節(jié)能降耗：未來已來
2018-03-06 08:41:49劉穎
船舶經(jīng)濟(jì)貿(mào)易 2018年2期
國際海事組織（IMO）已決定通過船舶能效指數(shù)（EEDI）來減少新建船舶的二氧化碳（CO2）排放量。那么，如何通過技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)？
EEDI以船舶航行每海里運(yùn)輸每噸貨物所產(chǎn)生的二氧化碳來衡量其能效水平。IMO要求EEDI分階段逐步執(zhí)行，到2025年進(jìn)入第二階段時，船舶的EEDI應(yīng)比基線降低30%。
那么，航運(yùn)業(yè)應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)上述減排目標(biāo)？這一目標(biāo)是否如發(fā)動機(jī)制造商所言，能夠通過研制先進(jìn)的船用發(fā)動機(jī)、渦輪增壓器及設(shè)計新型螺旋槳來實(shí)現(xiàn)？船用涂料供應(yīng)商是否也能做出貢獻(xiàn)？業(yè)界又能否簡單地通過轉(zhuǎn)換燃料來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)？
提高發(fā)動機(jī)能效
目前裝船的大部分二沖程發(fā)動機(jī)都是長沖程發(fā)動機(jī)，具有功率重量比大的特點(diǎn)，提高了推進(jìn)效率。為提升發(fā)動機(jī)的能效，制造商還將努力改善其他參數(shù)，如燃燒壓力和平均有效壓力。二者與重量的比值越高，則發(fā)動機(jī)的能效越高，其油耗（SFOC）越低。
曼柴油機(jī)與透平公司稱，受發(fā)動機(jī)設(shè)計本身的限制，主要是氣缸內(nèi)部最大壓力這一最重要參數(shù)的限制，二沖程主機(jī)和四沖程輔機(jī)的能效實(shí)際上已接近最大理論值，均為約50%。進(jìn)一步的改進(jìn)則需要大量的設(shè)計工作。
不過，能效依然有望提升。該公司表示，鑒于發(fā)動機(jī)的能效已經(jīng)非常接近理論值，因此二沖程機(jī)的能效僅能提高1%-2%，四沖程機(jī)的能效增量則有望略多一些。
不過，值得指出的是，若船舶采用超長沖程G型發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動大直徑螺旋槳的方案，就有望使整體推進(jìn)效率顯著提高。對于某些船型來說，船型設(shè)計的改進(jìn)加上推進(jìn)效率的提高，可使運(yùn)輸單位貨物產(chǎn)生的二氧化碳減少20%-25%。
與此同時，四沖程機(jī)也取得了重大進(jìn)展。瓦錫蘭海事解決方案業(yè)務(wù)的中型機(jī)產(chǎn)品總監(jiān)Patrik W?gar表示：“我們向市場推出了最新型的瓦錫蘭31機(jī)，從而打破了四沖程機(jī)的吉尼斯世界紀(jì)錄，軸系從該型機(jī)獲得的能效超過了50%”。
據(jù)他介紹，瓦錫蘭31機(jī)采用了電子燃油噴射、2級渦輪增壓、液壓閥門驅(qū)動、最新的UNIC 2控制和自動化系統(tǒng)等技術(shù)及產(chǎn)品，并采用了更耐用的基座設(shè)計方案，以使該型機(jī)承受更高的壓力并增加熱負(fù)荷。
W?gar表示：“回顧過去，我們平均每3.5年使發(fā)動機(jī)能效提高1%左右，35年來能效共提高了10%。隨著瓦錫蘭31機(jī)的問世，發(fā)動機(jī)的能效實(shí)現(xiàn)了一個飛躍——取決于燃料類型和負(fù)荷范圍，單機(jī)能效可提升1.5%至4%。而這為進(jìn)一步提高能效帶來了更大的潛力。在未來5—20年內(nèi)，我們有望實(shí)現(xiàn)數(shù)項(xiàng)設(shè)計升級，以提高能效、增加輸出功率并減少排放。
通過減少摩擦、改進(jìn)發(fā)動機(jī)部件的制造材料，發(fā)動機(jī)的整體效率還有望進(jìn)一步提高。產(chǎn)生摩擦的部件主要是活塞環(huán)組件，制造商在減少此類能效損失方面做出了眾多努力。軸承是摩擦的另一個來源，改進(jìn)制造材料、加強(qiáng)潤滑也有助于減少損失，從而提高能效。
另一種已被證明可提高效率的方法是，使凸輪軸發(fā)動機(jī)由機(jī)械控制變?yōu)殡娮涌刂?。電子控制器可以在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行監(jiān)控并調(diào)整更多的參數(shù)。
電控渦輪增壓器也有助于提高船舶的綜合能效。通過使用這種優(yōu)化發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的設(shè)備，油耗有望最多減少3%。
改進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)有望使能效提高5%—8%。
廢熱回收
