船舶高能效技術(shù)介紹

船舶高能效技術(shù)介紹CCS社審圖中心2013年01月08日2—典型舊散貨船綜合能量傳遞及消耗分布新舊散貨船能耗對(duì)比整船能量利用效率

27.82%※動(dòng)力系統(tǒng)能量利用效率 19.03%※電力系統(tǒng)能量利用效率 27.61%※熱力系統(tǒng)能量利用效率 73.26%※主機(jī)能量利用效率

40.64%※發(fā)電機(jī)組能量利用效率 32.30%※單位貨物每小時(shí)耗能指標(biāo) 150（kJ/t.h）3—新型散貨船綜合能量傳遞及消耗分布新舊散貨船能耗對(duì)比整船能量利用效率

32.58%※動(dòng)力系統(tǒng)能量利用效率 20.88%※電力系統(tǒng)能量利用效率 31.97%※熱力系統(tǒng)能量利用效率 73.50%※主機(jī)能量利用效率

48.65%※發(fā)電機(jī)組能量利用效率 37.39%※單位貨物每小時(shí)耗能指標(biāo) 117.11（kJ/t.h）4新舊散貨船能耗對(duì)比￥分析：5船舶高能效技術(shù)

5.電力系統(tǒng)優(yōu)化

3.高效動(dòng)力系統(tǒng)

7.高效系統(tǒng)/系統(tǒng)

2.船舶輕量化技術(shù)

4.高效推進(jìn)系統(tǒng)

6.新能源應(yīng)用

8.新概念船型

1.船舶減阻技術(shù)

船舶高能效技術(shù)6主尺度和船型參數(shù)的優(yōu)化線(xiàn)型優(yōu)化減阻附體氣膜減阻減阻涂料首部線(xiàn)型優(yōu)化尾部線(xiàn)型優(yōu)化L、B/T、CP

、CB

、LCB、Cw…

航行減阻減少空氣阻力低空氣阻力上建的研究槳前節(jié)能附體槳后節(jié)能附體減少水阻力尾框高度、螺旋槳與船體間隙、機(jī)艙布置、螺旋槳軸線(xiàn)高度和主機(jī)的配合…前置導(dǎo)管、槳前反應(yīng)鰭（定子）…轂帽鰭、舵球、扭曲舵…船舶減阻技術(shù)7高效推進(jìn)系統(tǒng)CLT槳新式外形螺旋槳吊艙-電力推進(jìn)船-機(jī)-槳優(yōu)化配合CRP槳HybridCRP槳NTP槳KAPPEL槳吊艙-電力推進(jìn)8船舶輕量化技術(shù)（一）船體骨架形式優(yōu)化貨艙區(qū)域優(yōu)化貨艙區(qū)外結(jié)構(gòu)優(yōu)化船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化高強(qiáng)度鋼的使用分艙布置優(yōu)化縱向構(gòu)件優(yōu)化其他輕型材料的使用船體輕量化其他減重措施縱骨架式、橫骨架式、及縱橫混合骨架形式優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距優(yōu)化縱骨剖面采用高強(qiáng)度鋼橫艙壁形式優(yōu)化9船舶輕量化技術(shù)（二）主機(jī)和發(fā)電機(jī)組優(yōu)化選型軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)管系優(yōu)化放樣布置形式、閥的類(lèi)型其它機(jī)電設(shè)備強(qiáng)度材料鍋爐、熱交換器等設(shè)備輕量化布置材料10高效動(dòng)力系統(tǒng)渦輪增壓技術(shù)智能型柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)降功率使用Derating

Wartsila公司的RT-flex系列柴油機(jī)的共軌技術(shù)

MANB&W公司的ME系列型柴油機(jī)的電電噴技術(shù)EGB排氣旁通技術(shù)

高效柴油機(jī)Wartsila公司推出了X系列柴油機(jī)

MANB&W公司推出了G系列柴油機(jī)

低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

降低摩擦功耗

兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)

VTA(VariableTurbineArea）渦輪增壓技術(shù)

ECTauto-tuning柴油機(jī)電控調(diào)節(jié)

VT（可變噴嘴環(huán)

……11電力系統(tǒng)優(yōu)化船舶岸電技術(shù)智能電站變頻技術(shù)電力系統(tǒng)LED等

PTO12上層建筑：-1～3％

輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

節(jié)能照明及設(shè)備附屬結(jié)構(gòu)：-1～3％

輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合材料應(yīng)用主船體結(jié)構(gòu)：-3～5％

重量控制與結(jié)構(gòu)優(yōu)化；少壓載設(shè)計(jì)船艏：-3～5％

線(xiàn)型優(yōu)化；壓浪裝置；濕表面：

-5～8％

表面焊縫處理；

減阻涂料船型優(yōu)化：

-2～3％

淺吃水超寬船型；主尺度、線(xiàn)型優(yōu)化；動(dòng)力系統(tǒng)：

-5～20％

新型主機(jī)；余熱回收；

燃料改進(jìn)；推進(jìn)系統(tǒng)：

-5～10％

電力推進(jìn)；船-槳-機(jī)優(yōu)化；新型節(jié)能推進(jìn)方式；船艉：

-5～10％

線(xiàn)型優(yōu)化；

艉流能量回收；操縱系統(tǒng)優(yōu)化；在適當(dāng)運(yùn)用了高效節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新型綠色高能效散貨船上，能耗可以降低20~30％綜合節(jié)能效果13只能在設(shè)計(jì)航速和設(shè)計(jì)吃水時(shí)產(chǎn)生正效應(yīng)球鼻艏只在其設(shè)計(jì)的航速上產(chǎn)生正效應(yīng)船舶離靠碼頭和起拋錨時(shí)容易把球鼻碰壞艏部鑄鋼件的重量大

技術(shù)特點(diǎn)：首柱前移，進(jìn)水角減小，改善肩部壓力梯度保留球鼻艏橫剖面形態(tài)，減小舭渦艏部排水量增加均衡滿(mǎn)載和壓載綜合性能兼顧傳統(tǒng)球鼻首的整流、消波作用排水量增加結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)化焊接工作量減少，建造周期縮短船體重量減輕

