提 要: 2007年以來， 高漲的燃油成本、持續(xù)增長的燃油需求以及IMO等國際組織對船舶排放問題的關(guān)注， 使得船舶節(jié)能減排工作重要而突出。本文對當(dāng)前航運(yùn)業(yè)內(nèi)采用的節(jié)能減排措施和有關(guān)研究進(jìn)行了跟蹤、整理和分析， 以期對有關(guān)機(jī)構(gòu)及人員能起到參考作用。

　　關(guān)鍵詞: 船舶節(jié)能 減排 性能分析 推進(jìn)效率 動(dòng)態(tài)

　　全球性能源緊張、運(yùn)營成本的高漲， 使得節(jié)能減排成為近年來世界各大航運(yùn)公司的一個(gè)主要任務(wù)。今年以來， 中遠(yuǎn)以降低船隊(duì)平均運(yùn)營航速作為節(jié)能減排的具體舉措， 有效地減少了船舶油耗及廢氣排放。國外的航運(yùn)公司、研究機(jī)構(gòu)也紛紛加大節(jié)能減排研究力度， 如德國SkySails公司的“風(fēng)帆”、韓國現(xiàn)代重工的“方向舵翼”。除此之外， 業(yè)界還對與節(jié)油降耗有關(guān)的諸多因素進(jìn)行了研究， 如駕駛行為、運(yùn)行性能分析以及優(yōu)化船體設(shè)計(jì)等。作者通過近兩年的跟蹤、整理和分析， 綜合起來， 航運(yùn)業(yè)內(nèi)當(dāng)前開展的主要節(jié)能減排措施和最新研究可以歸納為以下幾個(gè)方面:

　　1 提高駕駛技術(shù)、改變駕駛習(xí)慣， 從人為因素入手節(jié)能減排

　　新科技、新裝備不是節(jié)油的唯一途徑， 駕駛技術(shù)與習(xí)慣同樣可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。荷蘭交通運(yùn)輸部聯(lián)合其他部門在瓦赫寧根舉辦了內(nèi)河航運(yùn)節(jié)油比賽， 想通過比賽讓各船公司和船長認(rèn)識到他們在節(jié)油事務(wù)中的重要性。整個(gè)比賽歷時(shí)8周，有42艘內(nèi)河船舶參加， 共耗油650萬升， 平均節(jié)油14. 2%， 折合資金50萬歐元， 同時(shí)減少二氧化碳排放量3360噸。Danser集團(tuán)以節(jié)油25. 4%的成績獲得比賽團(tuán)體冠軍。同時(shí)， 荷蘭政府正在制定新的節(jié)能減排措施， 計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)比2007年節(jié)能減排5%的目標(biāo)。

　　中國交通部也開展了節(jié)能減排示范活動(dòng)， 在推廣的示范項(xiàng)目中， 拖輪/學(xué)良節(jié)油法0在2006年至2007年， 僅在“亞洲二號”一條拖輪上就實(shí)現(xiàn)節(jié)油近

　　160噸， 折合人民幣87萬余元?！皩W(xué)良節(jié)油法”主要通過低速航行、單車靠離、多點(diǎn)停靠、單車航行、最大力矩、借力航行、均勻“變速”、“冷車”慢行、“空檔”滑行等方法手段實(shí)現(xiàn)拖輪操作節(jié)油。

　　此類比賽或示范項(xiàng)目的確能夠讓船公司、船員在節(jié)能觀念上得到加強(qiáng)， 從操作技術(shù)與駕駛習(xí)慣方面提高節(jié)能減排本領(lǐng)。由于遠(yuǎn)洋航線周期長、航線情況差別大、整體油耗大， 駕駛技術(shù)與駕駛習(xí)慣實(shí)現(xiàn)的節(jié)油效果很難直接表現(xiàn)出來， 但這并不能掩蓋駕駛技術(shù)與駕駛習(xí)慣在遠(yuǎn)洋船舶節(jié)能減排方面的重要性， 我們還是應(yīng)該增強(qiáng)節(jié)能減排觀念， 提高操作技術(shù)、養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣， 在現(xiàn)有船舶裝備情況下達(dá)到最佳節(jié)能水平。

　　2 提高運(yùn)行性能分析能力， 在實(shí)際運(yùn)營中節(jié)油降耗

　　船舶在實(shí)際運(yùn)營和維護(hù)過程中也有降耗空間。航速是最直觀的參數(shù)， 平穩(wěn)的航速或自動(dòng)巡航設(shè)定被認(rèn)為可以減少5%- 10%油耗。由于船舶在不同的速度、洋流和氣候條件下連續(xù)運(yùn)行， 這些因素都對油耗有較大影響， 船員僅僅掌握船舶額定工況時(shí)的單位時(shí)間耗油信息是不夠的， 必須為他們提供船舶的速度-功耗特性等更多信息，并根據(jù)吃水、吃水差、水深、水流、風(fēng)和潮汐等進(jìn)行修正， 以便船員合理操作， 使船舶處于最佳航行狀態(tài)。

