浅谈当代船舶节能新技术开发与应用研究

摘 要：现今，人类对能源的依赖已达到举足轻重的地步。能源问题已成为世界各国政府、实业界和科技部门密切关注的问题。我国的能源形势也很紧张，能源供需矛盾突出，浪费严重。因此，节能是我国国民经济发展中的长期战略任务。船舶作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，其节能效果的好环对国民经济的影响很大。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，还可以减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双重效益。

船舶节能总的含义是以最小的能量消耗取得最大的运输效益，或者说就是以最小的燃料费用取得最大的运输量。船舶节能的努力方向是增大运输量，降低燃料消耗量和采用廉价的燃料。

关键词：研究目的及意义；节能技术；节能措施；

中图分类号：F407.474 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-12-00-02

当今世界各国国民经济的发展在很大程度上取决于能源的发展。能源问题已成为举世关注的重大战略问题，而解决能源供需矛盾无非是开发能源和节约能源。因此我国制定了“开发与节约并重，近期把节能放在优先地位，大力开展以节能为中心的技术改造和结构改革”的能源方针。由此可见，开展能源节约工作具有多么重要的意义。现今，人类对能源的依赖已达到举足轻重的地步。能源问题已成为世界各国政府、实业界和科技部门密切关注的问题。我国的能源形势也很紧张，能源供需矛盾突出，浪费严重。因此，节能是我国国民经济发展中的长期战略任务。船舶作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，其节能效果的好环对国民经济的影响很大。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，还可以减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双重效益。

船舶节能总的含义是以最小的能量消耗取得最大的运输效益，或者说就是以最小的燃料费用取得最大的运输量。船舶节能的努力方向是增大运输量，降低燃料消耗量和采用廉价的燃料。

一、船舶节能技术

机电设备是船舶油料最直接的消耗者，因此抓好机电设备的维护保养，确保机电设备工况，突出技术管理，充分挖掘节能降耗潜力，是船舶节能的关键途径。

新造船舶应尽可能选用下列节能技术：

（1）选用节能环保型柴油机作为船舶的主副发动机

（2）选用近年开发的新型高效螺旋桨

（3）选用正反转螺旋桨

（4）船体、主机和螺旋桨三者匹配合理

（5）改进船体线型，选用合适的节能附件

（6）选用轴带发电机等节能机电产品

二、研究目的与意义

（一）研究目的

中国能源形势不容乐观，我国人口占世界的1/5，而能源资源则相对匮乏。我国已探明的煤炭储量约占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气占12%，人均能源占不到世界平均水平的一半。我国是世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国，从1993年开始成为能源净进口国，能源稀缺，特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展的首要因素，所以我们必须重视节能技术的研究和开发。

随着人类活动的日益频繁，能源消耗变得越来越大，世界常规能源，如煤炭、石油等的供应是有限而短暂的，现在已逐渐紧张甚至趋于枯竭，在没有找到合适的可替代能源以前，节能已成为国民经济发展中的重要任务。船舶是海上运输的主要工具，随着物流业的不断发展，其数量也在不断地增加。从20世纪70年生两次能源危机以来，油价飞速增涨。随着燃油价格的不断上涨，航运企业的经营成本剧增。船舶作为能耗大户，对其进行节能技术进行改造已刻不容缓。船舶节能技术已成为航运业研究的热点之一。

（二）研究意义

与新兴的信息产业相比，船舶工业是一个十分传统的行业。传统行业如何在飞速发展的时代，按照可持续发展的要求，维护自身行业微薄的利润，是一个非常艰巨的任务，而有“工业血液”之称的石油价格一直居高不下，给本就不算景气的传统行业带来了巨大的冲击。船舶是高消耗的运输工具，作为能耗大户，燃油价格上涨后，燃油费用在船舶各项可变动的运输成本中所占的比重最大，约占可变动运输成本的50%左右。

船舶节能是以最小的能量消耗取得最大的运输效益，或者说就是以最小的燃料费用取得最大的运输量。船舶的节能技术改造，不仅可节省燃油费用，减少船舶的运输成本，提高企业的利润率，给企业带来高的经济效益，还可以减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保双重效益。船舶节能技术研究是一项非常有意义的工作。

三、节能措施

（一）减少船舶阻力

减少船舶阻力是一种常用的节能措施。船舶航行在水面上受到的阻力主要有水阻力和风阻力，其中风阻力主要在高速船舶设计时进行考虑，一般情况下通常只考虑水阻力。水阻力又分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。

1、减阻球鼻

如今，新型的球鼻艏采用了双球鼻结构，被称为减阻节能球鼻艏。据初步了解，减阻节能球鼻艏能有效地减小兴波阻力，获得优良的减阻效果，一般节能15%以上，具有广阔的应用前景。在高速水面舰船上安装新型的球鼻艏，是近年来国内外研究的前沿课题。

