云南水运规划设计研究院云南昆明
摘要：船舶运输是现阶段全球贸易运输的主要途径，具有安全稳定、经济性好、绿色环保的优点，相较于陆路、航空运输其CO2排放量相对较低，但是随着货运量的增加，它所造成的温室气体排放问题也是不可忽视的，再加上压载水对于海洋环境的破坏性，加强对于船舶设计制造的绿色化研究，已是势在必行。目前，船舶的节能减排设计已经成为了国际海事组织关注的焦点，有关于绿色船舶制造的行业标准不断得到践行，加大这一技术策略的研究，已成为未来船舶市场抢占的战略制高点。在船舶设计中，企业可通过船体减阻降耗技术、提高推进效率节能技术、废热利用技术等策略的应用，进行船型优化设计，完善系统配置，优化船舶运行工艺，降低能源消耗，减少废气排放。
关键词：船舶设计；节能减排技术策略；现状
在经济全球化趋势下，交通成为了各国经济发展的战略制高点，船舶是一种在水域中航行作业的交通工具，现阶段全球90%的贸易运输都是以船舶航运的方式进行的。相比于其他的交通工具，船舶具有较大的应用优势，尤其是在长途运输中，运输量大，航行稳定，安全性高，而且具有绿色环保的优点，据调查：陆路运输的CO2排放量为50g/t?km，航空运输的CO2排放量为15g/t?km，而船舶运输的CO2排放量远低于二者，当载重小于8000t时CO2排放量为21g/t?km，而载重大于8000t时仅为15g/t?km[1]。整体上来说，船舶运输与现阶段世界性的环保主题相符合，具有广阔的应用前景，但是随着货运量的增加，船舶航运的CO2排放量会不断增加，在船舶设计中合理应用节能减排技术，降低船舶航运对于海洋生态的影响，已是迫在眉睫。
1.船舶节能减排设计现状
针对船舶航运排放大量温室气体所造成的大气污染问题，以及压载水造成的海洋环境恶化问题，国际海事组织（IMO）海洋环境保护委员会（MJEPC）对于船舶节能减排的关注度进一步提升，有关于国际船舶航运方面强制性碳排放标准的制定正紧锣密鼓地进行中[2]。这一行业动态已经被掌握先进造船技术的强国洞悉，这些国家的造船企业纷纷将节能减排、生态环保理念贯彻在船舶设计制造中，准备以先进技术支持抢占市场先机。
除此之外，现阶段涉及到船舶设计节能减排技术研发需求的公约规则，主要有以下两个：①《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL），公约发布于1997年，在2011年再度修改，增加了关于新发动机NOx、燃油含硫量以及可吸入微粒物（PM）控制的内容，同时以通函形式提出了船舶能效设计指数（EEDI）、船舶能效营运指数（EEOI）等概念；②《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》，公约中明确规定了压载水置换标准和压载水执行标准，而且有30多个国家都加入到这一公约中[3]。
船舶航运管理的规章制度变化，引领着船舶制造行业的发展，上述公约规则的制定与实施，说明绿色船舶已成为今后船舶行业发展的主要目标。现阶段，我国船舶行业的科学研究机构及企业也已经意识到船舶绿色制造的重要性，正积极开展船舶设计节能减排技术的研究，争取打造出中国绿色造船品牌。从目前来看，船舶节能减排的实现，可以从以下方面着手：①通过系统配置优化及新能源利用等措施，实现节能减排；②通过最低压载水总体设计及绿色环保材料的使用，从总体设计角度实现节能减排；③使用新型发动机，做好废气后处理措施，优化设备配置，实现节能减排；④使用清洁燃料，优化燃料应用流程，从燃油使用的角度实现节能减排。
2.船舶设计节能减排技术策略
2.1船体减阻降耗技术
