船舶动力装置的节能技术研究

（中国舰船研究设计中心，湖北武汉 430064）

0.引言

作为船舶的重要组成部分，动力装置必须满足节能要求，这是推动行业乃至国家战略实现的重要举措。导致船舶动力装置不符合节能要求的原因较多，其主要可以分为技术、经济、管理等因素，各个因素之间相互影响。并且，从目前我国大部分船舶动力装置的节能现状来看，普遍存在能源消耗较大、运行成本较高、能源利用率较低等现象。因此，本文研究船舶动力装置的节能技术，站在现有理论基础上进行创新，给相关行业发展提供实践依据。

1.船舶动力装置中节能技术应用的必要性

1.1 是满足航运发展的必然需求

目前，全球各国都面临环境生态问题，各个国家都采取了有效手段解决环境污染问题。对于船舶动力装置来说，节能技术的使用不但是我国航运实现发展的重点，同样也是我国落实科学发展观的必要手段之一[1]。在船舶运行的过程当中，技术人员需要实时监督船舶情况，观察航向是否发生变化等，针对船舶运行的实际状况进加以分析。与此同时，技术人员还需对船舶运行所消耗的油量加以记录，在每次运行后对数据进行比较，修改系数偏差，使其达到标准油量消耗值。节能技术的方法有许多，行业需结合实际情况来选择，而节能技术在船舶动力装置中的使用，根本目的在于降低船舶能源消耗量，提高运行效率。

1.2 是达到相关法律规定的重要举措

在我国提出节能降耗、可持续发展理念后，意味着各行各业都要满足该要求。在2020年，我国二氧化碳的总排放量在16%左右，船舶行业的能源消耗量在15%左右，这可以看出，船舶行业的节能降耗和整个国家战略发展有着密切联系。所以，在船舶动力装置中融入节能技术，是整个船舶行业满足相关法律法规的重要举措，同时，也是推动我国战略实现的有效策略。

1.3 是保护生态环境的有效方法

船舶是海上交通的主要工具，和其他交通运输工具相比有着显著优势。船舶一次可载重量比较大，且交通运输费用并不高，再加上通货能力较强，在国内外贸易运输中的使用率较高。就以我国为例，我国国内无论在进口货物还是在出口货物上都会优先考虑船舶运输。在物流业进步的过程中，船舶运输率在不断上升，船舶除了有着良好的运输性以外，在保护生态环境上也有着积极作用[2]。国外航运会对生态环境产生不良影响，船舶运行所排放的二氧化碳总量占全球总量的1.8%～4.5%。这一数据只是当下现状，在船舶数量与海上交通运输率增加的同时，所占比例会急速上升。在船舶运行的过程中，不但会排放二氧化碳，甚至还会排出有毒气体，比如硫化物、微粒等，对水体造恶劣影响。因此，在船舶动力装置中融入节能技术，对于降低有毒有害气体排放、保护环境有着积极影响。在船舶现有运输优势上给予船舶更好的发展动力。

2.船舶动力装置的节能技术具体应用

2.1 废热和废气处理技术

在船舶动力装置工作时会产生热量，在所排放的全部热量中，有大约1/2的热量是废弃热辐射浪费掉的。这就说明，针对该问题进行优化，会大大减少船舶动力装置运行时的能源消耗率，所以，技术人员需加强热废和废气处理，达到船舶动力装置节能减排目的。在传统的处理方法中，一般会对主机废热加以转化，但这种方法的转化率最高也只能达到4%左右，转化时间和回报周期都比较长[3]。在对废热和废气进行处理时，可使用微粒降低技术和NOx降低技术。首先，当前使用最频繁的方法就是在排气管上安装微粒收取设备，这样一来，在船舶动力装置运行时所产生的微粒都会进入收取设备中。设备会对获取到的微粒进行筛选，让微粒获得再生能力。从当前的现状来看，我国所使用的再生方法较多，如果在受到收取设备材料和工艺等因素制约下，微粒收取设备的再生能力就会有所降低。虽然也有一些再生技术在研究中，比如燃油添加剂技术、静电捕获技术等，但是，要想将这些技术真正融入实践中还存在较大难度；其次，对废热和废气进行处理还可使用NOx降低技术。技术人员可以把还原剂融入到排出的废气中，我国使用的还原剂主要是氨、尿素。

2.2 螺旋桨技术

船舶动力装置能源消耗大，有一部分原因是推动效率导致的。船舶动力装置的推动效率较低时，不但会降低船舶运行速度，还会导致不必要的能源浪费，因此，在将节能技术运用到船舶动力装置时，可针对推进效率设计全新的螺旋桨。首先，可以设计出一款直径较大、转速较低的螺旋桨。当螺旋桨的直径较大，转速较低时，可以在一定程度上扩大划水面积，使推动率得到增加，以此来提高船舶运行速度。这种方法在高速船舶中比较适用；其次，可融入PBCF装置，该装置从国外引入，主要是指在螺旋桨轴上套入鳍，鳍的具体数量需和螺旋桨叶片一样。PBCF装置在船舶动力装置中的应用可有效削弱旋转涡流，减少阻力，在我国船舶动力装置中已经有了广泛运用[4]。PBCF装置有着体积轻、结构简约、成本低等优势，在所有类型的船舶中都适用，将其设置在螺旋桨螺距比较大的船舶中效果是最好的；除此之外，也可以在船舶动力装置上安装推动轮，在船舶运行中，如果遇到尾流能量，助推轮可将其转化成为推力，让船舶运行更加流畅。

2.3 船体减阻降耗技术

为了在整体上提高船舶动力装置节能性，可针对船体实施减阻降耗技术，对于船舶动力装置来说，船体自身也是导致能耗浪费的一大因素。在对船舶进行设计时，为了实现节能要求，船型设计的重点在于减少阻力，为了实现减阻降耗，设计人员需从浮态调整、低阻力线型设计、船体表面减阻等方面深入。低阻力线型优化涵盖了线型优化和整体优化。设计人员必须拥有丰富设计经验，可结合母船舶来加以设计。而在优化时，设计人员则要在排水量较为充足的情况下实施，对方形系数、浮心位置等进行反复调整，以此来获取最佳尺寸比例。通常情况下，设计人员都是通过模型或CFD等途径对船体进行设计的，在模型中进行反复调整、试验，一直到获得最佳船体为止[5]。由于在船舶运行时所受到的阻力和静水阻力、风浪等有直接联系，所以，设计人员在设计时还要考虑到综合阻力，不能只考虑面片阻力因素，增加船舶的综合抗阻能力。

3.结语

本文主要分析了船舶动力装置的节能技术。在分析中发现，节能技术在船舶动力装置中的应用，不但是满足航运发展的必然需求，同时还是达到相关法律规定、保护生态环境的有效方法。在实际的应用中，为了提高船舶运行速度，降低阻力，提高能源利用率，可以使用废热和废气处理技术、螺旋桨技术、船体减阻降耗技术等来实现，最终削弱船舶行业二氧化碳排放量，推动我国节能战略的早日实现。