節(jié)能效果：靜水中阻力減少波浪中阻力減少航速提高~3%

適用性：低速肥大船（傅汝德數(shù)小于0.2），如大型散貨船、油船吃水變化較大船舶（滿(mǎn)載和壓載航行）

成本：對(duì)于建造，無(wú)附加成本線(xiàn)型優(yōu)化是一項(xiàng)耗費(fèi)時(shí)間的設(shè)計(jì)工作傳統(tǒng)球鼻首直型球首首部線(xiàn)型優(yōu)化14尾部線(xiàn)型優(yōu)化通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬尾部伴流場(chǎng)船模試驗(yàn)測(cè)試尾部伴流場(chǎng)加裝節(jié)能裝置后，再試驗(yàn)分析船型特點(diǎn)；對(duì)于方型系數(shù)較大的船舶（如散貨船、油船等），盡量延長(zhǎng)去流段的長(zhǎng)度，以期減小去流角，從而使舭渦和尾部流線(xiàn)分離等現(xiàn)象盡量減小，振動(dòng)也可以得到減小；尾部剖面形狀設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)推進(jìn)性能的影響，以提高槳盤(pán)面處伴流的均勻度，推進(jìn)效率也就得到了提高，螺旋槳引起的振動(dòng)也就越?。宦菪龢S線(xiàn)高度和主機(jī)的配合；同時(shí)平行中體作相應(yīng)的前移；對(duì)滿(mǎn)載狀態(tài)下的尾部伴流場(chǎng)進(jìn)行分析；同時(shí)對(duì)壓載狀態(tài)下的伴流場(chǎng)、螺旋槳匹配及振動(dòng)等也應(yīng)測(cè)試分析；對(duì)于安裝低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋槳的船舶，瘦削的尾部更有利于滿(mǎn)足螺旋槳浸沒(méi)的要求；最后決定安不安裝節(jié)能裝置。優(yōu)化手段優(yōu)化方法尾部線(xiàn)型和螺旋槳的優(yōu)化匹配將大大提高螺旋槳的推進(jìn)效率，甚至超過(guò)20%。15槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果新造船及船舶改裝導(dǎo)向葉片使水流預(yù)旋轉(zhuǎn)，從而提高螺旋槳效率節(jié)約燃油3~5%成本靈便型散貨船5萬(wàn)美金；如果選擇國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位，成本基本忽略不計(jì)，只考慮水池試驗(yàn)的費(fèi)用。先后應(yīng)用到AFRAMAX油輪，HANDYMAX型，PANAMAX型，以及好望角型散裝貨船上應(yīng)用實(shí)例螺旋槳槳前反應(yīng)鰭16槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果新造船及船舶改裝由導(dǎo)管和專(zhuān)用導(dǎo)向葉片組成導(dǎo)管聚集水流，導(dǎo)向葉片使水流預(yù)旋轉(zhuǎn)，從而大大提高螺旋槳效率有助于提高操縱性節(jié)油4~8%，若配合貝克舵，將更大程度地提高推進(jìn)效率和節(jié)省更多的油成本兩年收回投資成本應(yīng)用實(shí)例35000噸散貨船Mewis導(dǎo)管17槳前節(jié)能裝置技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果方形系數(shù)0.84~0.86的肥胖型船直徑約為螺旋槳直徑的70~80%

考慮船體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)船模試驗(yàn)節(jié)能7~8%

實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能8~9%成本靈便型散貨船12萬(wàn)美金；如果選擇國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位，成本基本忽略不計(jì)，只考慮水池試驗(yàn)的費(fèi)用。50000噸油輪應(yīng)用實(shí)例前置導(dǎo)管18槳后節(jié)能裝置

技術(shù)特點(diǎn)：吸收尾流能量使尾部流場(chǎng)趨于均勻適用性：新造船節(jié)能效果：船模試驗(yàn)節(jié)能1~2%

實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能2~3%

成本：比較低

技術(shù)特點(diǎn)：鰭的數(shù)量和槳葉數(shù)相等吸收尾流能量減少空泡提高螺旋槳效率適用性：新造船節(jié)能效果：船模試驗(yàn)節(jié)能2~4%

成本：靈便型散貨船7萬(wàn)美金

技術(shù)特點(diǎn)：根據(jù)來(lái)流方向?qū)⒍娌煌叨忍幍钠拭嫫D(zhuǎn)一個(gè)角度,使之與槳后尾流場(chǎng)有更充分的配合,進(jìn)而提高和改善船舶的推進(jìn)和操縱性能適用性：大型集裝箱船、油船、工程船、FPSO等節(jié)能效果：船模試驗(yàn)節(jié)能2~3%

成本：不詳 舵、舵球及轂帽組合體節(jié)能裝置轂帽鰭扭曲舵高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果成本一個(gè)螺旋槳處于另一個(gè)的順流方位兩個(gè)螺旋槳相反方向旋轉(zhuǎn)相當(dāng)復(fù)雜的傳動(dòng)裝置要求優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和精良的安裝工藝柴-電CRP系統(tǒng)，配置2個(gè)同心軸、1個(gè)特殊的齒輪箱和1套軸系容易損壞新造船2~15%昂貴，約3年回收成本CRP槳高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果成本克服了傳動(dòng)裝置復(fù)雜的問(wèn)題震動(dòng)小，噪音低環(huán)保、操縱性好，機(jī)動(dòng)性好破冰船、大型集裝箱船7~15%昂貴HybridCRP槳技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果成本在葉梢處剖面有邊界元葉梢處葉背負(fù)壓小于常規(guī)螺旋槳，而葉面壓力則大于常規(guī)螺旋槳減少了水動(dòng)力螺距角提升螺旋槳效率油船、散貨船、滾裝船、客船、漁船等比較低船模試驗(yàn)節(jié)能1~2%實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能2~3%高效螺旋槳CLT槳22高效螺旋槳技術(shù)特點(diǎn)適用性節(jié)能效果成本通過(guò)減小槳葉表面積以減少摩擦力，從而降低能量損失槳葉所受壓力平均分布螺旋槳傳遞到船體的激振力也將減少空泡特性也將得到改善有效降低螺旋槳重量和慣性大型散貨船、油船等 和常規(guī)槳相比，不增加任何額外費(fèi)用。船模試驗(yàn)節(jié)能3%實(shí)船試驗(yàn)節(jié)能6%

某32500噸散貨船常規(guī)設(shè)計(jì)螺旋槳與NPT螺旋槳海試結(jié)果對(duì)比NPT槳231.技術(shù)特點(diǎn)

船體結(jié)構(gòu)按照板格布置方向分為縱骨架式、橫骨架式和縱橫混合骨架式三種形式。在90年代之前由于造船工藝的限制，那個(gè)年代所造的船由于普遍噸位比較小，采用橫骨架式比較普遍，隨著造船技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，造船工藝的持續(xù)改善，縱骨架式船體結(jié)構(gòu)逐步成為主流，因其施工問(wèn)題不再成為瓶頸，縱骨架式因其對(duì)總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)使得船體結(jié)構(gòu)重量更為經(jīng)濟(jì)。

