船舶使用的是169-177g/kW·h柴油机，其不仅投资成本高，生命周期也不长。在节能减排技术的帮助下，船舶设计已开始引入6RT-flex68-D主机，其功率最大，但能耗却小很多，粗略计算，它可以节省5.34%的能源。数据证明，节能设备具有一定的“节能功效”，它能够转变船舶设计结构的基本布局、结构，进而实现能源的有效传递、使用。由此可见，节能设备对船舶节能状态、能力的影响很大，无论是能源消耗、转化，还是能源积累，节能设备都能够在其中发挥正向影响力。
2.4 开发新能源
不可再生能源有限，使用价值、代价昂贵，对于能源消耗量极大的船舶行业来讲，开发新能源是一个刻不容缓的研究议题。目前，核能、风能、太阳能、燃料电池等新能源已逐渐进入船舶行业，虽引用效果不佳，但已有许多技术上的突破。如：废热利用技术，船舶在热交换、热辐射等工作形式中会消耗、浪费掉大量的热能，通过废热回收，这些热能可以转变成动能，急需为船舶提供运行能量。又如：废气处理技术，在船舶中安装废气净化器，依靠废气循环系统，消耗对海洋环境有污染的气体，一来可以降低船舶减排压力，二来可以实现船舶节能减排设计需要。因此，新能源是船舶设计的又一大突破口，但为避免船舶结构混乱、造成运行障碍，在设计、添置新能源处理系统时，应密切关注船舶各生产系统的配合。
通过上文对船舶设计节能减排技术策略进行系统分析可知，节能减排技术是我国船舶工业向前发展的重要媒介，也是我国实现“绿色船舶”的关键技术。因此，我国一定要在履行国际公约的基础上，强化节能减排技术的发展与应用，不断调整应对策略，加大科研投入，只有这样，我国船舶也才能真正进驻世界前列。
参考文献
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海洋渔业船舶节能技术 篇3
我国是世界渔业大国,拥有机动渔船约50多万艘,渔业船舶能耗占渔业生产能耗的50%[1]。随着燃油价格上涨,渔船节能成为业界关注的热点之一。开展渔业船舶节能技术工程研究,对于保障渔业经济可持续发展,维护海洋渔业环境具有重要意义。
目前国内外渔船节能技术和措施主要有以下方面:
1.1 主尺度及船型参数优化
为节约能源,国外对主尺度和船型系数等渔船主要参数的选择,都广泛应用优化设计手段,并开展技术经济论证。渔船除了航行,还涉及捕捞、加工作业和冷藏保鲜。船型的优化论证比普通船舶更复杂,论证得到的最优船型不一定是最经济船型,设计者的经验至关重要。随着当今计算机技术的日新月异以及系统工程学和工程经济学的不断发展,为渔船船型参数、技术指标优化和整个船队技术经济论证的工程适用性提供了保障。
1.2 低阻力船型优化
渔船航速高,阻力耗能较大,低阻力船型优化是渔船节能技术研究的关键,主要采取以下几种船型节能优化措施。
1.2.1 设置合理的球鼻艏
球鼻艏产生的波系与船体波系形成有利干扰[2],合成波的波高降低,兴波阻力下降。渔船傅汝德数基本界于0.25~0.35,属中高速船范围,设置线型合理的球鼻艏能够大大降低渔船剩余阻力。球鼻船艏的减阻效果与航速有关,只有航速大于某一值(界限速度)时,球鼻艏才会呈现降阻效果,一般球鼻船艏的界限速度傅汝德数为(0.644~0.641)Cb(Cb为方型系数)。
国外对拖网渔船的球鼻艏有相当长的研究历史,英国船舶研究协会(BSRA)系列拖网渔船在较高的速度范围内阻力减少11%,总功率降低约13%。在节能型渔船设计过程中,应参考国内外有关球鼻艏设计资料,设计出几种剖面的做阻力仿真计算和组合船模试验,以选取收益最大的剖面形状。
1.2.2 球艉船型
球艉产生的波系与船尾波系反相等幅,可降低尾波波高,改善尾流,使伴流分布均匀,从而减少阻力并提高推进效率。通过理论和试验研究,在大多数情况下,球艉型线的推进因子较常规型线有所改善,推力减额分数下降,伴流分数增大,使船身效率提高4%~10%[3],同时球艉下螺旋桨相对旋转效率也有所上升。
1.2.3 水动力节能附体装置
水动力节能附体装置主要有前置导管(又称进流补偿导管)、适伴流导管、舵球鳍(又称导流罩推力鳍组合装置)、桨毂帽鳍、桨前扇形整流鳍、整流隔板、不对称船尾线型[4]。节能附体的功能是改善螺旋桨的进流,使桨之进流更均匀,减少或消除船尾(或桨毂帽后部)的水流分离,产生附加推力(各种导管和某些鳍),使桨的进流预旋,把螺旋桨尾流中损失的旋转能量转化为推进力。通过调查研究分析,合理设置附体装置可节能5%~8%[5]。
(1)前置导管
将导管置于螺旋桨的前方与船尾连成一体,有效地克服了导管桨的空泡剥蚀并减少船体振动。同时,螺旋桨工作时,前置导管会促使进流产生预旋,前置导管采用左右不对称的半环组合,可改善预旋程度,使螺旋桨流场更均匀,提高推进效率。经模型及实船试验证明,拖力增加6%~10%,节约燃油7%~12%。该装置结构简单、施工方便、成本低,适合旧船改装。
(2)补偿导管
从原理上分析,单桨船螺旋桨盘面上部属于高伴流场,进速很小,因而将导管偏置于桨轴上方,用以加速螺旋桨上部流速,并使周围的水流减缓,整个盘面流速趋于均匀,改进螺旋桨工作条件,提高推进效率,减小激振力和船体振动。且补偿导管本身也产生附加推力而获得节能效果,视船型和方形系数不同可达5%~11%。加装补偿导管较方便,对现有推进性能较差渔船进行安装改造,会获得较明显节能效果。
(3)舵球
舵球是附着在舵叶前端的球形附体,当舵球尺度、安装位置选择合适时,能够提高螺旋桨的效率。
1.3 提高渔船推进效率
提高推进效率,在确定航速和拖力的前提下,降低主机功率,为国内外研究最广泛、效果最佳的渔船节能技术。具体措施主要有:设计低转数大直径螺旋桨,采用导管螺旋桨,设置双速比减速齿轮箱,使用可调螺距螺旋桨及船机桨合理匹配。
1.4 中低速燃重油主推进柴油机并配置轴带发电机
中低速燃重油柴油机的耗油率低,且主机还可燃烧劣质油。同时为综合利用主机功率,齿轮箱轴带发电机,可以减少一台辅机,经济性好,成本低,具有明显的节能效果。除轴带发电机外,还可轴带制冷压缩机、动力油泵等辅助设备,综合节省燃油6%~10%。
1.5 余热利用技术
渔船主机所发出的热量仅有30%~42%的热量转化为有效功[6]。在各项热损失中,以废气排出的热量损失最大,约占25%~45%,冷却水带走的热量次之,占15%~35%。采取有效手段,设置废气锅炉、废气烘箱、尾气制氮系统、尾气制冰系统和制冷系统等装置,利用余热,以节省燃料[7]。
2 海洋渔业船舶节能实例介绍
