返回
打印 在當(dāng)前的市場經(jīng)營活動(dòng)中，對(duì)于油船、散貨船和集裝箱船三大主流船型，所有的船東都提出了新船型比現(xiàn)有船型節(jié)能減排20%以上的要求，如果達(dá)不到這一要求，船企甚至沒有機(jī)會(huì)與船東開展初步談判，因此，提高船舶能效的優(yōu)化與創(chuàng)新方法就成了造船界廣為關(guān)注的焦點(diǎn)。在日前召開的“應(yīng)對(duì)船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）措施研討會(huì)”上，工業(yè)和信息化部EEDI專家組成員、中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所研究員、船舶設(shè)計(jì)大師楊葆和指出，提高船舶能效的方法有很多，但要想使新船型實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排20%～30%的目標(biāo)，單靠一兩種方法是難以完成的，需要從船型設(shè)計(jì)這個(gè)源頭著手，綜合使用各種方法，以滿足海事新規(guī)和船東的要求。
實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能減排20%～30%的目標(biāo)既是下一階段國際公約的法定要求，也是船東出于降低成本的強(qiáng)烈要求，因?yàn)閲H油價(jià)的大幅上升已成為船東不可承受之重。以阿芙拉型油船為例，2011年的船價(jià)與1999年已基本持平，但是常用的船舶燃油的價(jià)格已從1999年的每噸約100美元上漲到2011年的每噸約700美元，這使得船舶營運(yùn)20年的燃油總價(jià)占船價(jià)的比重從1999年約80%上升至2011年的約600%，而且油價(jià)還有可能進(jìn)一步上漲。
目前，為提高船舶能效，日、韓等先進(jìn)造船國家已在船型設(shè)計(jì)優(yōu)化上開展了大量研究，并以此作為搶占市場的著力點(diǎn)。對(duì)此，楊葆和表示，我國船舶工業(yè)也應(yīng)從船舶開發(fā)設(shè)計(jì)開始，具體通過線型優(yōu)化、推進(jìn)裝置優(yōu)化、附體節(jié)能裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和配置、主機(jī)選型優(yōu)化、減少船體摩擦阻力和風(fēng)阻力、采用廢熱回收技術(shù)、應(yīng)用清潔能源和新能源等方式來降低能耗，提升船舶的整體效能。
“隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和船舶計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法的發(fā)展，如今線型優(yōu)化的方法和程序與傳統(tǒng)方法相比已有較大的不同?！盋FD方法的計(jì)算成本相對(duì)較低、耗時(shí)較少，可進(jìn)行大量線型方案的比選，這是現(xiàn)在線型優(yōu)化工作相較于過去的最大差異點(diǎn)。楊葆和指出，雖然CFD計(jì)算結(jié)果的精度目前還達(dá)不到直接用于工程實(shí)際的要求，但是通過有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員對(duì)計(jì)算的波形和流場的分析比較，可以將這一計(jì)算方法用于多個(gè)線型方案的比選，然后最終選定一兩個(gè)方案進(jìn)行船模試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，現(xiàn)今線型優(yōu)化不僅要關(guān)注減小靜水阻力和提高推進(jìn)效率，還要考慮減小船舶在波浪中的增阻等，以全面優(yōu)化船舶線型。
螺旋槳是推進(jìn)效率最高的一種船舶推進(jìn)裝置，其設(shè)計(jì)一般由專業(yè)機(jī)構(gòu)通過專用軟件用理論計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)修正的方法進(jìn)行。楊葆和表示，單個(gè)螺旋槳的優(yōu)化方向包括葉數(shù)的選擇和槳葉剖面型式的優(yōu)化，船舶設(shè)計(jì)者可根據(jù)專業(yè)螺旋槳設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的推薦選擇合適的方法。其中，對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳是一種可提高推進(jìn)效率約8%的方法。早期的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳采用軸套軸的方法傳動(dòng)，機(jī)械復(fù)雜且易損壞，如今采用一常規(guī)槳加一吊艙槳或Z推槳的方案雖然能克服這些缺點(diǎn)，但價(jià)格較昂貴。
對(duì)于附體節(jié)能裝置的效果，航運(yùn)界一直存在著褒貶不一的評(píng)價(jià)。楊葆和介紹，附體節(jié)能裝置主要包括槳前的均衡伴流導(dǎo)管、尾框鰭和槳后的自由葉輪、舵球、舵鰭和扭曲舵等。他認(rèn)為，在船舶設(shè)計(jì)中，使用附體節(jié)能裝置要考慮兩方面的問題，一是不能簡單地疊加附體節(jié)能裝置，因?yàn)楣?jié)能效果的取得歸根結(jié)底是依靠船后水流中能量損耗的回收，而簡單地將多個(gè)附件進(jìn)行疊加會(huì)造成其中一部分節(jié)能效果被相互抵消；另一個(gè)是由于船模試驗(yàn)時(shí)，尾部的邊界層相對(duì)厚度較大，它會(huì)增大處于其中的附體的節(jié)能效果，從而使附體節(jié)能的試驗(yàn)值優(yōu)于實(shí)船的節(jié)能值。“現(xiàn)在CFD計(jì)算的前沿技術(shù)已開始研究船、槳、舵和附體對(duì)尾部流場的影響并評(píng)估其節(jié)能效果，同時(shí)，業(yè)界還正在研究實(shí)際尺度的CFD計(jì)算。雖然這些技術(shù)尚不成熟，但預(yù)計(jì)在不久的將來就有望用來優(yōu)化附體節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)和配置?！?