2.經(jīng)濟(jì)性針對(duì)120車(chē)位滾裝船的主尺度為:兩柱間長(zhǎng)(Lbp):134m;型寬(B):23.1m;設(shè)計(jì)吃水(T):5.1m;結(jié)構(gòu)吃水(TS):5.14m;航速:VS=18.15kn。該船我們將上述兩種不同的骨架形式(縱骨架和橫骨架)的構(gòu)件重量進(jìn)行計(jì)算并將其進(jìn)行比較。結(jié)論:縱骨架式的首部區(qū)域的構(gòu)件重量為25119(kg),而橫骨架式的構(gòu)件重量為32263(kg);縱骨架式的構(gòu)件比橫骨架式的構(gòu)件重量輕28%。當(dāng)然本船較小且原設(shè)計(jì)年代較遠(yuǎn)，所以樣本的選擇有一定的局限性。在目前新的設(shè)計(jì)中采用縱骨架式比采用橫骨架式實(shí)際輕不了這么多，但重量還是有較大的挖掘空間，并且采用縱骨架式的經(jīng)濟(jì)性確實(shí)比橫骨架式好很多。輕量化技術(shù)一、船體骨架形式優(yōu)化243.結(jié)論及適用性縱骨架式結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于大型油船和礦砂船?？v橫混合骨架式結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于大中型散裝貨船，大中型油船，大中型集裝箱船。目前比較主流的設(shè)計(jì)是縱橫混合骨架式，即全船盡可能采用縱骨架式，除無(wú)法設(shè)置縱骨或施工無(wú)法滿(mǎn)足外?？v橫混合骨架形式很好的解決了船體總強(qiáng)度問(wèn)題又合理地解決了施工工藝，尤其重要的是，在這種骨架形式中，主船體以及首部的縱骨架形式使得船體結(jié)構(gòu)的重量更輕，經(jīng)濟(jì)性更好，符合目前運(yùn)輸船追求高能效的要求。由此可見(jiàn)，以縱骨架式為主的縱橫混合骨架形式是在未來(lái)運(yùn)輸商船的新造船船體骨架形式選擇中是值得推廣的。輕量化技術(shù)一、船體骨架形式優(yōu)化251.技術(shù)特點(diǎn)由于船舶的中橫剖面圖是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是貨艙區(qū)的指針性文件，所以中橫剖面的優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)閷?duì)于大型運(yùn)輸船而言，貨艙區(qū)的船體縱向構(gòu)件的重量約占整個(gè)船體結(jié)構(gòu)重量的60%以上，中橫剖面上構(gòu)件的布置不僅直接影響到結(jié)構(gòu)的功能和合理性，而且對(duì)空船重量產(chǎn)生直接影響。在初步確定構(gòu)件布置基礎(chǔ)上，利用有關(guān)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行中橫剖面構(gòu)件尺寸計(jì)算，確定其大?。辉俳?jīng)過(guò)仔細(xì)分析比較，適當(dāng)調(diào)整布置尺寸，合理選用高強(qiáng)度鋼及組合型材，力求在保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，做出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使構(gòu)件重量最輕，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。2.優(yōu)化思路和方法2.1主尺度及分艙布置優(yōu)化2.2縱向構(gòu)件優(yōu)化2.3橫艙壁形式的優(yōu)化2.4橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算輕量化技術(shù)二、船體中橫剖面優(yōu)化262.1主尺度及分艙布置優(yōu)化

在設(shè)計(jì)的前期參與總布置的規(guī)劃?？v向貨油艙的位置及長(zhǎng)度劃分通常要兼顧到艙容、總縱強(qiáng)度、破艙穩(wěn)性、裝卸方便等因素，統(tǒng)籌考慮安排，通過(guò)合理劃分艙容，布置壓載艙，減小船舶靜水彎矩和剪力，從而使船舶剖面模數(shù)要求降低，剖面面積減少，以達(dá)到減輕船體重量的目的。2.2縱向構(gòu)件優(yōu)化 縱向構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低全船結(jié)構(gòu)重量意義十分重大。優(yōu)化設(shè)計(jì)船體縱向構(gòu)件的方法較多，縱向構(gòu)件包括板和縱骨優(yōu)化，但這些方法中比較容易實(shí)現(xiàn)和較有效的，一是優(yōu)化設(shè)計(jì)縱骨或強(qiáng)框間距；二是優(yōu)化縱骨剖面（以剖面模數(shù)為原則，通過(guò)變化剖面形狀，得到最優(yōu)的剖面面積）；三是采用高強(qiáng)度鋼。輕量化技術(shù)272.2縱向構(gòu)件優(yōu)化縱骨間距的優(yōu)化優(yōu)化必須滿(mǎn)足的要求——所有構(gòu)件滿(mǎn)足規(guī)范的局部強(qiáng)度要求；——所有構(gòu)件滿(mǎn)足規(guī)范的屈曲強(qiáng)度的要求；——所有構(gòu)件滿(mǎn)足規(guī)范的腐蝕要求；——甲板處船體梁剖面模數(shù)滿(mǎn)足總強(qiáng)度儲(chǔ)備的要求。 優(yōu)化目標(biāo)： 在各方案均滿(mǎn)足前面所設(shè)定的約束條件的前提下，追求中剖面縱向構(gòu)件面積之和（表征縱向構(gòu)件的重量）最小。輕量化技術(shù)28方案縱骨間距（mm）總強(qiáng)度儲(chǔ)備縱向構(gòu)件面積（cm2）甲板（%）底部（%）A850107123.9120231B900107126.4122261C950107127.31224292.2縱向構(gòu)件優(yōu)化優(yōu)化結(jié)果：

某VLCC三種縱骨間距方案縱向構(gòu)件面積計(jì)算結(jié)果比較

在增加焊接工作量不多的前提下，主張采用略小的縱骨間距，更適合中國(guó)國(guó)情。輕量化技術(shù)292.3橫艙壁形式的優(yōu)化橫艙壁采用多種槽條組合型橫艙壁的結(jié)構(gòu)形式．有效地解決了多邊形槽條的抗壓技術(shù)問(wèn)題及澳大利亞貨艙梯的布置。槽型形狀的優(yōu)化，在滿(mǎn)足模數(shù)和強(qiáng)度的前提下，通過(guò)變化不同的形狀組合，得到最輕的單位長(zhǎng)度重量。槽型艙壁采用級(jí)別較高的高強(qiáng)度鋼對(duì)重量控制比較有利。

2.4橫向強(qiáng)度的直接計(jì)算通過(guò)有限元法，既能找出高應(yīng)力區(qū)域，同時(shí)也找出設(shè)計(jì)裕度較大的地方并減輕其重量；在屈曲強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范要求的區(qū)域，綜合平衡加屈曲加強(qiáng)筋和增加板厚之間的重量差異，選取最佳方案。

輕量化技術(shù)30三、船體貨艙外結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)選用合理的骨架形式；基本結(jié)構(gòu)的布置盡可能考慮所有構(gòu)件的應(yīng)力水平既不至于太高，也不至于很低，去除冗余結(jié)構(gòu)，做到材盡其用。優(yōu)化首尖艙結(jié)構(gòu)平臺(tái)布置；優(yōu)化尾尖艙平臺(tái)布置，并采用輕型尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式；優(yōu)化機(jī)艙布置，減少冗余結(jié)構(gòu)；完善壓載水置換方案，控制最小結(jié)構(gòu)首吃水；完善艙室布置，減少冗余的鐵圍壁，但設(shè)置必要的替代支柱。完善其他設(shè)備、艙室和油艙的布置，盡量考慮上下、前后對(duì)齊和利用強(qiáng)框結(jié)構(gòu)；輕量化技術(shù)31四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用