中国舰船研究设计中心先后承接了几十型大、小渔船和渔政执法船的研制任务,积累了丰富的渔船设计经验。其中南海区渔业资源与环境科学调查船、2 500 t载机渔政船基本上代表了目前我国渔业船舶的最高水平。在船型节能设计方面,针对农业部渔业资源与环境科学调查船和国家“863”计划重点项目“远洋渔业捕捞装备”中课题“节能型大型金枪鱼围网渔船船型开发”,开展了相关理论及试验研究工作,节能效果优良。
2.1 渔业资源与环境科学调查船
该船为我国自主研发的新一代先进远洋渔业资源科学调查船,总体性能和船型节能是本船重点突破的关键技术。研究设计过程中,首先对适应节能型渔业资源调查船的船型进行了优化论证,确定本船主尺度要素及主机功率后,选择较适宜的船型,保证了船体线型达到既定的总体及性能指标。然后从快速性和节能角度出发,研究合适的中剖面形状、艏艉线型、横剖面面积分布曲线、满载水线形状、球鼻艏线型及相关附体系数,并进行了仿真计算和模型试验优化验证。该船试航航速超过设计航速0.8 kn,船型综合节能高于国际同类船舶约5%。
2.2 大型远洋金枪鱼围网渔船船型开发
金枪鱼围网渔船起源于美国,又称美式金枪鱼围网渔船,为目前世界上最大的围网渔船船型。金枪鱼围网渔船作业方式为海上围网捕捞,由于金枪鱼游速快,航速成为影响网次产量和捕捞效率的重要因素,该型船航速一般在14~18 kn,傅汝德数在0.35左右。良好的快速性能和阻力性能是金枪鱼围网渔船船型所追求的目标。
本中心于2009年承担了“节能型大型金枪鱼围网渔船船型开发”课题研究工作,在船型节能方面做过相关研究工作,重点研究了球鼻艏、不对称球艉、节能附体的线型及螺旋桨优化设计,并进行了相关试验验证工作。
(1)球鼻艏
采用适合该船型的S-V型球艏,为实现良好的消波性能,进行系列参数化球艏的降阻性能数值仿真计算和模型试验分析,优化后的球鼻艏相对伸长长度lb/L达到7.5%(lb为球鼻艏端点距艏垂线距离,L为垂线间长),静水中设计航速降阻效果达到5.0%。同时加大了船体艏部型容积,在保证良好快速性的基础上,减少纵摇和垂荡幅值,提高了耐波性和适渔性。
(2)球艉
为更好地提高推进效率,采用不对称球艉使螺旋桨的来流产生与螺旋桨旋向相反的预旋流,减少了螺旋桨艉流的旋转能量损失,从而改善了伴流,提高了推进效率[8]。除了减少旋转的能量损失外,不对称球艉还可降低船艉流动分离,进一步提高节能效果。通过设置多个不对称球艉进行水动力仿真计算,优选效果较佳的球艉线型进行模型试验验证,试验结果表明优化效果明显,收到马力降低约4.5%,推进效率提高6%。
(3)节能附体
对系列舵球、前置导管和补偿导管进行了拖模试验和自航模试验,均取得了较好的收益,其中大舵球的效益更好些。
针对船型优化结果,对螺旋桨进行了优化设计,满足了优化后的船型船、机、桨的最佳匹配,同时提高了设计航速(0.5 kn),增加了围网工况拖力,降低了水动力噪声。
3 变水层大型拖网渔船节能减排技术
变水层大型拖网渔船(2 500~4 000 t级左右)是最近国外发展的新型远洋渔业装备。变水层拖网也称中层拖网,其技术特点是网具不仅可在海水的中层(200~400 m)使用,而且可以在海底(1 000~2 000 m)拖网,专捕中上层及中下层的集群鱼类。因此,变水层拖网渔船的优势是变水层拖网能够在渔具放入海水后,通过调整网板和钢缆长度来调整网具的水层深度,网具保持正常张开并使网具对准鱼群捕捞,提高捕捞效率,比采用常规拖网作业方式增产40%以上。变水层大型拖网渔船其最大作业水深可达2 000 m。变水层大型拖网渔船通常主要捕捞中上层鱼类,鱼的捕获量较高,渔获物以鲱鱼、竹荚鱼、沙丁鱼、鳕鱼等为主。这些鱼类主要生活在远海,是世界上少数开发程度较低、保有良好经济效益的鱼类。但由于该种渔船船型复杂,设计与建造难度大,捕捞与加工设备要求高,造价昂贵,目前世界上仅有极少数先进的渔业大国能够自主研发。
“十一五”期间,工业和信息化部将变水层大型拖网渔船列入“高技术船舶科研项目”指南中,并由中国舰船研究设计中心与中国水产总公司联合研制。为提高变水层大型拖网渔船的经济性,实现节能减排目标,正在针对以下方面开展论证、研究工作。
3.1 船型技术经济论证
(1)调研掌握渔场海况、位置、资源分布、燃油价格、营运方式及船员工资等原始资料;
(2)初步确定船型方案技术指标(捕捞作业方式、渔处理及冷藏方式、舱容量、主机功率和航速等;
(3)建立合理的经济性评价指标体系;
(4)选择数学模型逐步近似优化,得到经济性最优船型方案,确定主尺度及船型系数。
3.2 线型优化
根据拖网渔船的工况特点,选择线型优化侧重点,采用计算流体力学(CFD)仿真技术及模型试验手段进行优化对比分析,提高船型节能效果。
3.3 主机选型
广泛调研船用柴油机生产厂家,选用合适的中速重油柴油机,根据捕捞工况的功率需求选择功率匹配的轴带发电机。同时,争取充分利用主机余热,提高燃油的利用率,达到节能减排的目的。
3.4 可调距螺旋桨选型
拖网渔船是多工况工作,存在自由航行和拖网2种典型工况。变水层大型拖网渔船工况比普通底拖网渔船的工况更多,按自由航行、底拖网及中上层拖网3种工况设计的航速及拖力的性能差别较大。在总体设计过程中结合船体尾部线型特点、船体阻力、网具阻力、拖网拉力及主机特性进行充分的论证和比较,分析匹配性较好的可调距导管螺旋桨技术参数,实现船、机、桨及渔具的良好匹配,最大程度利用主机功率。
3.5 船型与渔具的匹配
根据主机功率及其作业过程中的动力分布,综合分析变水层和深水拖网渔具、拖网网板及纲索的阻力分配关系,通过理论计算及模型,开展主机功率与渔具、作业方式和渔捞属具的优化研究,完成渔船—渔具的优化设计论证。同时根据研究结果为变水层大型拖网甲板机械设计布置提供技术支撑,最终实现渔具扩张性能的最大化,渔船功率消耗的最小化,达到高效捕捞与节能降耗的目的。
3.6 捕捞机械动力方式的选择
拖网渔船捕捞机械的动力方式主要有液压和电动2种方式。我国渔船捕捞机械一直延用液压驱动方式,一般为低压系统。液压驱动方式可靠性高,维修简易,但由于能量通过二次传递,效率较低,而且需要在船上配置液压站,为全船绞纲机和其他液压设备提供动力。近几年,冰岛、挪威等国家开始采用电动绞纲机,电动方式动作响应快,布置方便,功率消耗低。由于受到我国船员水平所限,技术方面不易掌握,维修服务配套不齐,采用电动方式需要进一步论证。在变水层大型拖网渔船总体设计阶段,将在能耗、总体布置、适用性和维修配套方面进行综合论证,掌握电力驱动关键技术,最终采用适合我国国情的捕捞机械设备。
4 结语
