船舶设计中的节能减排技术应用研究

马化铮，郭文菁

（1.武汉船舶设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000；2.中国船舶重工集团公司第七〇一研究所，湖北 武汉 430000）

船舶设计中的节能减排技术应用研究

马化铮1，郭文菁2

（1.武汉船舶设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000；2.中国船舶重工集团公司第七〇一研究所，湖北 武汉 430000）

在当今社会，节能减排为一项热门的社会议题，其由“技术”与“意识”组成，能够对现代化建设的各个方面产生影响。由于我国在全球范围内属于造船大国，因此，为了保证船舶制造行业发展道路的正确性，提升船舶设计与制造技术的高效性，国内船舶企业更应高度关注节能减排技术的应用效能。对此，本研究深入分析了节能减排技术的现实地位，通过分析船舶设计过程中节能减排技术应用存在的问题与不足，提出相对应的解决方案。

节能减排；船舶设计；技术应用；策略

自进入21世纪之后，我国面临着节能减排的关键任务，作为贸易运输主要方式，船舶航运产生的废气排放、能源结构严重影响自然环境。为此，船舶设计应结合节能减排技术，以便合理控制船舶对于自然环境、海洋环境等产生的不良影响。

1 我国船舶行业节能减排技术的发展现状

现阶段，与船舶设计中的节能减排相关的条款主要包括《控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约》、《国际防止船舶造成污染公约》等，此类条款的实施目标为降低船舶产生的污染，维护周边环境。在“绿色航运革命”中，我国政府部门对船舶行业的未来发展模式做出了调整与改革，例如，政府决定分阶段集中控制NOX、燃油含硫量，分阶段提高限制空气污染的标准。另外，我国针对船舶行业运营指数、设计指数、管理计划等方面，提出了多次调整与修改。这就表明，在同时面临经济市场发展需求与国际竞争压力的背景下，船舶行业需将节能减排转换成有力的竞争工具，即不可忽视节能减排技术的发展状态。

2 节能减排的应对措施

（1）降低船舶阻力。降低船舶阻力为减少船舶排放、降低能源损耗的有效途径。其中，对于船舶阻力而言，船舶线型为关键因素。通常情况下，船舶制造公司会选择阻力较低的船舶线型设计方案，诸如母型船法，即在优化母型船的同时，将其应用于新船。此外，部分船舶制造公司选择使用船模试验方法，该种方法充分利用水、监控、测量船舶阻力，并计算在一定时间范围内，船舶的阻力大小、浮心位置、排水量等指标，以便引导船舶制造企业选择科学、合理的船型尺度比例。

船舶所处的海洋环境复杂、多变，因此，在设计船舶的过程中，设计人员需掌握环境因素，诸如流速、风浪对船舶阻力的影响，其目标为采取合理措施控制运行阻力与风浪影响。此外，设计人员还应做到以运行数据为依据，缩小挡风面积，合理调整船舶浮动状态。正是因为船舶阻力性能与多种因素之间息息相关，所以，设计人员需综合考虑各个角度，以满足船舶总体设计目标为基础，致力于降低波浪阻力、风阻力，选择最为合理的船舶线型。

（2）提高推进效率。为提高船舶设计中节能减排目标的实现效率，设计人员不仅要提高船舶线型的合理性，还需注意保证船桨、船机等匹配程度，实现船舶有效马力、螺旋桨负荷量、主力功率的吻合性，从而做到主力功率的满足与有效利用。此外，设计人员应以船舶主机状态为依据，确定主机动力能量调控范围，积极采用新型的材料，此亦为提高船舶推进效率的重要因素。

节能减排技术的应用，可被称为提高船舶推进效率的关键性手段。其中，螺旋桨整流罩为节能减排技术中的成功表现，其运行原理是指，在调整螺旋桨尺寸的前提下，促使船舶摆脱低航速、高负荷的运行状态，平衡螺旋桨轴线流场，以便提高船舵左右两方的配合程度，最终完成航运目标。此外，在工程建设方面，在船舵前安装整流体，有助于控制桨毂产生的能量损失，所以，该种方法可提高船舶推进效率。

（3）引进节能设备。在船舶设计方案中，船桨、船机、船身为关键部分，因此，该三者为船舶设计中节能减排技术的研究对象与应用载体。同时，在主辅机职能技术、动力节能技术、混合动力技术、变频技术的作用下，船舶设计工作显著提高了节能设备的应用效率。现阶段，我国大多数进入航运阶段的船舶柴油机功率为169～177g/kW·h，该种柴油机生命周期短、投资成本高。而在应用节能减排技术之后，船舶设计方案中突出了6RT-flex68-D主机的优势与特点，例如，该主机能耗小、功率大，可节约6%的能源。相关调查显示，节能设备自身带有一定程度的节能作用，可调整船舶设计结构与布局，进而实现能源使用、传递的高效性。这就表明，节能设备的应用，可提升船舶节能能力，调整船舶节能状态，且无论是在能源转化、能源消耗方面，还是在能源积累方面，节能设备均可以发挥积极的影响作用。

（4）开发新能源。由于不可再生资源具备代价昂贵、使用价值高、能源有限等客观特点，因此，对于船舶行业而言，其在面临船舶制造能源消耗量大等问题的前提下，促使新能源开发成为了一项重要的研究议题。近年来，我国船舶行业开始引进了新型能源，诸如燃料电池、太阳能、风能、核能等，但是上述能源的引用效果并不明显。然而，在船舶设计的发展过程中，许多能源开发在技术上有所突破，例如，由于船舶在热辐射、热交换等工作中，会浪费、消耗大量的热能，因此，通过利用废热技术，可回收废热，并随之将其转换成动能，从而为船舶提供日常所需的能量。再如，在船舶设计过程中，应用废气处理技术，即在船舶上安装废气净化器，充分利用废气循环系统的作用，将能够污染海洋环境的不良气体转换成良性气体。因此，废气处理技术可在一定程度上降低船舶面临的减排压力，体现节能减排技术在船舶设计方面的现实意义。由此可见，为完善船舶设计方案，使其满足现实需求，设计人员需以新能源作为突破口，以免在后期航运环节出现运行障碍、结构混乱等问题。另外，在设计新能源处理系统时，设计人员还需综合考虑船舶各子系统之间的配合度。通过深入分析船舶设计中节能减排技术的应用背景与优势，可了解到对于我国现阶段的船舶行业而言，节能减排技术为打造“绿色船舶”的重要技术支撑。

［1］谭亲明，胡以怀，张旭升.现代船舶柴油机节能减排技术研究［J］.环境工程，2015，33（7）：76-80.

［2］严新平，万江龙，袁裕鹏，等.运河船舶岸基能源推进技术的系统构建［J］.船海工程，2015，44（3）：159-163.

［3］李安国，陈炉云，张裕芳.高速布置型船舶的风帆设计及综合效能分析［J］.船舶工程，2015，（7）：54-58.

马化铮（1987-），江苏徐州人，大学本科，助理工程师，主要研究方向：船舶机械。