1.技術(shù)特點(diǎn)選用船體構(gòu)件材料主要是考慮經(jīng)濟(jì)性，在保證船體強(qiáng)度和使用要求下船體結(jié)構(gòu)重量的減少，意味著船舶載重量的增加，經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)更高。因此在運(yùn)輸商船的設(shè)計(jì)中，往往把注意力集中到高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用上，以期減輕船體結(jié)構(gòu)的重量。 使用高強(qiáng)度鋼的優(yōu)勢(shì)包括：減少船體鋼料重量、增加了載重量。

但對(duì)于高強(qiáng)度鋼的使用最需要考慮的就是其對(duì)疲勞壽命的潛在影響。特別是對(duì)于大型船，本身剛度就比較低，加上高強(qiáng)度鋼的大量使用，會(huì)導(dǎo)致船體剛度再進(jìn)一步降低。因此，各船級(jí)社對(duì)一些主尺度超過(guò)一定限制的大型船舶提出了強(qiáng)制執(zhí)行疲勞強(qiáng)度分析的要求，保證了船舶的疲勞壽命。

2.經(jīng)濟(jì)性某巴拿馬型油船的高強(qiáng)鋼使用情況比較表高強(qiáng)度鋼應(yīng)用情況船體結(jié)構(gòu)重量(t)與方案1相比重量差(t)高強(qiáng)度鋼占結(jié)構(gòu)重量的比例(%)全船采用普通鋼（方案1）12192--僅貨艙區(qū)甲板采用32公斤高強(qiáng)度鋼1189529713貨艙區(qū)甲板、底部采用32公斤級(jí)高強(qiáng)度鋼1162057236結(jié)論：高強(qiáng)度鋼的使用對(duì)于空船重量的控制是十分有效的輕量化技術(shù)32四、船體高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用

3.結(jié)論及適用性

散貨船高強(qiáng)度鋼的使用比例一般與船東的要求直接相關(guān)，船東會(huì)對(duì)高強(qiáng)度鋼的使用比例在建造規(guī)格書(shū)中加以嚴(yán)格限制。對(duì)于好望角型的大型散貨船，高強(qiáng)度鋼的實(shí)際使用比例可能會(huì)超過(guò)50％，甚至達(dá)到80%左右。所以在保證疲勞強(qiáng)度的前提下盡可能多使用高強(qiáng)度鋼對(duì)經(jīng)濟(jì)性十分可觀(guān)。 高強(qiáng)度鋼材料本身并非疲勞問(wèn)題的根源，但高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)處的高應(yīng)力會(huì)引起疲勞成為主要失效模式。因此，為了平衡船體結(jié)構(gòu)減重和保證船體疲勞壽命這對(duì)矛盾，必須通過(guò)直接計(jì)算找出高強(qiáng)度鋼使用的一個(gè)最佳比例。輕量化技術(shù)33五、船體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

近幾十年來(lái)，疲勞裂縫引起的船舶損傷事件越來(lái)越多，船舶結(jié)構(gòu)的疲勞破壞越來(lái)越引起人們的充分重視，如何改進(jìn)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高疲勞壽命成為一項(xiàng)重要的課題。 在設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)疲勞強(qiáng)度校核，適當(dāng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，選擇合適的鋼種、構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)形式、焊接工藝以及表面打磨狀態(tài)等，以保證船體結(jié)構(gòu)中受交變載荷作用的構(gòu)件有足夠的疲勞壽命。同時(shí)驗(yàn)船部門(mén)和用船者在平時(shí)維護(hù)和檢查中應(yīng)當(dāng)特別注意。輕量化技術(shù)34六、其他新型材料的應(yīng)用

1.SPS鋼板

SPS鋼板(“sandwichplatesystem”)是將聚氨酯彈性體注入兩層鋼板之間作為加固材料。自上個(gè)世紀(jì)90年代面世以來(lái)SPS鋼板在船舶修理方面得到了一定應(yīng)用。SPS聚氨酯夾芯板體系與傳統(tǒng)的鋼材比起來(lái)可以節(jié)約鋼板和成本，同時(shí)減輕船體重量。 目前SPS鋼板已經(jīng)在輕質(zhì)車(chē)輛甲板、煙囪、上層建筑結(jié)構(gòu)、艙口蓋、艙口圍和貨艙結(jié)構(gòu)等方面得到了應(yīng)用。國(guó)內(nèi)鋼企對(duì)于這種新型材料也表現(xiàn)了較高的積極性，相信隨著技術(shù)的成熟，本材料必將大規(guī)模用于新造船中。普通鋼板船體結(jié)構(gòu)SPS復(fù)合鋼板船體結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)35六、其他新型材料的應(yīng)用

2.其他輕質(zhì)材料2.1管系材料的選擇：上建內(nèi)的供水管采用PERT（耐高溫85℃）材料，疏排水管采用PVC材料，這樣可以一定程度地減輕空船重量。這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟。

目前，日本船廠(chǎng)較多采用玻璃鋼材料做壓載水管，雖然初期投資并不較少，但在船舶的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，維修成本得以大大降低，并且也在一定程度上減輕了空船重量。 其它管系的管子規(guī)格在滿(mǎn)足規(guī)范的前提下，壁厚可參照日韓船廠(chǎng)的選用標(biāo)準(zhǔn)，尤其是大口徑的液貨、壓載、海水管。2.2內(nèi)裝材料的選擇：采用超輕質(zhì)甲板敷料，容重800kg/m3，減輕船體重量。艙室內(nèi)裝板采用25mm鋁蜂窩板，減輕船體重量。優(yōu)化衛(wèi)生單元減輕整體單元重量（建議采用用于高鐵內(nèi)裝墻體的最新材料SMC，可大幅減輕單元重量）。輕量化技術(shù)36七、其他減重措施的研究與分析

船舶減重，除了船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)行優(yōu)化外，還存在很多其他減重措施可以實(shí)施。減重是一個(gè)系統(tǒng)的工程，關(guān)系到船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、設(shè)備制造、工業(yè)水平和工藝等各方面。1.概述2.用鋼板焊接形式替代翻砂鑄造 鑄造產(chǎn)品不但工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、笨重、費(fèi)料，而且造成環(huán)境污染。如：船舶上的許多導(dǎo)纜滾輪，大多是鑄造的，十分笨重。采用鋼板卷制后，其重量可以減少60%。3.降低關(guān)閉設(shè)備厚度船上配置的關(guān)閉設(shè)備，規(guī)格品種繁多，如門(mén)、窗、蓋就有成千上百個(gè)品種。其產(chǎn)品厚度可以考慮減少，因?yàn)槠溆昧勘容^大，如門(mén)，全船就有上百扇，如果每扇鋼質(zhì)門(mén)采用壓筋式，其厚度可減少2mm,約減重20%以上。據(jù)粗略計(jì)算，某型散貨船僅門(mén)一項(xiàng)全船約可減輕重量4噸。輕量化技術(shù)37七、其他減重措施的研究與分析