渔船节能减排刻不容缓,今后将充分利用中国舰船研究设计中心技术优势,紧跟渔船节能技术发展新趋势,在渔业船舶节能技术领域开展相关研究工作。船型优化方面,开发纵流船型,研究不对称球艉线型,争取实现数学线型;提高渔船推进效率方面,进一步研究开展节能附体的研究,形成各种形式附体节能的理论基础;总体设计方面,开展主尺度优化论证、技术经济论证、渔具与船型匹配、关键设备选型论证、余热利用技术研究,提升渔船的节能减排水平。
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航道船舶节能减排现状及对策探究 篇4
1 航道船舶节能减排现状
1.1 航道系统节能减排的进展情况
目前航道系统节能减排的进展情况如下: (1) 长江航道局主管单位及下辖各二、三级单位均成立了节能减排领导委员会 (节能减排领导小组) , 建立了领导协调机制, 提出了节能减排的目标, 大力推动了节能减排工作的深入开展。 (2) 编制修订了一系列相关的规章和技术标准, 使节能减排管理工作更加规范、有效。 (3) 加大科技投入, 对船舶高能耗的设备进行技术改造, 提高设备科技含量;在技术节能方面, 促进“金魔”金属抗磨自修剂、燃油添加剂、士帕能节油装置等新产品的应用, 并加速淘汰高耗能老旧船舶, 积极推进船型标准化。 (4) 对港口设施进行技术改造, 积极推进太阳能、风能技术的运用。
1.2 航道船舶节能减排尚存在的问题
航道船舶节能减排尚存在的问题主要有: (1) 与西方发达国家相比, 我国的节能减排工作起步较晚, 法律法规和管理制度尚不健全, 长江航道系统节能减排规划体系、统计考核监测体系、政策支持体系和监管体系还有待进一步加强; (2) 基层船舶职工的节能减排意识不强, 对节能减排工作不够重视, 从业人员的业务素质和技能水平还有待提高; (3) 工程船舶由于工程任务重、工期紧而往往忽略传统型节能减排措施的实施。
2 航道系统船舶节能减排的措施与对策
2.1 建立健全各项规章制度
制度建立后重点在于落实, 保证节能减排工作贯穿于船舶管理工作的全过程。主管单位要加强监管、监测力度, 加大节能减排专项奖励资金的投入, 并实行严格的问责制度。同时, 还要加强船舶节能工作的基础数据统计, 加强船舶能效管理, 通过理论数据与实际运行数据的比较和能耗分析, 找出超耗和节能的原因, 为船舶节能指明方向。
2.2 加大创新力度, 提高职工业务素质
主管单位要加大资金投入, 大力开展节能减排科技创新工作, 组织广大科技人员攻克节能减排技术难关, 并推广与转化科技成果。同时, 加强对一线职工的技能培训, 提高广大职工整体业务素质, 真正做到节能减排工作人人重视、人人参与。
2.3 航道港口设施改造
要加大航道港口设施改造力度, 提升设备科技含量, 保证航道船舶, 尤其是大型工程船舶靠泊码头时使用岸电, 少用船上发电机, 减少船舶柴油机废气排放, 降低对环境的污染。积极做好太阳能、风能技术在趸船试点的试用及综合评估工作, 逐步完善技术, 技术成熟后在航道系统内大力推广使用。
2.4 船舶设备的改造
加快高能耗老旧船舶的淘汰进程和大型工程船舶高能耗设备的技术改造工作。新建船舶, 尤其是新建航标艇和测量艇在船舶选型时可采用玻璃钢船型。这种新型材料具有相对密度小、冲击韧性好、表面光润、耐腐蚀、成型简单等优点, 制造的船舶自重轻、阻力小、航速快, 是建造小型船舶理想的节能材料。此外, 鉴于航标艇和测量艇离港具有赴外工作周期短的特性, 船舶建造时可考虑减少压载水舱容和淡水舱容 (淡水可以待船舶返回母港再补给) 。通过减轻船舶自重, 减少主机功率的消耗, 降低不必要的油耗, 达到船舶节能的目的。
2.5 加大船舶管理力度, 做好节能减排工作
传统型的节能减排措施也是节能减排的有效途径之一, 具体来说要做好以下几方面的工作。
2.5.1 做好柴油机维护保养工作
及时调整好柴油机的喷油提前角、喷油压力、喷油定时, 确保其在规定范围内, 燃油燃烧过程在最佳工况点;及时清洗进气滤器和进气通道, 以减少进气阻力;调整好气阀间隙, 保证有足够的新鲜空气进入气缸, 保证燃油在气缸内能充分、完全燃烧。通过以上措施就能保证柴油机处于良好的技术工况, 大大提高柴油机机械效率, 直接达到降耗减排的目的。
2.5.2 加强船舶燃油管理
船舶在加装燃油前一定要把好燃油质量关, 使用中要做好燃油沉淀、加温、净化 (分离) 工作。积极推广使用燃油添加剂, 使用燃油添加剂可改善燃油品质, 提高燃油燃烧性能, 减少有害物的排放, 提高燃油利用率, 使柴油机发挥最大效用。长江南京航道工程局在几艘大型工程船上试点应用燃油添加剂, 节能效果十分显著, 降耗潜力巨大。目前, 使用燃油添加剂被认为是一种便捷、有效的节能减排措施。
2.5.3 做好船舶厂修工作, 促进船舶节能
船舶在坞修时, 轮驾两部要仔细检查水线以下船体、浆舵、导流管、轴系等设备工况, 通过修理, 使其恢复正常状态。船壳板变形或严重汽蚀, 浆舵、轴系变形或间隙异常, 都将使船舶阻力增大, 主机功率消耗增大, 导致油耗增加。
2.6 解决好船舶施工生产与检修间的矛盾
有些工程船舶人员进入工地后就一味忙于施工生产, 而无暇顾及机器的日常维修保养工作, 未能做到按周期和检修计划对机器进行维修保养。机器往往在较差的技术状态下工作, 效率低下, 能耗增加。机器虽是物件, 但也不能带“病”工作, 也需要人性化管理, 无论工程多么急、工期多么紧迫、生产任务多么繁重, 都要合理安排机器检修时间。只有通过检修, 使得船舶恢复到良好的技术状态, 机器才能发挥最大效用, 达到降耗减排的目的。
3 结束语
目前, 航道系统船舶节能减排工作迫切需要加大资金投入, 加快节能技术的推广和应用, 并充分调动各方积极性, 齐抓共管, 扎实做好船舶节能减排基础工作。相信在不久的将来, 航道船舶节能减排工作将会迈上一个新的台阶, “低碳航道”“绿色航道”将会呈现在世人面前。
摘要：交通运输行业作为耗能高的行业, 成为了国家开展节能减排工作的重点行业。如何实现船舶节能降耗、提高装备经济性、减少废气排放已成为当前的一个重要课题。介绍了航道系统船舶节能减排工作的现状及存在的问题, 分析、探究了船舶节能减排的有效途径, 并提出了相关对策与建议。
关键词：船舶,节能减排,航道系统,船舶管理
参考文献
[1]郝金凤, 强兆新, 石俊令, 等.船舶设计节能减排技术策略[J].船舰科学技术, 2012, 43 (9) :198-200.