2、球艉船型

球艉型船的特征是在船体满载吃水线的尾部区设有一个长约1%～2%L，宽度极小的尾端形体。它是根据流体力学原理，利用球尾产生与船尾尾波相反的等幅波，以降低兴波高度。其主要作用有：①消波压浪，使船尾波的起波点后移，导致尾波扩散面减小，从而减少能量损失，降低船舶阻力。②可改善尾流，起整流作用，提高船舶的推进效率。设计球尾的主要参数是球尾体长度、横剖面的大小与形状以及球心的位置等，一般宜选择在桨轴中心线上，可根据船模试验优先其球尾尺度与形状，该船型一般可以节省主机功率7%～9%。

3、微气泡减阻

1876年，傅汝德曾进行过一个实验，证明了一个固态物体在空气中的摩擦阻力要比在水中小600多倍，他建议用一层空气膜将船体和水隔开，以减小粘性阻力。日本海上技术安全研究所在日本东海运输公司的“太平洋海鸥”号水泥运输船上进行了微泡沫船舶节能新技术实验，这种新技术是在船艏两侧安装长10m的微缝板，通过喷出的空气在船底形成一层薄薄的小气泡，使船舶受到水的摩擦阻力减小12%，节省燃油8.5%。一旦此节能效果被验证，此项技术将在使用在“太平洋猎鹰”号水泥运输船上，而后这项技术也将逐步推广并应用到大型油船上。

4、采用船尾附体

采用船尾附体，不仅能改善尾部的流场，降低粘压阻力，还可使螺旋桨的推进效率提高，目前采用的附体一般有反作用力鳍、前置导管、附加推力鳍、尾端球、桨后固定叶轮等。

5、减少船体的粗糙度

船舶在使用一段时间后，船舶会由于被腐蚀等的原因，使其粗糙度增加。同时，海生物对船壳的污底与附着也会日益严重。这些都是节能的大敌。据粗略统计，由于粗糙度增加，每年要多耗燃油30%左右。

防止污底的对策主要有四个：（l）采用防污涂料系统，防止海生物的附长。如采用自抛光船壳漆。（2）电解海水防污，通过电解装置将海水分解，杀灭海生物。（3）定期进行清理。（5）水面刮刷和补涂技术。防止粗糙化的对策有：（l）选择合理的涂料系统。（2）提高油漆施工的质量。（3）对船壳的水下部分实行阴极保护等。（4）对船壳板进行打砂。

（二）最佳纵倾法

美国节能委员会将最佳纵倾节能技术列入十大节能措施之一。大量的实验表明，船舶利用压载水调整纵倾，使船舶处于最佳纵倾航行状态，是一项简单易行，安全可靠又无需加任何设备的重大节能措施。船舶在最佳纵倾状态航行时，船体阻力降低，推进效率提高，航速相应提高，引起螺旋桨的进速增加，扭矩系数Km减小，从而使螺旋桨特征曲线变得平稳。因此，调整船舶在最佳纵倾状态下航行，可大幅度地节约主机功率。据试验研究，最佳纵倾航行节能特点是节能效果好，经济效益好，调整简便，不影响船的营运能力。

四、小结

总之，节能措施是很多的，如何节能要根据实际情况选择，以便达到最佳节能效果。在全球都进行节能研究大背景下，我们国家在船舶节能方面也已投入更大的力量。我们的优势在于后发优势，除了在新技术方面要进行不断创新以外，同时还要通过开发先进的适合全球标准的信息网络管理技术，对整个船舶进行综合系统、智能管理，从系统整体上把握创新的方向，从而使我们的船舶业具有更强的竞争能力。随着科学的发展以及理论的研究，可以预见将会有越来越多新型种类的船舶节能技术将应用到船舶的节能技术中。同时节能措施也是国民经济可持续发展的重要组成部分，我国能源消耗大，利用率低，浪费也很大，节能工作面临着巨大的压力。在全球都进行节能研究及国内能源情况紧急的大背景下， 我们国家在船舶节能方面也已投入更大的力量。目前，推动船舶节能工作，迫切需要加快节能技术的推广和应用，争取使我国所有船舶都能采用适合自身发展的船舶节能技术。

随着科学技术的发展以及理论预报的深入开展，可以预见将来会有越来越多新型种类的船舶节能技术应用到船舶的节能技术中。另外，文中提到的许多节能措施大多已经在实船中得到应用，并且有较好的效果，我国正在加大支持发展绿色船舶的力度，未来船舶的节能减排和绿色船舶仍将是船舶设计研究的一个重点。