　　MARIN聯(lián)合10家船東經(jīng)營者、4家船級社、9家航海和檢測系統(tǒng)供應(yīng)商以及1家船廠一起進(jìn)行了航速試驗(yàn)分析項(xiàng)目和運(yùn)營性能分析項(xiàng)目。他們首先研究出一個(gè)明晰且精確的航速試驗(yàn)分析推薦方法。該推薦方法針對不同船型更新了風(fēng)阻數(shù)據(jù)， 校正了波浪阻力， 其最大優(yōu)勢在于其結(jié)果不因計(jì)算方式不同而不同， 具有通用性。運(yùn)營性能分析項(xiàng)目則通過四艘試驗(yàn)船研究船舶實(shí)際運(yùn)營性能， 其中洋流、環(huán)境、水深、負(fù)載(吃水、吃水差)等均被考慮在內(nèi)。該方法的一致性效果已經(jīng)得到證明。性能分析本身并不能直接節(jié)省燃料或減少排放。然而， 明確船舶性能將有助于船員優(yōu)化船舶速度和吃水， 進(jìn)一步提高船舶性能、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。參與項(xiàng)目的公司將共享試驗(yàn)成果， 在他們的船上應(yīng)用運(yùn)營性能分析系統(tǒng)。

　　3 優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)， 提高低速船舶的節(jié)能水平

　　當(dāng)前， 很多航運(yùn)公司都試圖通過降低船速來減少燃油消耗。從單純的單船油耗看， 這種方法節(jié)油效果十分明顯， 但我們必須注意到， 我們現(xiàn)有的船舶可能并不適于低速航行。在以前追求航行速度的年代， 船型設(shè)計(jì)與優(yōu)化都是以較高船速為前提的。如今， 船速要降低了， 船舶設(shè)計(jì)與優(yōu)化也應(yīng)隨之改變。

　　首先， 船速降低， 激波與興波阻力隨之改變，船舶的方形系數(shù)、球鼻艏就需要重新優(yōu)化; 其次，船舶巡航速度改變， 對靜水狀態(tài)下的螺旋槳設(shè)計(jì)要求不再苛刻， 而波浪阻力變得更加重要， 避免推進(jìn)系統(tǒng)過載、穩(wěn)速成為主要因素。再次， 設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到速度改變帶來的靜水動(dòng)力和海上功率裕度的改變。還有， 低速船的推進(jìn)性能可能會影響到船舶的操縱性能， 增加橫搖的發(fā)生機(jī)率。這就需要對船舶舵機(jī)和航向穩(wěn)定性進(jìn)行研究和改進(jìn)。最后， 隨著船速的降低， 船舶動(dòng)力裝置的額定工況也將改變， 需要有相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)。

　　4 利用AIS掌握船舶排放情況

　　船舶排放的量化問題是控制船舶排放的重要因素， 也是節(jié)能減排管理中的難點(diǎn)。從2005年起， 所有300總噸以上的船舶都被強(qiáng)制要求裝備了AIS系統(tǒng)。岸站可以通過AIS系統(tǒng)獲取船舶編號、呼號、位置、航向、航速等信息， 并可進(jìn)一步得到船舶的船型、大小、引擎、建造時(shí)間、最大航速、燃油以及相關(guān)信息。利用“AIS系統(tǒng)掌握船舶排放情況”成為一項(xiàng)新的科研課題。

　　通過AIS信息， 結(jié)合實(shí)時(shí)空氣狀況， 可以確定每艘船舶的排放系數(shù)。進(jìn)一步耦合AIS數(shù)據(jù)與船舶船速、航行狀態(tài)(作業(yè)或錨泊)、吃水等工作參數(shù)、靜態(tài)特性以及船舶排放系數(shù)， 則可確定船舶的排放位置及數(shù)量。當(dāng)每艘船舶的排放都被量化后， 就可以計(jì)算出特定區(qū)域的排放情況， 進(jìn)而得出局部空氣質(zhì)量。排放量化還可以用于涉及排放許可問題的空間規(guī)劃。

　　5 利用流體動(dòng)力學(xué)軟件優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)， 降低油耗

　　減少興波阻力與摩擦阻力是提高船體性能的主要途徑， 而減少興波阻力的方法大多集中在球鼻艏和船體前后形狀設(shè)計(jì)上。良好的球鼻艏設(shè)計(jì)能夠?qū)⑶虮囚寂c船首之間的激波降到最小。以前， 球鼻艏主要根據(jù)試驗(yàn)船速和設(shè)計(jì)吃水進(jìn)行優(yōu)化， 考慮到油價(jià)， 一些以前未被考慮在內(nèi)的因素變得重要了。船舶的操作性能被考慮進(jìn)來， 球鼻艏也需要根據(jù)較低的設(shè)計(jì)航速、較大的速度空間和吃水區(qū)間進(jìn)行改進(jìn)， 使阻力在試驗(yàn)狀態(tài)下達(dá)到最小。