从低碳经济角度谈船舶节能 篇5
现阶段, 全球变暖、环境污染、能源价格上涨等话题成为人们日常生活的主题。低碳经济作为日后世界经济发展的主流方向也越来越受到各国政府的重视。最近几十年以来, 虽然在公路运输、航空运输和水路运输三大系统中, 水路运输被认为是耗能最少的运输方式, 但是由于水路运输的船舶队伍日益庞大, 所以水路运输业所消耗的能源总量是相当惊人的。有报告称, 全球每年排放的氮氧化物气体中30%来自海上船舶。据了解, 世界上船舶所排放的二氧化碳已经达到11.2亿吨, 约占全球主要温室气体排放量的4.5%。有预测认为, 到2020年, 全球航运业将消耗4亿吨燃油, 温室气体的排放量将在目前基础上增加75%, 因此船舶节能减排就成为航运业发展中一项非常重要的任务。
二、具体措施
1提高船员的低碳意识
意识影响行动, 只有充分发挥船员的主动性积极性和创造性, 使他们自觉地维护人类的生存环境, 成为低碳航运中的主力军, 才能从根本上解决低碳经济发展中遇到的问题。对现阶段我国的国情来讲, 当务之急是海事主管部门应加强对广大船员的环保教育, 使他们深刻认识到环境污染的危害性和环境保护的重要性, 提高他们的低碳意识。例如, 可以在当前的船员适任证书考试和培训中大幅增加节能减排的相关题目;也可以将船员的船舶节能减排知识作为海事相关检查的项目。
2优化设计, 减小阻力
(1) 推广球尾船型
所谓的球艉是指在船体满载水线的尾部区建造一个宽度很小, 约有1%-2%船长的尾端结构。这个尾端结构能够产生波浪减小船尾波的影响, 降低兴波阻力, 提高螺旋桨的推进效率, 从而减小能量损失。在设计球尾时需要特别注意尾体长度、横剖面的宽度与外形, 球体中心的一般应与螺旋桨轴的中心线重合。根据资料显示, 使用了球尾的船舶大约可以节省6%-10%的主机功率。
(2) 加装减风膜
20世纪80年代, 日本船用机械研究开发协会在日本船舶振兴会的帮助下研制成功了一种比较实用的节能装置:减风膜。这一装置的特点是在先用钢结构在船体周围或者在船首附近建立起一个合适的框架, 然后用材料将框架的迎风面覆盖, 最后在最上层蒙一层聚酯薄膜。安装了该装置后可以减小船舶航行中空气的阻力。这一措施不但建造中的新船可以安装, 而且营运后的船舶也可以重新加装, 方便快捷。据统计, 安装了减风膜的船舶大约可以节省7%左右的主机功率。
(3) 推广使用扭曲节能舵
扭曲节能舵的作用原理类似于在螺旋桨的尾流中固定一个导叶, 从而增大尾流中的轴向诱导速度, 增加附加推力且不影响舵效。从理论计算看, 采用了扭曲节能舵后的船舶可以提高1%-5%的推进效率。扭曲节能舵制造时并不需要额外的材料, 仅仅是使用稍微复杂的工艺在普通舵叶的基础上改变剖面形状, 因此可以大范围推广使用。
3加强日常维护管理, 降低能耗
(1) 减小船体的粗糙度
船体外形的变化和船壳的腐蚀都会引起船体粗糙度的增加。船壳的凹坑、鼓起、锈蚀和海生物的附着都会增加船舶航行中的阻力, 引起油耗的显著增加。据粗略估算每年因船体粗糙度增加大约额外消耗30%左右的燃油。因此, 一方面我们应采用先进的涂料系统防止海生物的附着, 提高船壳的抗腐蚀能力。另一方面应及时定期进坞对船壳进行修复。
(2) 加强管理, 使推进装置处于最佳工作状态
一台柴油机的工作状态好坏主要取决于它的燃烧情况, 而燃烧情况又主要依赖于气缸内充入的新鲜空气量、气缸内的压缩压力、喷油的定时和雾化。因此, 轮机管理人员主要应从以上三个方面入手加强管理, 使柴油机随时处于最佳工作状态, 从而减少碳的排放量。例如:定期清洗扫气系统, 保持进排气通道的通畅, 提高换气效果;经常通过测压等方式检查气缸内相关密封元件的气密性并及时进行调整;分析示功图检查主要的燃烧参数, 适时调整喷油定时, 采取措施提高喷油雾化质量。
三、结束语
船舶节能管理 篇6
动力定位技术是为了满足上世纪70年代迅速增长的石油勘探工业而诞生的一项新技术。至今, 已有超过1000艘带动力定位功能的船舶, 其中大部分使用在开采勘探油气储量的相关领域。
自二次世界大战结束后, 世界航运界经历了很大的变化。传统的航运模式和贸易发生了巨变, 而且航运界经常使用的商业模式也发生了变化。飞机运输取代了定期客轮贸易, 同时游轮贸易却欣欣向荣。传统的各种货轮也因为集装箱船而衰落, 集装箱船变成了主要的运输船舶。几十年前未见的滚装船和混合轮渡运行于近距离航线。各种散货轮载重巨大, 各国船员操纵着各种船舶。
营运船舶的共性是需要创造利润, 而主要的获利方式是载客海上航行, 减少停泊在港口的时间。船舶设计中, 优先考虑设计航速时 (通常接近最大航速) 最经济, 且在返航时方便靠港, 其次是船舶的机动性, 降低进出港时拖轮的费用。通常货轮装备主螺旋桨和在满功率时优化过的舵, 有的还装备一套首侧推。仅很少一部分货轮具备良好的机动性, 而这类船舶往往是渡轮, 在靠、离岸时能精确可靠操作, 而且每天都要多次靠离。
海洋石油业的诞生带来了新的需求。此外, 进入更深的水域作业, 还要考虑环保的方法, 给动力定位技术和工艺带来了飞跃的发展。
2海上动力定位发展情况分析
海上钻井到上世纪50年代才开始在深水作业。在浅水水域钻井装备可以装在一个自升式的驳船上, 固定住, 通过3条或更多的桩腿提升自己离开海面。在钻井作业时驳船成为一个固定的平台, 无定位的问题。
水深使自升式钻井平台作业明显受限, 而更深水域的驳轮和钻井船将利用四个以上的装在船上的锚和缆绳的系泊系统定位。自升式和系泊式在很多海域仍然使用, 由于水深作业限制以及时间和费用方面非常昂贵, 不可采用。
驳船可以抛锚在很深的水域, 有时也会停泊在深度超过1 000 m的水域工作。但是一旦深度超过500 m, 要考虑运营的经济性, 约有8个锚, 连同拖锚驳船的辅助费用非常高。期间任何一个锚在张紧的时候出问题, 已经放出都必须收回来, 使费用增加。如果水深, 锚泊锁具的数量增多, 相应齿轮负重的配置也需加大, 对拖轮的线长和功率的要求相应增大。钻机一旦定位, 任何一个锚在张紧的时候出问题, 会有一定量的位移, 已经放的锚都必须收回来, 对钻井而言明显缺少机动性。如果需要移动一个位置, 所有的锚都必须拉起再重新放置。小范围的移动可以依靠锚绞设备调整线长, 但缺乏精度。同样, 换艏向也到受限。其他问题是船舶/驳船/钻机使用系锚系统还可能会给水下安装带来风险, 比如铺管等。这些风险在任何深水域都存在, 影响定位方式的选择。在有些区域部分或者全部钻井都使用系锚定位。
二十世纪60年代迫切需要扩大生产和石油有关的能源。这需要勘探开采许多世界未开发的地方。对钻井而言主要的限制是水太深, 在1961年小单体钻井船“Cuss 1”上面使用了至今还在使用的四点系泊定位, 还装了4台手动的可调螺旋桨。利用雷达修正海面浮筒, 利用海底灯光通过声纳修正定位, 该船能在加州和墨西哥湾水深100至3500 m的区域进行钻探。船的位置和艏向控制完全靠手动, 所以这条船不在现在定义的动力定位范围内。第一条满足要求的船是“Eureka”, 1961年建造。该船装有一套简单的模拟控制系统, 接口通过一根张紧的钢丝绳做参考。除了主推进器, 还装备了可向前或向后的推进器, 这艘船排水量450 t左右, 船长39.624m。图1所示。针对钻机定位方法:自升式, 锚泊式, 动力定位—“Eureka”动力定位船。