船用配置的舷梯、碼頭梯和各類(lèi)直梯、斜梯，數(shù)量很多，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減重15%，應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。如鋁質(zhì)舷梯強(qiáng)度有富余，與日本同類(lèi)產(chǎn)品比顯得很笨重，所用角鋁很厚。4.調(diào)整梯桿設(shè)備的材料和結(jié)構(gòu)

5.“廣義“舾裝件減重空間

錨唇輕量化：我國(guó)船舶錨唇鑄鋼件厚度在100mm左右，韓國(guó)的錨唇平均厚度只有55mm，因此我國(guó)錨唇船上一對(duì)就比日韓重10t左右。 舵系設(shè)計(jì)輕量化：據(jù)有關(guān)廠(chǎng)家計(jì)算，我國(guó)船舶上裝置的舵系設(shè)備總重量要比國(guó)外同類(lèi)船重80噸之多。 基座結(jié)構(gòu)輕量化：船上的各種設(shè)備的基座，如主機(jī)基座、發(fā)電機(jī)基座、各種重大設(shè)備基座普遍比日韓重。 支架組合減重：船上各種管路、油路，氣路和電纜縱橫交叉，十分復(fù)雜，各有自己的支架，現(xiàn)在可以考慮采用組合支架，上下分層，把許多不同的管路、線(xiàn)路安裝在同一個(gè)組合支架上，節(jié)省重量又排列有序。輕量化技術(shù)38七、其他減重措施的研究與分析

施工單位加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制，依圖施工減少施工冗余重量，也是控制船舶重量的一項(xiàng)須提起關(guān)注的事項(xiàng)。例如：船體結(jié)構(gòu)不按圖施工，必將造成大的返工修補(bǔ)，勢(shì)必大量增加船體重量，還會(huì)造成安全隱患。管系放樣施工，許多管系由于布置的原因，到了接口處發(fā)現(xiàn)有大的位移偏差（接不上），于是就要來(lái)一段“現(xiàn)校管”，長(zhǎng)度肯定大于直線(xiàn)管，有時(shí)還要增加一對(duì)法蘭什么的，對(duì)于大型管系重量自然增加。內(nèi)裝的甲板敷料，是施工中最失控的部分，為了最后的房間平整，工人就直接用水泥鋪，要校平就得多鋪，造成重量增加很多。

這些錯(cuò)誤的施工方式，只要施工單位嚴(yán)格管理控制，也是可以避免的。6.船廠(chǎng)施工管理控制輕量化技術(shù)主機(jī)的重量占據(jù)船舶機(jī)艙設(shè)備的比重比較大，一般為50%，因此選擇高性能的、重量輕的主機(jī)，對(duì)船舶的輕量化有較大的意義。由于柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電控共軌燃油噴射技術(shù)已在柴油機(jī)上大量應(yīng)用。與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，由于取消了凸輪等大部件，減輕了主機(jī)的重量和體積。由于中速機(jī)和高速機(jī)相對(duì)于低速機(jī)重量較輕，采用中、高速機(jī)作為主機(jī)可以有效地減輕柴油機(jī)重量。采用電力推進(jìn)技術(shù)可以提高推進(jìn)效率，同時(shí)也可以減少了軸系的重量。在柴油發(fā)電機(jī)組的選型配備上，如果考慮采用軸帶發(fā)電機(jī)，可以省去一臺(tái)備用的柴油發(fā)電機(jī)組。軸帶發(fā)電機(jī)的重量相對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組也大為減輕。

輕量化技術(shù)船舶推進(jìn)主機(jī)和發(fā)電機(jī)組的優(yōu)選軸系設(shè)計(jì)時(shí)，首先是考慮軸的強(qiáng)度。通過(guò)規(guī)范計(jì)算，選用滿(mǎn)足相應(yīng)要求的軸徑，規(guī)范計(jì)算值已經(jīng)考慮了安全裕度。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往根據(jù)母型船資料設(shè)計(jì)軸徑，尺寸取的較大，因此軸的尺寸和重量也相應(yīng)增大。軸系設(shè)計(jì)采用有限元分析方法計(jì)算并適當(dāng)優(yōu)化尺寸并滿(mǎn)足軸系扭振計(jì)算的要求，也可以減輕重量。采用合金鋼材料代替碳鋼材料，在提高軸系的強(qiáng)度的同時(shí)也可以減輕軸的設(shè)計(jì)尺寸。輕量化技術(shù)軸系設(shè)計(jì)優(yōu)化在布置機(jī)艙時(shí)，盡量將相關(guān)設(shè)備合理緊湊布置，可以有效減少管路長(zhǎng)度和數(shù)量。采用其他材料管代替碳鋼管（如玻璃鋼管、塑料管、不銹鋼管、鋁管等）也可以減輕管系重量。在管壁厚滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)選用比較接近規(guī)范值的管子也可以起到減輕重量的目的。輕量化技術(shù)管系設(shè)計(jì)優(yōu)化管系設(shè)計(jì)布置合理以及管系原理簡(jiǎn)單也可以減少管子重量。如艙底管系避免采用多個(gè)分支管的布置，可以采用總管式結(jié)合遙控閥的布置。機(jī)艙內(nèi)部分油艙的空氣管可以適當(dāng)合并到透氣總管并接至一個(gè)油霧箱透氣?？梢詼p少透氣管頭，相應(yīng)也減少了管系重量。船上選用大型閥盡量選用構(gòu)造簡(jiǎn)單且重量較輕的蝶閥，以代替較重的截止閥或閘閥或閥箱。設(shè)計(jì)CO2固定式滅火系統(tǒng)，對(duì)于散貨船的貨艙，在滿(mǎn)足公約要求的前提下，可通過(guò)免除貨艙固定式滅火系統(tǒng)，這樣可以避免設(shè)置較多的CO2氣瓶，相應(yīng)也減少了重量。在設(shè)計(jì)船舶消防系統(tǒng)時(shí)，盡量考慮采用其他滅火系統(tǒng)時(shí)，如高倍泡沫滅火系統(tǒng)、壓力水霧滅火系統(tǒng)或氣熔膠滅火系統(tǒng)等以代替CO2滅火系統(tǒng)。輕量化技術(shù)管系設(shè)計(jì)優(yōu)化鍋爐可以選用熱效率高的熱油鍋爐代替蒸汽鍋爐。熱油鍋爐的重量相對(duì)于蒸汽鍋爐較輕。熱交換器采用板式替代管殼式。通過(guò)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，可以在滿(mǎn)足規(guī)范以及船東使用要求的前提下適當(dāng)縮減設(shè)備的冗余度和設(shè)計(jì)裕度，也可以起到輕量化的效果。

輕量化技術(shù)其他機(jī)電設(shè)備的優(yōu)化序號(hào)項(xiàng)目某國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)58000噸散貨船日本設(shè)計(jì)58000噸散貨船后者輕(T)1主發(fā)電機(jī)680kW*3-Wartsila

