船舶動力裝置的節能技術研究

（中國艦船研究設計中心，湖北武漢 430064）

0.引言

作為船舶的重要組成部分，動力裝置必須滿足節能要求，這是推動行業乃至國家戰略實現的重要舉措。導致船舶動力裝置不符合節能要求的原因較多，其主要可以分為技術、經濟、管理等因素，各個因素之間相互影響。并且，從目前我國大部分船舶動力裝置的節能現狀來看，普遍存在能源消耗較大、運行成本較高、能源利用率較低等現象。因此，本文研究船舶動力裝置的節能技術，站在現有理論基礎上進行創新，給相關行業發展提供實踐依據。

1.船舶動力裝置中節能技術應用的必要性

1.1 是滿足航運發展的必然需求

目前，全球各國都面臨環境生態問題，各個國家都采取了有效手段解決環境污染問題。對于船舶動力裝置來說，節能技術的使用不但是我國航運實現發展的重點，同樣也是我國落實科學發展觀的必要手段之一[1]。在船舶運行的過程當中，技術人員需要實時監督船舶情況，觀察航向是否發生變化等，針對船舶運行的實際狀況進加以分析。與此同時，技術人員還需對船舶運行所消耗的油量加以記錄，在每次運行后對數據進行比較，修改系數偏差，使其達到標準油量消耗值。節能技術的方法有許多，行業需結合實際情況來選擇，而節能技術在船舶動力裝置中的使用，根本目的在于降低船舶能源消耗量，提高運行效率。

1.2 是達到相關法律規定的重要舉措

在我國提出節能降耗、可持續發展理念后，意味著各行各業都要滿足該要求。在2020年，我國二氧化碳的總排放量在16%左右，船舶行業的能源消耗量在15%左右，這可以看出，船舶行業的節能降耗和整個國家戰略發展有著密切聯系。所以，在船舶動力裝置中融入節能技術，是整個船舶行業滿足相關法律法規的重要舉措，同時，也是推動我國戰略實現的有效策略。

1.3 是保護生態環境的有效方法

船舶是海上交通的主要工具，和其他交通運輸工具相比有著顯著優勢。船舶一次可載重量比較大，且交通運輸費用并不高，再加上通貨能力較強，在國內外貿易運輸中的使用率較高。就以我國為例，我國國內無論在進口貨物還是在出口貨物上都會優先考慮船舶運輸。在物流業進步的過程中，船舶運輸率在不斷上升，船舶除了有著良好的運輸性以外，在保護生態環境上也有著積極作用[2]。國外航運會對生態環境產生不良影響，船舶運行所排放的二氧化碳總量占全球總量的1.8%～4.5%。這一數據只是當下現狀，在船舶數量與海上交通運輸率增加的同時，所占比例會急速上升。在船舶運行的過程中，不但會排放二氧化碳，甚至還會排出有毒氣體，比如硫化物、微粒等，對水體造惡劣影響。因此，在船舶動力裝置中融入節能技術，對于降低有毒有害氣體排放、保護環境有著積極影響。在船舶現有運輸優勢上給予船舶更好的發展動力。

2.船舶動力裝置的節能技術具體應用

2.1 廢熱和廢氣處理技術

在船舶動力裝置工作時會產生熱量，在所排放的全部熱量中，有大約1/2的熱量是廢棄熱輻射浪費掉的。這就說明，針對該問題進行優化，會大大減少船舶動力裝置運行時的能源消耗率，所以，技術人員需加強熱廢和廢氣處理，達到船舶動力裝置節能減排目的。在傳統的處理方法中，一般會對主機廢熱加以轉化，但這種方法的轉化率最高也只能達到4%左右，轉化時間和回報周期都比較長[3]。在對廢熱和廢氣進行處理時，可使用微粒降低技術和NOx降低技術。首先，當前使用最頻繁的方法就是在排氣管上安裝微粒收取設備，這樣一來，在船舶動力裝置運行時所產生的微粒都會進入收取設備中。設備會對獲取到的微粒進行篩選，讓微粒獲得再生能力。從當前的現狀來看，我國所使用的再生方法較多，如果在受到收取設備材料和工藝等因素制約下，微粒收取設備的再生能力就會有所降低。雖然也有一些再生技術在研究中，比如燃油添加劑技術、靜電捕獲技術等，但是，要想將這些技術真正融入實踐中還存在較大難度；其次，對廢熱和廢氣進行處理還可使用NOx降低技術。技術人員可以把還原劑融入到排出的廢氣中，我國使用的還原劑主要是氨、尿素。

2.2 螺旋槳技術

船舶動力裝置能源消耗大，有一部分原因是推動效率導致的。船舶動力裝置的推動效率較低時，不但會降低船舶運行速度，還會導致不必要的能源浪費，因此，在將節能技術運用到船舶動力裝置時，可針對推進效率設計全新的螺旋槳。首先，可以設計出一款直徑較大、轉速較低的螺旋槳。當螺旋槳的直徑較大，轉速較低時，可以在一定程度上擴大劃水面積，使推動率得到增加，以此來提高船舶運行速度。這種方法在高速船舶中比較適用；其次，可融入PBCF裝置，該裝置從國外引入，主要是指在螺旋槳軸上套入鰭，鰭的具體數量需和螺旋槳葉片一樣。PBCF裝置在船舶動力裝置中的應用可有效削弱旋轉渦流，減少阻力，在我國船舶動力裝置中已經有了廣泛運用[4]。PBCF裝置有著體積輕、結構簡約、成本低等優勢，在所有類型的船舶中都適用，將其設置在螺旋槳螺距比較大的船舶中效果是最好的；除此之外，也可以在船舶動力裝置上安裝推動輪，在船舶運行中，如果遇到尾流能量，助推輪可將其轉化成為推力，讓船舶運行更加流暢。

2.3 船體減阻降耗技術

為了在整體上提高船舶動力裝置節能性，可針對船體實施減阻降耗技術，對于船舶動力裝置來說，船體自身也是導致能耗浪費的一大因素。在對船舶進行設計時，為了實現節能要求，船型設計的重點在于減少阻力，為了實現減阻降耗，設計人員需從浮態調整、低阻力線型設計、船體表面減阻等方面深入。低阻力線型優化涵蓋了線型優化和整體優化。設計人員必須擁有豐富設計經驗，可結合母船舶來加以設計。而在優化時，設計人員則要在排水量較為充足的情況下實施，對方形系數、浮心位置等進行反復調整，以此來獲取最佳尺寸比例。通常情況下，設計人員都是通過模型或CFD等途徑對船體進行設計的，在模型中進行反復調整、試驗，一直到獲得最佳船體為止[5]。由于在船舶運行時所受到的阻力和靜水阻力、風浪等有直接聯系，所以，設計人員在設計時還要考慮到綜合阻力，不能只考慮面片阻力因素，增加船舶的綜合抗阻能力。

3.結語

本文主要分析了船舶動力裝置的節能技術。在分析中發現，節能技術在船舶動力裝置中的應用，不但是滿足航運發展的必然需求，同時還是達到相關法律規定、保護生態環境的有效方法。在實際的應用中，為了提高船舶運行速度，降低阻力，提高能源利用率，可以使用廢熱和廢氣處理技術、螺旋槳技術、船體減阻降耗技術等來實現，最終削弱船舶行業二氧化碳排放量，推動我國節能戰略的早日實現。