60年代出厂的船, “Caldrill”, “Glomar Challenger”和“Terebel”等是这项重要新技术的先驱者。早期的技术比较原始, 初期大多数控制器是模拟的, 没有任何冗余的系统。然而确是一个很好的开端。动力定位的特点开始被用于钻井勘察以外的船舶。生产钻井利用隔水管和海底防喷器 (防井喷) , 进行钻取作业, 而通过各种动力定位船仅完成了各种水下支持任务, 包括潜水支持, 其中有部分动力定位功能。仅保持一个固定的位置和艏向是不够的, 还须遵循一个固定的轨迹, 或对某一移动的目标保持相对位置, 以及对潜水装置的支持。只要深水地区有开采目标, 专门的船只迅速完成铺管和挖沟, 敷设电缆和掩埋, 成为将来开采勘探的区域。
3 DP动力定位系统功能及定位能力分析
上世纪70年代末, DP技术趋于成熟和认可。80年代初, 具有DP能力的船舶约有65艘, 到了80年代中期, 数量增加到150艘。至本世纪初 (2003年) , 已经超过了1000艘, 且继续迅速增长。近期, DP功能受到近海油田开采和天然气工业多种船型的关注。
3.1 DP动力定位系统功能
钻井勘探 (岩石取样) 、钻井生产;潜水支持、铺管 (刚性和柔性管道) ;电缆敷设和维修, 多用支持船;后勤保障船, 航道测量;操作测量船, 沉船测量, 救助, 移动;挖泥, 垃圾清理 (管道保护) ;海底安装, 起重操作驳船;井口激励和油井维修, 操作供应船;穿梭油轮, FPSO (浮动式生产, 储存, 卸货船舶) ;重型载货船, 巡航船;集装箱船, 开矿干扰船;海洋调查船, 海底采矿作业;火箭发射平台支持船, 军用支持船 (维修/技术维护支持船) 等。
3.2典型的动力定位船舶
典型的动力定位船舶主要有:CSO Apache-铺管船;Q4000-MSV;OSCA Challenger-井口激励船;动力起重运输船;Queen of the Netherlands-挖泥船;Sea Spider-铺缆船;Thialf-起重船。
以上提到的各种船舶仅涉及到单体船舶, 现在火箭发射平台由半潜式钻井平台“Ocean Odyssey”号改造而成, 用于赤道附近发射人造卫星。同时建造完成护送船, 同样具有DP能力。
近年来, DP系统变得更加先进和复杂, 而且可靠。由于计算机技术的应用使DP技术取得了质的飞跃。定位参考系统和其它外围设备数量多且相当可靠。高冗余度使得船舶能够适应高风险的操作。冗余不仅包括了电气系统, 而且涉及DP系统的每一个元件。具有DP定位能力的先进的船舶, 确保其在机舱, 驾驶台或其它任何舱室发生故障时仍具有定位能力。
某些制造厂已经开始从事DP系统的设计和配套。一些早期系统从美国起源, 像Honeywell和ACDelco, 另外一些系统起源于法国, 如Alcatel和Thomson。目前, 生产领域由英国的Alstom (最初的G.E.C) 和挪威的Kongsberg (以前的Kongsberg Albatross) 瓜分, 某些小公司如Nautronix和ABB也分享了市场。Hollming公司专门为英国皇家海军和沙特阿拉伯海军设计生产了几种小型DP系统。
3.2定位能力比较
与其它定位方式进行比较:如4个或8个锚定位, 平台船首系泊和船尾系泊, 自升式钻井平台设备, 应用DP功能的船舶各有其优点和不足。
3.2.1自升式驳船
自升式驳船优点:不需要动力, 推进器或其它复杂的设备进行定位;驳船的定位能力不受全船失电和电力缺乏的影响。不足:当钻机开钻时不具备机动性;仅适合大概60m的水深;为稳定性需要海床平整 (岩石表面) 。
3.2.2系泊锚固定系统
系泊锚固定系统优点:不需要动力, 推进器或复杂的系统来保持定位能力;船舶的定位能力不受全船失电和电力缺乏的影响;不需要定位参考, 系统崩溃时驳船仍然具有定位能力;没有水下全回转螺旋桨和推进器所带来的危险。不足:当系泊时仅具有有限的机动能力;在移动和系泊时需要拖拽;水深不能超过600m;抛锚时需要大量的时间。
3.2.2动力定位
动力定位优点:船舶为自航式, 在作业的任何阶段均不需要拖拽;简单且快速的定位能力;船舶在作业期间具有很强的机动性, 可以进行快速的移动;天气突变时可以快速响应;在作业期间可根据需求进行快速响应;系统多功能 (轨迹随动和运载随动方案) ;任何水深下的工作能力 (但浅水水域除外) ;快速完成多项任务的能力, 更加经济;避免由于系泊缆系统对海床造成的伤害;在坏天气下锚缆载荷对平台结构的影响非常小。不足:在电力系统故障或不足时非常容易受到损伤;推进器故障时非常容易受到损伤;电气系统故障时非常容易受到损伤 (DP系统非常复杂) ;与系泊系统比较具有全天候的能力;较高的燃油消耗;定位偏移时非常危险;水下操作, 特别是潜水和机器人工作时非常危险;在浅水和强潮汐的工况下容易发生问题;需要持续的定位基准参照.对于危险工作需要全面的冗余布置;需要经过培训的、有经验的、技术能力强的船员。
以上内容表明, 三种方法都有自己的优点和局限性。当使用系泊的方法来定位时有不少优势, 它逐渐成为许多操作的唯一选择。以往频繁使用的固定潜水位置靠近平台结构的方法是放置两个锚头, 回位保证船尾结构在泊线上, 然后船可以停下来锁定所有的桨和推进器, 使潜水作业安全。现在海床经常铺设管道和其他设备, 而且有可能出现在准备抛锚的海域, 或被禁止的一些区域。然而, 新一代的平台结构是按照最轻的重量设计的, 而不是按照船的载荷设计的。尽管动力定位并非完美的选择, 某些位置不适合动力定位操作, 但是在以上的情况下只能选择动力定位系统。浅水区域的动力定位有很多问题, 设计时必须考虑操作安全, 以适合多种环境的作业。
4 DP动力定位系统带来的变化
现代的技术也许会让人们放弃在动力定位区域使用传统的方法去定位。在铺有海底电缆的区域, 例如光纤电缆是很脆弱的。使用动力定位的电缆铺设船就可以避免这些娇贵的电缆被损坏。现代的电缆铺设船都是具有动力定位功能的。
使用动力定位系统可能会导致船舶作业形式的改变, 但客船运营复兴, 使建造客船的大小尺寸变化很多, 为了停靠大部分的港口, 吃水很小, 操作困难。某些港口看起来很小, 不容易进港和离港, 但是这些船装备了动力定位系统, 问题就很容易解决了, 游船可以停靠更多旅游城市的港口了。