要想降低船舶运行过程中的能源消耗，可以从以下方面进行船舶的优化设计：①低阻力线型设计。根据船舶设计经验，在排水量达标的基础上，合体调整船型尺度比、方形系数、浮心位置等参数，优化总体设计，经过反复的计算和模型试验，改变线型的UV度、前体线型、水线进流角，最大限度地降低船体航行过程中受到的阻力；②浮态调整。科学的浮态调整措施，能够节约2%至5%的能源，在设计过程中，应加强船舶在吃水、纵倾等多种装载工况下阻力性能的研究，采用数据分析加模型试验的研究方式，努力达成在全航程及多工况下最佳阻力性能的船型优化设计，制定浮态调整、控制的方法及图谱；③船体表面减阻。主要技术方法有气泡减阻法和应用减阻涂料，前者目前正处于技术研发阶段，后者已经应用于与大型集装箱船舶中[4]。
2.2提高推进效率节能技术
提高推进效率，可达到节能降耗的目标，具体的技术策略有：①改善尾部伴流场。可通过加装螺旋桨整流罩、应用曲角舵及加装舵前缘整流体的方式实现，节能效果显著，比如说在载重为3.5万吨的散货船SEAHORSE35加装螺旋桨整流罩后，螺旋桨基线下降100mm，节省推进功率4%；②主机降功率使用。优化主机配置，降低主机使用功率，能够使得燃油消耗率降低，从而实现节能目标，有船东在载重为18万吨的散货船中，以功率较大的6RT-flex68-D取代了主机6S70MC6，油耗降低了4.6%。这一技术体系较为完善，不过主机初次投资较大，因此小型船舶公司通常无法接受[5]。
2.3废热利用技术
船舶航行过程中，燃油中50%的能量以废气、热辐射的形式散发出去，无法得到有效利用，如果能够有效利用这些能量，便能够极大程度减少能源耗费。目前，能够有效利用主机废热的装置为旁通废气驱动透平发电机，利用这一装置进行发电的功率可达主机最大功率的0.6%至4%，也就是说在12000kW的船舶主机中安装这一装置，其发电机功率可达72kW至480kW。除此之外，还可以使用冷却水废热再利用装置，联用废气透平与蒸汽透平，实现有缸套及扫气废热的有效利用，从而提升主机功率。
3.结语
2009年，国际海事组织（IMO）发布了第二次温室气体研究报告，指出在2007年整个航海业排放了10.4亿吨CO2，在全球全年CO2排放量中占比为3.3%，其中，我国航海业的CO2排放量就达到了7.8亿吨[6]。在报告中，针对航海运输行业的发展情况，若不采取任何的节能减排措施，到2050年，CO2排放量将增长到2007年的250%至350%。而且，在船舶运行过程中，为了保障航行安全，需要打入、排出大量压载水，而目前压载水已经被全球环保基金组织（GEF）纳入世界海洋四大污染源的范畴。在这种情况下，加强船舶的节能减排设计，已经成为现阶段船舶制造业的主要发展方向，目前欧美等发达国家早已开始了对于船舶节能减排技术的研究，我国也应该紧跟时代潮流，密切关注船舶的绿色发展动态，在船舶设计制造中贯彻绿色理念。
参考文献
[1]龙驹.船舶动力定位用六相永磁无刷直流电机系统控制器设计[J].舰船科学技术，2018，40（04）：61-63.
[2]张浩，姜尚洁，王傧，郝祝，辛克梁.远洋船舶燃油加装计量远程监控系统的设计[J].山东科学，2018，31（01）：10-15.
[3]陈华萍，王乾龙，陆晓锋，陆卫俊.船舶上下船排工艺设计方案的研究[J].内燃机与配件，2018（01）：53-54.
[4]赵峰，李胜忠，杨磊.全局流场优化驱动的船舶水动力构型设计新方法[J].水动力学研究与进展（A辑），2017，32（04）：395-407.
[5]蒋旻昱.走向绿色生态的船舶室内设计——以豪华游轮室内绿色装饰材料设计为例[J].设计艺术研究，2016，6（03）：96-100+107.
[6]陈占夺.船舶设计成本管理：内涵、方法与案例——基于管理会计和全生命周期理论视角
[7]《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）国际海事组织
[8]《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》国际海事组织