　　研究機(jī)構(gòu)通過模型試驗(yàn)對鴨尾、尾楔、尾壓浪板(擾流板)的作用進(jìn)行研究， 認(rèn)為這一途徑可以減少5%-10%的阻力。此外， 通過先進(jìn)的防污油漆和良好的船體(平滑焊接等)減少摩擦阻力，也可以降低油耗。而利用空氣潤滑將有望用于船舶較大的濕表面和較大的平坦部位。

　　6 提高推進(jìn)效率、增加燃油利用率

　　螺旋槳能夠?qū)?0%左右的機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力， 雖然已經(jīng)處于合理范圍， 但仍有大量能量損失。螺旋槳的實(shí)際效率受限于船舶航行條件和船體性能。例如， 螺旋槳直徑不僅受船舶航行吃水限制， 還要顧及船體與螺旋槳間隙(與螺旋槳直徑的比例通常固定在20%-25%)， 以此保證船尾的振動(dòng)處于可接受范圍內(nèi)。這同時(shí)還制約了螺旋槳的徑向負(fù)載分布， 影響推進(jìn)效率。另外為防止出現(xiàn)氣蝕， 要求保證一定的葉片面積， 這將增加螺旋槳摩擦損失。如果將螺旋槳船體整體優(yōu)化， 提高其氣蝕余量利用率， 對傳統(tǒng)的螺旋槳驅(qū)動(dòng)的船舶，整體推進(jìn)效率可以提高5%至10%。

　　7 動(dòng)力定位船舶節(jié)油研究

　　動(dòng)力定位船舶的燃油效率也成為業(yè)界關(guān)注的問題。動(dòng)力定位船舶在遇到強(qiáng)風(fēng)或波群時(shí)， 勢必會發(fā)生較大位移， 在船舶歸位時(shí)就會造成燃油消耗。提前預(yù)防是避免發(fā)生位移的主要方法， 在預(yù)測到有強(qiáng)風(fēng)或大浪時(shí)， 要提前做好準(zhǔn)備， 將位移降到最小。風(fēng)向及風(fēng)速測量已經(jīng)應(yīng)用于動(dòng)力定位控制， 而波浪信息因其測量難度較大還未被完全應(yīng)用， 但模型試驗(yàn)證明可以達(dá)到較好的定位性能。

　　8 節(jié)能技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)上的綜合應(yīng)用

　　歐盟的一個(gè)科研項(xiàng)目正在設(shè)計(jì)一種模塊化組裝的船舶。模塊化組裝船舶可以根據(jù)運(yùn)營需要改變船舶用途， 調(diào)整最佳航速和載荷， 以此提高船舶運(yùn)營效率、降低近海航行成本。根據(jù)變化的用途、船速等因素設(shè)計(jì)優(yōu)化船舶性能是其中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　日本郵船則提出“CoolEarth”項(xiàng)目， 計(jì)劃通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)效能、改進(jìn)船體線型、使用燃料電池、應(yīng)用“水下空氣洞”技術(shù)、安裝太陽能電池板、

　　改善螺旋槳管理、利用風(fēng)力等一系列措施， 大幅減少二氧化碳排放。該項(xiàng)目的第一階段已經(jīng)正式啟動(dòng)， 是在一艘汽車運(yùn)輸船的甲板上安裝太陽能電

　　池板， 328塊電池板將占超過該船甲板面積的25%。這些電池板的發(fā)電功率可達(dá)40千瓦。該船計(jì)劃于今年12月交付使用。前期實(shí)驗(yàn)的目的在于測試太陽能電池板能否經(jīng)受住海上惡劣條件的考驗(yàn)。如何利用并不穩(wěn)定的太陽能以及如何使太陽能有效地供給到輔助動(dòng)力系統(tǒng)是另外兩大技術(shù)難題。

　　安裝太陽能電池板只是第一步， 日郵希望到2010年能夠開發(fā)出一艘效率比目前的實(shí)驗(yàn)船高50%， 同時(shí)廢氣排放量只有實(shí)驗(yàn)船一半的船舶。隨后， 利用太陽能、風(fēng)能技術(shù)等， 至2050年開發(fā)出一艘完全不以碳燃料為動(dòng)力的船舶， 從而徹底消除二氧化碳排放。

　　節(jié)能減排是我國的一項(xiàng)基本國策?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和不斷進(jìn)步， 必將推動(dòng)新的節(jié)能減排措施的出現(xiàn)和發(fā)展。在國際海事組織、各國政府、航運(yùn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)等各方的共同努力下， 航行必將更安全， 海洋必將更清潔。