动力定位系统给航行值班的船员带来了一系列的挑战。对于有货船、集装箱船、客船或类似船背景的大副来说, 当他进入近海石油相关船的时候, 必须忘记一些原有的技巧和程序, 换以不同的方法来代替。深水船上大副的工作是保证航线的安全———航线上没有别的船或障碍物。在海上油田作业现场, 许多船集中在一个很小的区域里作业, 且经常在不可预料的气候情况下, 相对于海上油田区域的多种图纸来说, 区域的海图变成次要了。东经和北纬在UTM上代替经度和纬度, 租停和故障期间等新名词出现在经济合同中, 船员就像机器中的一个螺丝而已, 驾驶员依靠指令或程序工作。这些船看起来花很多时间在移动物体附近做高危险的作业, 且在不利的上风一侧位置。经常用于安置水下管线, 电缆和其他的设备的区域, 只能使用侧推桨来作业。依靠那些神奇的驱动器取代在航海学校学习的传统的安全技巧。工作环境非常陌生和感觉无助, 但是可靠性和安全性高非常高。
动力定位是一项成熟很快的船舶功能技术。由于许多船型作业的需要, 带动力定位的船舶数量增长很快。有些船型在设计和建造阶段装备了动力定位系统, 例如三用工作船。这些装备了动力定位的船以提供更高可靠性、作业能力和安全性获得较高的经济效益。船在设计阶段增加动力定位系统成本低, 但是将来想改装成带动力定位的, 费用会非常高。
5动力定位控制系统简介
DP动力定位系统 (Dynamic Positioning System) 是一种用于船只艏向控制和自动定位的计算机控制系统。该系统需一个或多个电罗经 (或光纤罗经) 提供艏向数据以控制船只艏向, 并需要通过一个或多个位置参考系统 (如DGPS差分全球定位系统、Radius微波定位系统或Hi PAP水下声纳定位系统) 以测量船只的位置从而实现船只的自动定位。
DP动力定位系统 (Dynamic Positioning System) 主要由以上部分组成:DP操作站、DP控制器、单手柄控制器、单手柄操作面板以及便携式操作面板等。见图2, 系统还包括电源、打印机等辅助设备。
船只的艏向与位置由操作员设定, 经由动力定位系统计算后, 向船只的侧向推进器和主推进器系统发送推力控制信号 (转速或螺距) 。动力定位系统始终以最优化的方式为任何在用的推进装置分配推力以平衡船只所受的外力, 从而达到定位的目的。
该系统在新船设计建造中使用, 也可用于需要改装成带动力定位的船舶。
6结语
船舶DP动力定位系统在漫长的发展过程中有了很大的进步, 特别是计算机控制技术的发展, 给船舶定位功能的发展和安全可靠性提供了有效的保证。随着计算机控制技术的飞速发展, 人们将不断研制成本低, 功能强大, 安全可靠性好的船舶DP动力定位系统。动力定位系统以最优化的方式为任何在用的推进装置分配推力以平衡船只所受的外力, 从而达到定位的目的, 仅是初步的实践。
动力定位在船舶节能方面发挥了巨大的潜力, 适应了船舶作业方式的改变;改善了停靠港口码头的机动性;提高了海上作业的安全性等。
参考文献
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船舶节能管理 篇7
伴随经济全球化进程的加快推进, 2000年以来的全球航运业出现了空前的繁荣, 而船舶作为载运工具, 其节能效果的好坏对经济、社会、环境均具有很大影响。因此, 加强对船舶节能技术研究, 实现节能技术转化具有重大意义。
关系船舶节能的因素很多, 但大体上可以分为三个方面, 即技术因素、管理因素、经济因素。技术因素包括船体线形、机桨选配、燃油使用、柴油机喷射效果等;管理因素主要包括船舶、船队的规划和航线的选择及船舶的管理维护等;经济因素主要包括市场竞争、各项基于市场机制的调控手段、税收、物质价格等。三因素相互影响相互渗透, 其中技术改进是船舶节能的基础因素, 而船舶动力装置作为能源消耗的直接对象, 其节能的好坏既关系到整艘船舶的节能效果, 也关系到其运营的经济性, 因此, 对船舶动力装置节能因素的控制就成为整个船舶节能控制的一关键环节。
2 影响因素分析
下面从主机选型、螺旋桨设计、机桨匹配、船机保养等方面对船舶动力装置节能效果的影响做一简要分析。
2.1 主机选型
主机是船舶推进的动力源, 因此, 在进行动力装置设计时, 首先必须确定船舶主机。由于主机的能耗在整个动力装置中所占的比例最大, 因而主机的优选对控制动力装置能耗, 提高动力装置效率影响最大。随着柴油机技术的发展, 无论是低速、中速或高速柴油机其能耗均有较大幅度的降低, 但各种机型间的差别也是明显存在的。因此, 在设计船舶时应根据船舶具体情况, 选择性能稳定, 经济性好的主机。
在选配柴油机时, 首先应根据船舶类型、尺度 (吨位) 、航速、航线等, 加上必要的储备功率, 确定船舶要求的最大连续输出功率及其相应的转速, 根据船用柴油机的负荷特性可知, 最低燃油消耗率往往位于标定功率的85%左右的位置上。因此, 从船舶长期使用的经济性角度考虑, 在选择主机时都尽量采用“减额输出”匹配方法, 即标定功率的85%左右, 并以此作为向主机生产厂订货的依据。主机减额输出使用的实质是配置较大功率的柴油机而仅产生较小的输出功率, 这样尽管主机造价和船舶机舱容积有所增加, 但是从节省燃油消耗、降低船舶运营成本的角度出发, 其优越性是可观的。目前柴油机主机趋向低转速、长冲程, 其目的主要是降低耗油率, 同时该类主机与低速大直径螺旋桨匹配效果较好。节能型大功率主机主要是降低耗油率, 烧重质燃油或代用燃料, 提高船舶营运经济性。
2.2 螺旋桨设计
整个推进系统的有效能可用推进系数来描述, 它不仅与推进装置的传动效率、船身效率有关, 更与螺旋桨的敞水效率及装船后的相对旋转效率有关。一般来说, 当传动设备及轴系确定后, 传动效率随不同的船型变化不大, 但船身效率、螺旋桨敞水效率与船型密切相关。因此, 为使船舶具有较大的推力、较高的船速, 改善螺旋桨设计、提高推进系统效率十分重要。
根据螺旋桨理论, 螺旋桨效率可用下式表示:
在螺旋桨设计时, 为提高螺旋桨效率, 首先可以考虑采用低速大直径螺旋桨, 螺旋桨推力T与进速Va取决于船体尺寸和航速的初始设计。在船舶营运要求下, T和Va已定, 要提高螺旋桨效率, 唯一途径就是加大桨盘面积AO, 即增大螺旋桨直径。而在这种情况下, 如果转速保持不变, 则桨叶梢线速度的增加会引起摩擦损耗的增加, 从而导致推进效率下降。因此, 在功率一定的情况下, 若采用大直径桨, 必须同时降低桨的速度, 所以, 在设计螺旋桨时, 为使桨效达到最高, 桨速与桨径应处于最佳对应关系。
目前, 远洋船舶绝大部分均采用大直径低速螺旋桨, 据统计, 在全负荷吃水时, 若将转速降低一半, 由于桨效率的提高, 可使主机功率减少约10%-16%。一般来说, 在常用航速范围内, 桨转速降低1%, 可节约燃油约0.2%-0.3%。
2.3 机桨匹配
在设计选配螺旋桨时, 选择不同的工况点直接影响船舶的经济性及可靠性。从节能的角度出发, 选主机额定 (标定) 转速下, 负荷特性曲线上油耗最低区所对应的某功率作为实际设计功率可取得较好的经济效益。这个功率暂称它为最经济使用功率, 对于高速机此经济功率约为12h额定功率的90%, 与我国高速柴油机的持续功率相同。这样设计既可获得较大经济效益, 同时, 由于采用了90%额定功率作使用功率, 对主机本身来讲, 其寿命及可靠性均会提高, 每年的维修费用亦将减少;对于中速机, 一般的做法是只要主机能胜任则直接取其额定功率作为设计功率, 如不能胜任则取低些。