193g/kWh

10.5噸550KW*3（柴油機(jī)功率）

9.5噸32鍋爐1.2T廢氣/1.5T燃油-格林

重量18.5噸

116kg/h1t/h(廢氣)1t/h(燃油)-Aalborg

重量17噸1.53焚燒爐350000kcal/h1300MJ/h大約310000kcal/h0.54空氣壓縮系統(tǒng)200*2+40*1@30bar

139*1@7bar主空壓機(jī)（2臺(tái)，135m3/h*2.9MPa）,沒(méi)有應(yīng)急空壓機(jī)和輔空氣瓶。死船起動(dòng)采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)——主空壓機(jī)——主空氣瓶的方式25燃油系統(tǒng)DN200/100,30*2@3.5

2300L*2DN125/DN80，15m3/h@3bar(燃油輸送泵)，5m3/h@3bar(柴油輸送泵)

3200L*23.56滑油系統(tǒng)DN80/50,220*2

1250L*2DN65/40，205*2

1950L*1+1050L*117海水系統(tǒng)620*2+250*1@2.5bar500*2+180*1@2.5/2.2bar0.58淡水冷卻水系統(tǒng)560*2+230*1@3bar無(wú)，采用海水開(kāi)式冷卻系統(tǒng)19壓載系統(tǒng)1000*2@2.5barDN350環(huán)狀700*2@2.4barDN450單根16.510通風(fēng)系統(tǒng)42000*4@600Pa54000*2@400Pa0.511固定滅火系統(tǒng)CO2，197瓶，重25.6T機(jī)艙高倍泡沫滅火系統(tǒng)：泡沫柜（1000L），供水泵：130m3/h*8.5bar2012軸系艉軸直徑500mm/9700kg中間軸直徑450mm/7255kg艉軸直徑490mm/10514kg中間軸直徑410mm/7850kg-113中央冷卻器4900kW*2無(wú)，采用海水開(kāi)式冷卻系統(tǒng)0.549.5輕量化技術(shù)結(jié)論：由上述比較，可以看出后者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型上做了一定的優(yōu)化，從而有效減輕了設(shè)備的重量。45一級(jí)渦輪增壓技術(shù)兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)VTA渦輪增壓技術(shù)高效柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)

降低油耗2～3%。46智能型柴油機(jī)的典型代表高效柴油機(jī)智能型柴油機(jī)

電子控制單元(ECU)比例電子噴射控制閥(ELFI)降低2%油耗智能監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)機(jī)械式凸輪結(jié)構(gòu)Wartsila公司的RT-flex系列MANB&W公司的ME系列47這類(lèi)低速柴油機(jī)，擁有超長(zhǎng)的沖程缸徑比和更低轉(zhuǎn)速的功率輸出范圍，提高了主機(jī)本身的熱效率；超低轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，則有利于船舶匹配更大的螺旋槳來(lái)提高推進(jìn)效率，使同噸位船舶在保持一定航速條件下，消耗更小的功率，從而使船舶擁有更經(jīng)濟(jì)的日油耗。作為各自公司超長(zhǎng)沖程柴油機(jī)的典型代表，Wartsila公司推出了X系列柴油機(jī)，MANB&W公司推出了G系列柴油機(jī)。高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

降低油耗4～9%。48高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

以一艘好望角型散貨船為例，分別安裝6G70ME-C9.2型和傳統(tǒng)的6S70ME-C8.2型柴油機(jī)。MAN公司的超長(zhǎng)沖程G型柴油機(jī)推出市場(chǎng)僅一年就獲得訂單達(dá)70臺(tái)。據(jù)悉，近期的6臺(tái)MANB&W6G70ME-C9.2柴油機(jī)均設(shè)計(jì)用于上海外高橋船廠(chǎng)建造的186,300噸好望角散貨船。G型發(fā)動(dòng)機(jī)有望成為貨船、油船和一些集裝箱船的首選。49高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

320,000dwtVLCC–15.5knotsN’=NCR=90%SMCR時(shí)的推進(jìn)功率需求50高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

320,000dwtVLCC–15.5knots

主機(jī)年?duì)I運(yùn)成本51高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

320,000dwtVLCC–15.5knots

能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）52高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

47,000dwtHandymax油船–14.0knotsN’=NCR=90%SMCR時(shí)的推進(jìn)功率需求53高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

47,000dwtHandymax油船–14.0knots

主機(jī)年?duì)I運(yùn)成本54高效柴油機(jī)超長(zhǎng)沖程低速機(jī)

47,000dwtHandymax油船–14.0knots

能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）55

在船機(jī)槳匹配的過(guò)程中，降功率選用主機(jī)是一種傳統(tǒng)的節(jié)油方法，對(duì)確定的主機(jī)SMCR，為保證螺旋槳低轉(zhuǎn)速高效率的要求，往往選擇MCR較大的機(jī)型，這種做法不僅可以滿(mǎn)足螺旋槳的轉(zhuǎn)速要求，還可以降低主機(jī)本身的單位油耗。高效柴油機(jī)降功率使用Derating

某型船的SMCR為62,300kW×97r/min(額定功率點(diǎn))，功率匹配點(diǎn)為100%額定功率。可以選用的機(jī)型有10K98ME7，11K98ME7，12K98ME7。56

主機(jī)的NOx排放值是由25%、50%、75%、100%負(fù)荷下的NOx排放值以不同權(quán)重計(jì)算所得的加權(quán)平均值。即，主機(jī)的NOx排放值=5%×NOx(25%)+11%×NOx(50%)+55%×NOx(75%)+29%×NOx(100%)?？梢?jiàn):低負(fù)荷區(qū)的NOx排放值所占權(quán)重較小，這樣就可以利用以上關(guān)系來(lái)改善不同負(fù)荷下的油耗，即，可以減少部分負(fù)荷的油耗，適當(dāng)增加高負(fù)荷區(qū)的油耗，但整機(jī)的NOx排放值保持不變。在滿(mǎn)足NOxTierⅡ的標(biāo)準(zhǔn)情況下，現(xiàn)在MAN主機(jī)在低負(fù)荷范圍的油耗可以通過(guò)以下三種之一的方案進(jìn)一步優(yōu)化。

高效柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

57

EGB技術(shù)需要在主機(jī)的排出廢氣管路中設(shè)置增壓器的旁通管路，單獨(dú)旁通掉大約6%的廢氣量。按照EGB技術(shù)進(jìn)行部分負(fù)荷/低負(fù)荷優(yōu)化技術(shù)的柴油機(jī)，增壓器按照主機(jī)在100%負(fù)荷下廢氣旁通全開(kāi)來(lái)匹配。

EGB排氣旁通技術(shù)高效柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

ECTauto-tuning柴油機(jī)電控調(diào)節(jié)

ECT技術(shù)可在不更換柴油機(jī)部件的情況下進(jìn)行:只修改Pmax(爆壓)和柴油機(jī)控制參數(shù)。這種方法利用了可變的排氣閥正時(shí)和燃油噴射曲線(xiàn)，因此只適用于ME/ME-C柴油機(jī)。58

