对存量船舶节能途径的探索

提要：针对存量船舶，船长及经营管理人员，在满足主机基本工况良好、保证航行安全的前提下，可从改变船舶的吃水状态、优化航线设计，选择最佳航速等各项措施，达到降低船舶营运的变动成本的目的。

关键词：动态吃水差 最佳航速 优化电力 利用潮汐

就目前的营运船舶而言，由于主机辅机造价昂贵，改造或更换动力系统是不可能的。可行的对策是：针对各自的机械特性和目前的运输情景，通过提高管理水平，使能源利用效率最大化，节约燃料成本。从长远的角度来考虑，针对我国沿海内贸运输的船舶，海事主管部门将来也会提出船舶能效的要求，以达到在环保方面减少碳排放、减少有害气体排放的目的;国际航线的船舶，达到和满足IMO关于 SEEMP（船舶能效管理计划）和EEDI（船舶能效设计指数）的强制规定的要求。提倡和实践绿色航运。

为实施船舶节能，能效利用函数f（x），变量n是“主机、辅机、航行态势、海况、吃水差”等关键数据。其能效用数学基本原理来表达， Σ41 ，对节能的4项基本变量的建议如下：

1 船体和吃水因数：优化动态吃水，减少船体阻力

船长所能理解和掌握的是静态吃水差。为便于船员操作，在装卸港的吃水要求不受限的前提下。建议静态吃水差为0.5～0.7米左右。

但在航行状态下，不同船体、不同船舶在不同航速下，前后的下沉量是有区别的，建议取在经济航速的条件下动态吃水差也为0.5米（静态吃水差≠动态吃水差）为宜。

值得提醒的是，建议的0.5米的动态吃水差，并不是实际航行中的最佳吃水差。各轮可通过（多个航次）实际对比，建议通过调整吃水差，优化能效节约潜力。

2 动态阻力因数：采用最佳航速，获取长效经济

从成本的“数学模型”中获得的经济航速与主机能效曲线的特性，在不赶船期的情况下可以优选船舶的最佳航速。

最佳航速通常不是最经济的航速，最佳航速除了考虑到成本以外，还得考虑到船舶主机的特性（能使主机长时间满足工况要求的转速）及航海实践（船舶操纵与避让的基本要求以及船员心理）。本文以华远星海运有限公司的华远星轮的参数，建立起来的总成本模型求取最佳航速。

2.1 船舶航行时的基本参数

航行距离980海里（天津港―可门港）;额定航速13节;油耗32吨/天;副机用柴油2.5吨/天;锅炉用柴油2.5吨/天，航行时不用燃油锅炉;船员工资、船舶折旧、修理及备件物料费用、财务费用等的固定成本为9万元/天;重油价格0.48万元/吨;柴油价格0.8万元/吨。

2.2 船舶营运成本的构成

营运成本=固定成本Cf + 变动成本Co

固定成本=船员工资+修理+物料备件+保险+折旧+融资成本。

变动成本=燃油费用+港口使费

2，3 航行时间段的固定成本Cf （包含不变的发电机燃油费用）

固定成本Cf 的计算公式：

Cf =2（）

2.4 在额定航速下的航次总成本Ct

Ct = Cf + Co

Cf =2（）= 69.1万元

Co = 2（）=96.5万元

额定航速下的总成本为：Ct = Cf + Co =165.6万元

两港间航行时间为3.14天。

2.5 求最低营运的成本

Ct = Cf （固定） + Co （燃油）-Cb（因延时少用锅炉成本）

其中的Co主要是主机使用燃油的成本，国内权威性教科书的观点是：主机耗油量与航速的3次方成正比。即： Q = a V3

船舶的总成本与航速直接的关系曲线为：

Ct

0 Vd V

2.6 求总成本Ct 的最小值，即一阶导数为零时的速度值Vd

Ct = Cf （固定） + Co -Cb（锅炉燃油费用）

= 2（）+ 2（）

-2（）

Q = a V3

a =0.01456 （ 从Q=32吨/天，V=13节中求出）

把Q和a 带入Ct的公式中

Ct= 2 3 -2

Ct=2 -

Ct的导数为：

-

+

经整理得：

= - 9×

Vd=

此航速为最经济航速，但没有考虑到主机的特性。在航速为8.62节的情况下，燃油燃烧的效率将会降低、主机的排烟温度将会增高，长期使用最经济航速，会给主机的维护带来不利，因此最经济航速还不是最佳盈利航速。

3 主机特性

通常当主机在额定转速的情况下，燃油燃烧的工况最好。但当转速低于或高于此额定转速，燃烧工况都会减低，主机会出现爆炸压力降低和排烟温度增高的不利因素。主机在额定转速Re的情况下，主机能效N达到最大值M。则不同转速条件下的能效曲线图如下：