在螺旋桨设计中选择工况点时, 还应考虑有一定的功率储备, 在一般情况下建议取5%-10%, 以便船舶产生污底或进入浅水航道阻力增加时, 以及进入过浅航道发生拖底及急速回转阻力大大增加时, 主机不致超负荷而发生问题, 这与用最经济使用功率作为螺旋桨设计工况点是一致的。另外, 由于柴油机在部分负荷下运行时经济性变差, 为充分利用船舶主机在低速运转时的储备功率, 还可以通过改进螺旋桨设计来实现功率最大化, 如采用调距桨或多速比齿轮箱等措施以适应工况变化。
2.4 船机维护
船舶动力装置在满足可靠性的前提下, 要尽量提高其经济性, 以降低能耗及营运成本。柴油机经济性的提高, 除采用先进的结构, 与螺旋桨或发电机等工作机械匹配外, 加强维护保养、合理使用, 使其处于良好的工作状态, 也是不可忽视的重要因素。众所周知, 衡量柴油机经济性与节能效果的主要指标是燃油消耗率, 下面从柴油机的维护管理层面, 讨论降低其燃油消耗率的节能途径。
⑴调整最佳的供油提前角, 柴油机的燃烧过程是其工作的核心。燃油燃烧的好坏直接影响柴油机的动力性、经济性与可靠性。一个完善的燃烧过程要求燃烧完全及时、平稳、空气利用率高, 准确的喷油定时则是达到上述要求的前提。
⑵改善进气条件, 柴油机进气温度过高, 会使空气密度降低, 充气量减少, 从而造成输出功率下降, 燃烧不完全, 耗油量增加。所以应加强柴油机进气区的通风, 以降低进气温度, 增加空气量。
⑶定期进行检修和调整, 检修和调整, 是保持柴油机各缸完全燃烧, 负荷均衡的必要条件, 也是降低油耗的有效措施。
⑷控制发动机在适宜温度下工作。试验证明, 柴油机冷却水温度在85℃左右工作, 能提高柴油机的热效率, 降低功率损失, 从而提高柴油机的有效功率。
⑸定期清除排气系统的积炭, 减小进排气阻力, 提高换气质量, 改善燃烧条件, 降低油耗。
⑹定期检查和更换润滑油, 有效地提高柴油机工作质量, 减少故障的发生, 降低油耗。
2.5 船机热效率
提高船舶装置的热效率可从两方面考虑:一是选用低油耗高热效率的主机以降低它的燃油消耗量。动力装置耗油率决定于主机、副机及辅助锅炉的燃油消耗量, 特别是主机的耗油率, 因为主机消耗的能量约占整个动力装置总能量的90%以上;其次是充分利用装置废热, 产生热水和蒸汽以供船上加热、生活用以及废热发电, 尽可能做到航行中不使用燃油锅炉和少用柴油发电机组, 或者直接减少全船蒸汽耗量和电量的消耗以降低副机和锅炉的燃油消耗量, 提高装置热效率。
废热利用的方法是按废热特点进行的。对主机废气可把废气引入专门构造的锅炉产生蒸汽, 用它驱动蒸汽副机, 或用它带动汽轮发电机组发电, 并入船舶电站, 也可利用排气废热产生的蒸汽作为各种舱、柜、加热器的加热源 (如燃油、滑油和货油系统的加热) 和取暖、蒸饭、茶水等生活热源;对冷却水直接或间接为冷却热, 作燃油加热、制冷、制淡和生活杂用等的热源。利用废热产生蒸汽和热水, 可以减少副机和锅炉的耗油, 节省能源, 提高动力装置经济性。
2.6 其他措施
船舶动力装置包括主机、电站、传动设备、轴系、推进器、管路设备等, 要提高整个动力装置的效率, 降低能耗除从上述各方面采取措施以外, 还可从以下方面考虑:
⑴提高传动效率。从主机到螺旋桨的传动效率取决于传动方式和传动轴及设备的效率, 因此, 应采取下列措施降低能耗: (1) 尽可能采用直接传动; (2) 如采用间接传动, 应提高传动设备 (如减速装置、联轴节等) 的效率; (3) 保证传动轴系的对中良好; (4) 采用高效的轴封装置, 减少轴封对漏油及传动效率的影响。
⑵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, 这样, 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的数目。
⑶提高船舶电站的效率。船舶电站的能耗在整个船舶动力装置中占有一定的份额。提高船舶电站的效率不应忽视。为此, 应合理地使用发电机, 尽量避免柴油机在低负荷下运行, 以提高柴油机的运行经济性;正确选择各种电动机容量, 采取补偿装置提高功率因数, 采用控制机构提高电动机效率, 以提高船舶供电系统的功率因数。
3 结论
船舶动力装置的节能是一项综合工程, 其涉及因素多, 各因素间关系复杂, 在做选择时应考虑各方面的具体情况加以综合平衡。应当指出, 船舶动力装置的节能好坏, 也直接关系到船舶运营的经济性, 所以, 建议船东也应在船舶设计时注意各因素的设计选型及船舶运营时的管理维护。
摘要：本文在简述船舶节能意义的基础上, 对影响船舶节能的各因素做了简要分析, 提出了船舶动力装置在船舶节能过程中的重要性和现实性, 对影响船舶动力装置节能效果的各因素做了总结性研究, 并针对每项影响因素提出了一些实施建议。
关键词：船舶动力装置,节能
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浅析现有船舶柴油机的节能措施 篇8
由于燃油成本占运输成本的比例由13%增长到45%, 甚至超过60%。多数船舶公司出于对航运市场和船舶营运成本的考虑, 多采用主机降速运行的节能措施, 即所谓的经济航速。在不影响船期的情况下, 若主机选用90%的额定转速, 则其功率降为额定功率的70%左右, 此时航速下降约10%, 而主机消耗油量下降约30%。实践证明, 主机减速航行是降低船舶营运成本的一项行之有效的措施, 但是柴油机长期处于低负荷运行会使燃烧状态恶化, 因此应注意燃烧室周围的脏污、磨损的加剧及发生振动等问题。
2 确保柴油机的燃烧良好
燃油燃烧的好坏, 对柴油机的动力性、经济性和可靠性影响很大。燃烧过程的完善与否主要取决于燃油的品质、正确的喷油定时、良好的油头雾化工况和足够的新鲜空气量。
2.1 最大过量空气系数
柴油机燃烧过量空气系数 (α值) 与扫气压力、压缩压力和爆发压力成正比, 与排气温度和机器热负荷成反比。提高过量空气系数即提高扫气空气总质量, 可提高压缩压力并使燃油燃烧完全从而提高爆发压力, 改善柴油机工作状态, 降低机器热负荷, 降低排气温度, 最终提高总体热效率。应定期清洁增压器压气机进气滤器。经验表明, 常温下空冷器清洁剂的清洗效果较差, 若将清洗液加温至50~60℃, 清洗效率将大大增加。空冷器上有“U”型压差计, 航行中应注意其进出口压差, 并与试航报告中的数值相比较, 以掌握其脏污程度, 决定是否冲洗。当压差超过2 kPa时, 表明空冷器已严重脏污, 需解体清洁。此外在管理中对于二冲程机要注意及时清洁进、排气口 (阀) 和排气通道, 四冲程机则还要保证正确的气阀定时, 若气口被堵或气阀定时不当都会使扫气效果变差。
2.2 保持VIT功能良好
