绿色船舶节能减排技术的研发与应用

黄国富

57000吨散货船曾经是市场上取得巨大成功的船型之一，共建造600余艘，成为世界上建造量最大的船型。但随着船舶技术的不断进步，57000吨散货船的燃油经济性不具备市场竞争力，其油耗甚至要比后期开发建造的64000吨散货船还要高17%。实船运营监测结果表明：其在14.0kn航速下的平均油耗为30.5吨/日，比64000DWT散货船高出4.5吨/日。随着世界经济形势的下滑，航运业利润大幅下降，降低运营成本、提高竞争力成为船舶行业共同的课题。此外，由于温室气体排放所导致的各种环境问题日益严峻，船舶作为温室气体排放大户也受到了国际社会的广泛关注。节能减排已成为国际航运界的共同追求，因此众多船东对57000DWT散货船降低油耗以降低船舶营运成本的需求更加迫切。

在此背景下，中船重工（上海）节能技术发展有限公司团队针对57000吨散货船成功研发了具有自主知识产权的前置预旋导轮及桨毂消涡鳍节能装置产品。

一、节能效果显著

以57000DWT前置预旋导轮和桨毂消涡鳍为代表的绿色船舶水动力节能装置是在全球节能减排大环境下发展起来的，以提高船舶能效、降低油耗及减少温室气体排放为目的。通过在船尾增设附加装置，借助该装置可改善船舶尾部流场，提高螺旋桨推进效率，回收螺旋桨尾流能量，进而实现在不改变现有船体的基础上降低船舶油耗，具有结构简单、安装方便、安全使用及节能效果显著等优点。其中前置预旋导轮产品，可应用于散货船、油船、集装箱船等各类排水型船舶，已在200余艘商船上成功应用，节能效果可达3%—10%。消涡鳍产品适用于各类船型，已在500余艘商船上成功应用，可实现节能2%—5%。

公司围绕绿色船舶节能减排技术，通过船体—前置节能装置—螺旋桨—后置节能装置一体的精细化分析与设计，攻克了多重尺度下节能增效措施能效精细数值分析技术、水动力节能装置结构性能评估技术、水动力节能装置安装定位技术与焊接变形预控制等，研发制造的产品质量可靠，节能效果有保证，已形成了以前置预旋导轮（CMES-PSVR）及消涡鳍（CMES-HVAFR）为核心的具有自主知识产权的节能装置产品系列，既可应用于新造船舶，也可应用于老船改造。经过多年实船运营数据验证，公司提供的组合解决方案节能效果十分显著，平均节能6%—7%，最高达12%。目前，產品已在700余艘商船上成功应用，得到广大客户的高度肯定。

同时，项目团队注重技术的成果转化，实现了57000 吨散货船节能装置设计方案的实船应用，并以此为突破口，以实现节能装置产业化为目标，逐步打开了国内外船舶水动力节能装置市场。目前国际市场上类似的主要竞争产品为德国施内克卢思水动力公司的前置伴流补偿导管（WED）和德国BECKER公司的MEWIS DUCT。公司的前置预旋导轮采用SBD技术与模型试验相结合的设计方法，针对具体船型进行CFD流体性能设计和船模试验，与其他两家国外公司相比，船型试验数据更加丰富，积累更多的设计计算经验，完善了节能装置的节能效果CFD预报方法，有助于开发节能效果更佳、具有更高性价比和更强的市场竞争力节能装置产品。针对57000吨散货船所开发的节能装置，经实船应用及测试结果表明，其设计转态节能效果可达到9%，日均可实现节油达到2.7吨，节能效果比Becker公司的Mewis Duct高约5%。

多年来，公司针对57000DWT 开发的前置预旋导轮+桨毂消涡鳍平均节能5%以上，每条船年均节省燃油280吨，降低温室气体排放850余吨。目前已用于90余艘船，节能减排和社会经济效益均十分明显。交通运输部水运科学研究院高工、主任李庆祥表示，针对5.7万吨散货船，在船尾的螺旋桨前、后加装前置预旋导轮和消涡鳍，充分回收船尾流动能量损失，节能减排效果显著。

二、应用实践

香港华珠国际有限公司目前共有8艘在运营的57000DWT散货船，在该型船节能改造项目中采用了中船重工（上海）节能技术发展有限公司设计开发的前置预旋导轮和消涡鳍。自2016年7月，已经陆续在金穗轮、金潼轮、金湾轮、金港轮、金济轮和金浚轮6艘船上加装了前置预旋导轮和消涡鳍。相关工作人员表示，根据对节能改造前后的实船营运数据对比分析，在相同航速下，日平均节省燃油约1.5吨，节能效果明显，可为公司节省燃油费用约400万元/年。剩余两艘金澳轮和金跃轮已经签订改造合同，将于2018年陆续安装前置预旋导轮和消涡鳍。

〔作者为中船重工（上海）节能技术发展有限公司总经理〕