楊葆和表示，在主機(jī)選型上則可選用極長沖程的G型或X型主機(jī)，降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，以提高螺旋槳的效率；而對(duì)于電噴型主機(jī)，可采用部分負(fù)荷或低負(fù)荷優(yōu)化模式，這能有效降低主機(jī)單位油耗。此外，船體減阻也能有效提升船舶能效，由于船體水下部分的橫向焊縫對(duì)船舶阻力的影響可能達(dá)到1%，因此應(yīng)對(duì)船體橫向焊縫的焊接工藝和平整度要求予以研究，使其盡可能打磨平整；同時(shí)，船舶建造時(shí)也可通過涂敷低阻油漆、采用氣膜減阻技術(shù)、減小船舶縱向的通風(fēng)阻力等方法來降低整艘船的阻力?！捌渲?，氣膜減阻技術(shù)目前尚處于研究階段，日本已將這種技術(shù)應(yīng)用于一型長度為180米的在建船舶中?！睏钶岷椭赋?，氣膜減阻技術(shù)是向船底注入壓縮空氣以形成氣膜，其難點(diǎn)首先是必須形成相對(duì)穩(wěn)定的氣膜，即在一定的風(fēng)浪條件下，讓氣膜在船舶縱搖橫搖及升沉?xí)r保持穩(wěn)定，其次是對(duì)船尾部空氣的回收，如果氣泡大量混入尾流會(huì)降低螺旋槳的推進(jìn)性能。目前，工信部已立項(xiàng)對(duì)氣膜減阻技術(shù)進(jìn)行研究，準(zhǔn)備先在小型船舶上試點(diǎn)后再加以推廣，這種技術(shù)能使低速肥大型船舶節(jié)能20%左右。
在提高船舶能效的眾多途徑中，采用廢熱回收技術(shù)也是較為常用的措施之一。楊葆和表示，雖然目前常規(guī)船舶一般都設(shè)置廢氣經(jīng)濟(jì)器，以利用廢熱產(chǎn)生蒸汽供船舶使用，但這種廢熱利用的力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此，業(yè)界曾考慮配置主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)的方案，但由于軸帶發(fā)電機(jī)與廢熱回收裝置的合計(jì)發(fā)電量可能會(huì)超出船舶（有大量冷藏集裝箱的船舶除外）的實(shí)際需要，所以還需要配置吊艙推進(jìn)器，而這將使系統(tǒng)變得非常復(fù)雜，投資也會(huì)大大增加。不過，該技術(shù)方案確實(shí)能使船舶的能效顯著提高，因此，其將會(huì)得到進(jìn)一步的研究。
此外，針對(duì)清潔能源和新能源的應(yīng)用，楊葆和認(rèn)為，其前景固然可期，但如液化天然氣（LNG）、生物質(zhì)燃料、風(fēng)能、核能等能源的利用，在規(guī)范、規(guī)劃、政策層面尚有許多空白之處，需要進(jìn)一步的健全和完善，而在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也需要更深層次的預(yù)研和測試，為今后大規(guī)模的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（來源：中國船舶報(bào)）