船用燃油市场广泛使用CCAI (Calculated CarbonAromacity Index, 碳芳香烃指数) 表示燃油燃烧性能。大多数船用燃油的CCAI值在800~900之间。依据燃油CCAI值, 适时适度调整可变喷射时间装置 (Variable Injection Timing, VIT) , 可改善燃烧, 节省耗油量。实务经验显示, 燃油CCAI值超过870, 燃烧延迟加长, 必须考虑燃油燃烧情况和爆炸压力, 相应调整 (提前) 燃油喷射定时, 否则排气温度上升, 燃烧室积碳。在维护保养时, 一定要注意检查和调整各缸的供油提前角, 使其处于最佳供油位置, 此时滞燃时间较短, 压力上升适中, 最大燃烧压力值适宜, 有较高的热效率, 且耗油率低, 柴油机运转平稳, 提前角过大和过小都会引起滞燃期延长, 热效率低, 油耗增大。当柴油机燃用劣质燃油时, 应适当增大喷油提前角1°~1.5°, 保证在上死点附近发火。若主机需要长期降速航行, 为了有较大的爆发压力, 一般也会适当增大喷油提前角。此外, 喷油泵的凸轮及其传动部件的磨损, 喷油器弹簧疲劳或折断, 新弹簧的调整不当等都会影响喷油定时。
2.3 改善燃油品质
近年来, 为降低营运成本, 提高竞争力, 船舶柴油机普遍使用劣质燃油。劣质燃油的使用会引起缸套和活塞环的磨损、排气阀的高温腐蚀、气缸结炭、喷油嘴脏堵、喷孔变形、针阀漏油、腐蚀等。因此, 应采取相应的技术措施, 改善燃油的性能。管理中除采用碱性气缸油和增大喷油提前角外, 还应采取以下措施来改善燃油性能, 降低燃油消耗。
2.3.1 使用前对燃油进行预热和净化处理
燃油使用前的加热十分重要, 一般要求喷油泵进口处的燃油粘度为12~25 mm2/s。对于劣质燃油中所含的杂质和水分, 可通过净化分离使其降至最小含量。同时应注意燃油的过滤质量, 加强对滤器的管理, 发现滤网破损应及时修补或换新。
2.3.2 保持合适的冷却水温
柴油机运转时, 若水温过高, 会使缸壁润滑油膜蒸发, 磨损加剧, 冷却腔内发生汽化, 缸套密封圈迅速老化;水温过低, 柴油机的冷却强度大, 滞燃期延长, 使燃烧效率降低。因此, 从保证柴油机可靠运转和节能的观点出发, 柴油机的冷却水温应根据说明书的要求调整至正常范围, 以保证气缸壁的温度超过硫酸露点, 防止形成低温腐蚀, 降低燃料消耗率。
2.3.3 选择合适的添加剂
根据燃油品种, 选择合适的添加剂, 并按要求的比例投放, 均匀混合, 以改善燃油着火性能, 最大程度地利用燃油的热能。
2.4 确保燃油雾化质量良好
燃油雾化质量好, 燃油细粒与压缩空气充分混合, 能使燃烧前的准备时间缩短, 即滞燃期短, 燃油燃烧完全, 柴油机工作平稳。船用柴油机燃油雾化质量的好坏主要取决于喷油器, 应根据实际情况对喷油器进行定期的预防性检查和不定期的诊断性检查。若发现针阀锥面密封不良, 可用极细的研磨膏研磨, 再用柴油或滑油研磨。若喷油孔堵塞, 可先用煤油浸泡, 然后用略小于喷孔直径的钢针或钻头疏通。但当针阀锥面出现下沉, 或喷孔直径增大10%以上时, 应换新的喷油器。此外, 装喷油器时应注意垫片的厚度, 否则油头伸入燃烧室的高度改变, 影响雾化角度, 使燃油消耗增加。
3 节省气缸油消耗
3.1 适时、适度调整气缸油供油率
节约气缸油的前提是保证主机气缸良好润滑, 应该以说明书给出的相应负荷的注油率为依据。计算气缸油耗油率的方法很多, 例如航次平均耗油率和全速航行耗油率等。机动航行时气缸油耗油率很难计算, 因为主机功率变化大。不少公司要求船舶计算航次平均耗油率, 却以柴油机生产厂家提供的全速航行耗油率作为衡量标准。因为低速航行气缸油耗油率高出全速航行耗油率很多, 这样做必然迫使船舶降低全速航行气缸油耗油率, 很可能有损主机。正确的做法, 是计算全速航行主机运转某一段时间的气缸油耗油率 (以该时间、该时段的耗油量、该时段的主机功率等计算) , 并以柴油机生产厂家提供的相应功率的耗油率为衡量标准。
3.2 适时检查主机气缸润滑状况
柴油机生产厂家提供的气缸油耗油率也不是绝对标准, 最终还要以气缸润滑效果为标准。所以, 应适时检查主机气缸套表面和活塞环有无异状、扫气室清洁程度和污油积存量、排烟总管内部干燥程度等, 最终判断气缸油注油量是否合适。
4 充分利用柴油机余热
船舶柴油机燃油燃烧产生的热量中大约40%转化为柴油机的输出功, 其余通过排气、冷却水等排放到船外。目前, 柴油机排气余热的利用主要是通过废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率。利用废气锅炉产生的饱和蒸汽来满足船员的日常杂用及油舱的加热保温, 有的大型船舶还将蒸汽过热后驱动透平发电机进行余热发电。冷却水的余热利用主要是作为海水淡化装置的热源。
一、精心维护废气涡轮增压器。二、保持废气锅炉高效工况。作为一种节能装置, 废气锅炉不仅节约燃油, 还能起到柴油机排气消音器的作用。1艘万t级船舶, 利用废气锅炉后每天可节约1t多燃油。若在定期检查锅炉时发现内部结有水垢, 应及时清除。 (及时清除烟侧的积灰。三、保证海水淡化装置正常运行。对海水淡化装置, 日常运行中要注意调节给水流量, 使给水倍率在3~4左右, 同时使蒸发器内水位适宜。调节凝水泵流量, 使冷凝器内凝水水位维持在水位计的1/2~1/3高度。调节冷凝器的冷却海水流量 (必要时稍开真空破坏阀) , 控制真空度在合适的范围内。控制加热水流量, 维持适当的淡水产量, 防止沸腾过于剧烈。
5 其他
除了采取上述节能措施之外, 还要做好以下工作:
(1) 每月计算主机滑油耗量, 与主机说明书给出的数据核对, 及时发现滑油消耗异常。防止和减少主机及系统滑油外漏。定期清洁、檢查活塞杆填料箱, 及时 (通常不超过8000小时) 换新其內部的刮油环。定期检查, 防止各缸活塞杆直径磨损超限 (如MAN B&W LMC90是1.5mm) 。因为活塞杆直径过度磨损而间隙过大, 会增大气密不良, 增加滑油泄漏量, 且因杂质污染泄漏的滑油而难以回收再使用。
(2) 主柴油发电机尽量达到80~85%负荷
柴油发电机, 热效率与其负荷成正比。负荷低, 热效率也低。保持柴油发电机80~85%负荷, 可提高热效率。航行时尽量使用轴带发电机, 轴带发电机的耗油率, 明显低于主 (柴油) 发电机, 还可以减少轻质燃油的消耗。
(3) 平时应加强甲板部和轮机部的联系, 根据实际负荷并车或解列, 避免不必要浪费和节约能耗。在保证必要设备运转情况下, 合理分配用电, 以减轻发电柴油机的负担。降低轻油耗量、提高经济性。
摘要：文章从管理的角度出发, 提出了对现有船舶增效节能的主要途径。轮机管理人员不仅要保证柴油机安全可靠地运行, 还应加强维护保养, 并合理使用, 努力维持其处于良好的工作状态, 以提高经济性, 降低营运成本。
关键词：节能,船舶柴油机,减速,燃烧,余热
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