VT技術(shù)需要設(shè)置能夠改變柴油機(jī)增壓器噴嘴環(huán)面積的特殊部件，也就是要為主機(jī)配置帶有可調(diào)噴嘴環(huán)的增壓器。柴油機(jī)在高負(fù)荷范圍內(nèi)，噴嘴環(huán)面積為最大值;在低負(fù)荷范圍內(nèi)，噴嘴環(huán)面積為最小值。VT可變噴嘴環(huán)調(diào)高效柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

59如圖所示，無(wú)論采用以上哪種優(yōu)化方式，與部分負(fù)荷相比，所有負(fù)荷在約70%以下時(shí)SFOC進(jìn)一步下降，而付出的代價(jià)是高負(fù)荷時(shí)SFOC上升。因此，對(duì)于具體的項(xiàng)目，柴油機(jī)的優(yōu)化方法取決于船東的運(yùn)行模式。高效柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

60假設(shè)：每日節(jié)油1噸、每年運(yùn)行225天、基本利率5%，可得出如下不同油價(jià)對(duì)應(yīng)的“現(xiàn)值曲線(xiàn)”。以15年作為回收期的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，可以投入資金作出如下初步判斷：

投資回收期高效柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性分析

61假設(shè)：每日節(jié)油1噸、每年運(yùn)行225天、基本利率5%、貸款利率或者內(nèi)部收益率為7%，可得出如下投資和收益的“未來(lái)值曲線(xiàn)”。

以120萬(wàn)的初始投資來(lái)做評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)回收周期作出如下初步判斷：

貸款和收益未來(lái)值

備注：如果考慮節(jié)能設(shè)備的殘值，則按雙倍折舊率對(duì)設(shè)備進(jìn)行折舊，最終殘值按5%算。高效柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性分析

62船舶柴油機(jī)摩擦功耗占整個(gè)能耗的5%左右(不含滑油泵耗功和增加的耗油)，主要消耗在活塞環(huán)與缸套、曲軸與機(jī)體、連桿與主軸頸之間的摩擦耗功。之前，船舶柴油機(jī)減磨技術(shù)一直不被重視，隨著EEDI的推行，將迎來(lái)發(fā)展的春天，各種應(yīng)用研究成果也將會(huì)在船舶柴油機(jī)上得到應(yīng)用。高效柴油機(jī)降低摩擦功耗

63一般燃油總能量中約有50%未得到有效利用。這部分能量回收，用于驅(qū)動(dòng)蒸汽透平發(fā)電、加熱冷卻水以供燃油柜加熱和艙室取暖，可降低燃油消耗，提高船隊(duì)的競(jìng)爭(zhēng)力。減少二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等有害物的排放。案例：在功率為11025kW柴油機(jī)船上采用廢氣利用節(jié)能技術(shù)后，可達(dá)到1臺(tái)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的效果。廢熱回收的價(jià)值廢熱回收64廢氣繞過(guò)增壓器直接進(jìn)入廢氣鍋爐。現(xiàn)代高效增壓器的效率已經(jīng)高過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷區(qū)域的運(yùn)行需要，這就使部分廢氣不經(jīng)過(guò)增壓器而直接進(jìn)入廢氣鍋爐成為可能。利用廢氣中的能量產(chǎn)生蒸汽，再用蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。利用缸套冷卻水和增壓空氣中的能量加熱鍋爐進(jìn)水。廢氣繞過(guò)增壓器直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力透平。廢熱回收系統(tǒng)廢熱回收65能量轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定：機(jī)艙進(jìn)氣艙外直接進(jìn)氣廢氣旁通廢熱回收66廢熱回收方案1僅配備蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組廢熱回收67配備動(dòng)力透平及蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組廢熱回收廢熱回收方案268運(yùn)行模式:A.高電力需求模式 動(dòng)力透平和蒸汽輪機(jī)同時(shí)工作。通過(guò)控制蒸汽流量來(lái)控制蒸汽輪機(jī)的輸出功率。B.低電力需求模式 動(dòng)力透平脫開(kāi)，僅蒸汽輪機(jī)運(yùn)行，通過(guò)控制蒸汽流量來(lái)控制蒸汽輪機(jī)的輸出功率。廢熱回收廢熱回收方案2配備動(dòng)力透平及蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組69配備動(dòng)力透平、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及軸帶電動(dòng)/發(fā)電機(jī)廢熱回收廢熱回收方案370運(yùn)行模式:A.軸帶電動(dòng)機(jī)模式 廢熱回收系統(tǒng)的發(fā)電量大于船舶需要，多余的電力驅(qū)動(dòng)軸帶電機(jī)用于推進(jìn)。B.軸帶發(fā)電機(jī)模式 廢熱回收系統(tǒng)的發(fā)電量不能滿(mǎn)足船舶需要，不足部分由軸帶發(fā)電機(jī)提供。C.加力推進(jìn)模式 當(dāng)需要的推進(jìn)功率大于主機(jī)功率時(shí)，軸帶電機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式工作，所需電力來(lái)自于廢熱回收系統(tǒng)和/或柴油發(fā)電機(jī)組。D.應(yīng)急推進(jìn)模式 主機(jī)與螺旋槳軸脫開(kāi)，船舶由軸帶電機(jī)推進(jìn)，由柴油發(fā)電機(jī)組供電。廢熱回收廢熱回收方案3配備動(dòng)力透平、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及軸帶電動(dòng)/發(fā)電機(jī)71熱泵技術(shù)原理熱泵技術(shù)熱泵是一種將熱量由低溫?zé)嵩摧斔偷礁邷責(zé)嵩?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)指定空間制冷和供熱功能的能量綜合利用系統(tǒng)，是一項(xiàng)節(jié)能的技術(shù)。熱泵不是熱能的轉(zhuǎn)換設(shè)備而是熱量的搬運(yùn)設(shè)備，它是一臺(tái)“泵”。夏季（制冷）：低溫?zé)嵩礊榉块g，通過(guò)消耗能量E（電能、機(jī)械能或熱能，家用空調(diào)為電能），將熱量Q1搬運(yùn)到室外；冬季（供熱）：高溫?zé)嵩礊榉块g，通過(guò)消耗能量E把低溫?zé)嵩矗ㄊ彝猓┑臒崃縌1搬運(yùn)到室內(nèi)。72功能空調(diào)所需的冷量

采暖所需的熱量

衛(wèi)生熱水工藝生產(chǎn)的冷熱量特點(diǎn)節(jié)能（花很小的代價(jià)，搬運(yùn)幾倍的能量）環(huán)保（無(wú)燃燒過(guò)程、無(wú)其他污染過(guò)程、零排放）效果