由于發(fā)動機(jī)自身的能效提升潛力正變得越來越小，還可進(jìn)一步提升其他船舶系統(tǒng)的能效。曼表示：“雖然幅度不大，但我們有望看到發(fā)動機(jī)效率的繼續(xù)提升。預(yù)計二氧化碳排放量的大幅減少將來自于發(fā)動機(jī)與廢熱回收系統(tǒng)之間的協(xié)同效應(yīng)的增強(qiáng)，以及混合動力系統(tǒng)（如電池）的智能化應(yīng)用。
曼認(rèn)為，通過加裝廢熱回收系統(tǒng)，原動機(jī)的效率將從目前的50%左右提高到約60%。
通過廢熱回收技術(shù)有望使能效提高10%。
計算機(jī)輔助設(shè)計
瓦錫蘭的W?gar表示，不斷發(fā)展的計算機(jī)輔助工程技術(shù)能夠提高發(fā)動機(jī)的整體效率。“通過模擬和虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)，我們對理論上的能效提升可能性有了一個很好的認(rèn)識。目前模擬技術(shù)已經(jīng)得到了很大的改進(jìn)，其結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況驚人的接近。我們不想在現(xiàn)階段透露數(shù)字，但可以說能效提升的潛力巨大，我們有信心保持每3.5年提升1%的速度，甚至在這一基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。
通過計算機(jī)輔助設(shè)計有望使能效提高2%—5%。
船用涂料
提高船舶能效的另一種方法是改善船體涂層。在這方面，海虹老人推出了船體防污涂料Hempaguard。該公司稱：“與其他一流的船舶防污解決方案相比，Hempaguard可使船舶在塢修間隔期節(jié)省燃料6%。自2013年以來，Hempaguard受到了世界各地船東和運(yùn)營商的贊揚(yáng)，共用于800多艘船舶涂裝。而這得益于該產(chǎn)品獨(dú)特的‘Actiguard’專利技術(shù)?！?/p>
海虹老人表示，Hempaguard是唯一將低表面摩擦硅樹脂與高效防污生物殺傷劑結(jié)合在一起的船體涂料，即使在長達(dá)120天的船舶閑置期間，也依然具有出色的抗污性能。該產(chǎn)品在助力高效運(yùn)營方面可謂更進(jìn)一步，因其在各航速條件下均有限，可為船隊帶來很強(qiáng)靈活性。
該公司稱，其近期還推出的Globic 9500系列新型防污涂料，共有Globic 9500M和Globic 9500S兩種產(chǎn)品，可為用戶減少2.5%的航速損失，等同于節(jié)省了大量燃料并減少了二氧化碳排放量。這意味著顯著提高了船舶運(yùn)營效率，并最大程度地減少了運(yùn)營商的環(huán)境足跡。
據(jù)悉，Globic 9500系列適用于新建船舶及塢修船舶，其中Globic 9500M（M表示用于維護(hù)）旨在防止黏液污染以及其他各類軟硬污物；Globic9500S（S表示靜態(tài)）即使在延長的塢期內(nèi)也可防止硬質(zhì)污物。
上述涂料均采用了專利納米丙烯酸酯技術(shù)，在船體與海水接觸時便能發(fā)揮作用，為船舶提供全面和即時的防污保護(hù)。這兩型產(chǎn)品具有強(qiáng)大的自拋光能力，能使生物殺滅劑持續(xù)穩(wěn)定地釋放到涂層表面，從而確保船體清潔。
這兩種涂料被結(jié)合使用時，能為船舶提供強(qiáng)大的保護(hù)，從而為客戶帶來更高的運(yùn)營效率、更強(qiáng)的靈活性和高投資回報。
海虹老人稱，該公司還通過優(yōu)異的服務(wù)，進(jìn)一步幫助客戶提高運(yùn)營效率。該公司有一個船體性能管理方面的團(tuán)隊，通過與客戶合作，能夠精確測算船體性能數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)與節(jié)省燃料的數(shù)據(jù)現(xiàn)結(jié)合，該團(tuán)隊可以為客戶提供更具特性的解決方案，并在船舶性能下降時對方案進(jìn)行調(diào)整。
通過船體涂料有望使能效提高6%。
改變?nèi)剂?/h2>
液化天然氣（LNG）往往被視為減少船舶廢氣排放的“靈丹妙藥”。然而，這種燃料的主要成分是甲烷——其溫室效應(yīng)比二氧化碳大28倍——這一事實(shí)卻往往被忽略了。甲烷貫穿整個LNG供應(yīng)鏈，其缺陷完全有可能抵消LNG的其他優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，更好的替代燃料是存在的，如沒有LNG缺點(diǎn)的甲醇。
通過改變?nèi)剂嫌型鼓苄岣?—20%。
綜上所述，在不改變?nèi)剂系臈l件下，船舶的能效有望提高23%—29%。當(dāng)前，曼及瓦錫蘭仍在繼續(xù)開發(fā)高能效的發(fā)動機(jī)。通過將這些發(fā)動機(jī)與利用廢熱發(fā)電、先進(jìn)的涂料技術(shù)等相結(jié)合，船舶減排的目標(biāo)將得以實(shí)現(xiàn)。 （劉穎 譯）
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