使用穩(wěn)定可靠運(yùn)行費(fèi)用低熱泵技術(shù)熱泵技術(shù)原理73船舶空調(diào)原理圖（以?xún)?nèi)河船為例）現(xiàn)有船用空調(diào)（熱泵）狀況熱泵技術(shù)目前船上廣泛采用水冷式冷水機(jī)組為船舶提供冷量，熱量則通過(guò)鍋爐提供的蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)，冷熱量供應(yīng)為兩套系統(tǒng)；水冷式冷水機(jī)組即為水源熱泵技術(shù)的一種特殊應(yīng)用形式，只是現(xiàn)有船用水源熱泵系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)制冷功能。74船用冷熱全效熱泵系統(tǒng)原理圖冷熱全效熱泵技術(shù)原理熱泵技術(shù)夏天，在提供空調(diào)制冷的同時(shí)，免費(fèi)獲取衛(wèi)生熱水。綜合能效比大于7；冬季，從江水中取熱，通過(guò)熱泵做功，獲取采暖熱水和生活熱水，輸入1份電能，獲取4份以上熱能；夏季，較傳統(tǒng)的冷水機(jī)組+蒸汽鍋爐供熱水系統(tǒng)相比，節(jié)能30%左右；冬季，熱泵采暖+生活熱水與燃油鍋爐采暖+生活熱水相比，節(jié)能50%以上。75以某郵輪為例，采用高效船用冷熱全效熱泵機(jī)組后，每年將：節(jié)約燃油247.88噸，折合為357噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年；二氧化碳減排956.8噸；（其中：夏季運(yùn)行135天，平均每天可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油1048kg，冬季運(yùn)行80天，平均每天節(jié)約1330kg燃油）節(jié)能效果熱泵技術(shù)76傳統(tǒng)方式夏季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析（冷水機(jī)組＋蒸汽）設(shè)備名稱(chēng)運(yùn)行季節(jié)設(shè)備臺(tái)數(shù)單臺(tái)機(jī)組出力kW單臺(tái)設(shè)備功率kW運(yùn)行小時(shí)數(shù)用電量kWh折合耗油量kg冷水機(jī)組690夏季2640136.020.05440.01169.6江水泵180t/h夏季2

18.518.6686.4147.6循環(huán)水泵120t/h夏季2

30.024.01440.0309.6汽水換熱器夏季1

20.0t/d

1040.0夏季一天小計(jì)

2666.8

注：裝機(jī)容量按20小時(shí)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行計(jì)算，冷負(fù)荷為1280kW。夏季2臺(tái)機(jī)組工作，1臺(tái)備用。柴油機(jī)發(fā)電油耗為/kWh，蒸汽通過(guò)廢氣燃油組合鍋爐提供。根據(jù)船員提供信息：廢氣與燃油比為1:2，相當(dāng)于每噸蒸汽耗油量為標(biāo)稱(chēng)值的2/3。熱泵技術(shù)節(jié)能效果77冷熱全效熱泵機(jī)組夏季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析設(shè)備名稱(chēng)運(yùn)行季節(jié)設(shè)備臺(tái)數(shù)單臺(tái)機(jī)組出力kW單臺(tái)設(shè)備功率kW運(yùn)行小時(shí)數(shù)用電量kWh折合耗油量kg冷熱全效800MQII型1/2號(hào)機(jī)夏季單制冷2768.0126.010.82720.0584.8

制冷+衛(wèi)生熱水2591+800176.07.62686.5577.6空調(diào)循環(huán)水泵120t/h夏季2

30.024.01440.0309.6熱水中間循環(huán)水泵160t/h夏季2

18.57.6282.460.7江水泵（空調(diào)用）160t/h夏季2

18.510.8399.485.9冷熱全效800MQII型3號(hào)機(jī)夏季備用

夏季一天小計(jì)

1618.6注：夏季，2臺(tái)冷熱全效800MQII型機(jī)組供冷同時(shí)提供衛(wèi)生熱水；滿(mǎn)足衛(wèi)生熱水需求后，運(yùn)行單制冷工況。1臺(tái)機(jī)組完全備用。熱泵技術(shù)節(jié)能效果78傳統(tǒng)方式冬季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析（蒸汽）設(shè)備名稱(chēng)運(yùn)行季節(jié)設(shè)備臺(tái)數(shù)單臺(tái)機(jī)組出力kW單臺(tái)設(shè)備功率kW運(yùn)行小時(shí)數(shù)用電量kWh折合耗油量kg循環(huán)水泵120t/h冬季2

30.024.01440.0309.6汽水換熱器1冬季1

20.0t/d

1248.0汽水換熱器2冬季1

21.5t/d

1341.6冬季一天小計(jì)

2899.2注：裝機(jī)容量按20小時(shí)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行計(jì)算，熱負(fù)荷為750kW。冬季供熱量大，主要靠燃油鍋爐提供，廢氣燃油比例取為1:4。熱泵技術(shù)節(jié)能效果79冷熱全效熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析設(shè)備名稱(chēng)運(yùn)行季節(jié)設(shè)備臺(tái)數(shù)單臺(tái)機(jī)組出力kW單臺(tái)設(shè)備功率kW運(yùn)行小時(shí)數(shù)用電量kWh折合耗油量kg冷熱全效800MQII型1/2號(hào)機(jī)冬季制熱水2782.0175.07.812732.8587.5

冬季采暖1817.0159.00.00.00.0空調(diào)循環(huán)水泵120t/h冬季1

30.00.00.00.0熱水中間循環(huán)水泵160t/h冬季2

15.07.81234.250.4江水泵（熱水用）160t/h冬季2

18.57.81288.962.1冷熱全效800MQII型3號(hào)機(jī)冬季1817.0162.018.362974.3639.5空調(diào)循環(huán)水泵120t/h冬季1

30.024.0720.0154.8江水泵（空調(diào)用）160t/h冬季1

18.518.36339.773.0冬季一天小計(jì)

1567.3

注：冬季1號(hào)和2號(hào)冷熱全效800MQII型機(jī)組提供衛(wèi)生熱水，互為備用；3號(hào)機(jī)組提供采暖熱水；根據(jù)熱水需求情況，在非用水高峰時(shí)，2號(hào)機(jī)兼做3號(hào)機(jī)的備用。熱泵技術(shù)節(jié)能效果80對(duì)比分析

耗油量kg/d與傳統(tǒng)方式對(duì)比節(jié)油量節(jié)油比例方式夏季工況冬季工況夏季工況冬季工況夏季工況冬季工況冷水機(jī)組方式2666.82899.20.00.0

冷熱全效熱泵方式1618.61567.31048.21331.939.3%45.9%說(shuō)明：1.夏季冷負(fù)荷為1280kW,冬季熱負(fù)荷為750kW；衛(wèi)生熱水需量300噸/天，考慮瞬時(shí)用水高峰為500人同時(shí)洗浴；2.折算成每天滿(mǎn)負(fù)荷20小時(shí)計(jì)算；3.柴油機(jī)發(fā)電耗油/kWh；4.蒸汽由廢氣燃油組合鍋爐提供，規(guī)格為1t/h，燃油消耗為/h；考慮到航行過(guò)程廢氣可以提供部分蒸汽，根據(jù)船員提供的經(jīng)驗(yàn)，夏季廢氣與燃油比為1:2；冬季廢氣與燃油比1:4。5.船用冷熱全效熱泵機(jī)組名義工況：夏季江水進(jìn)出溫度26/，冷凍水12/；冷熱全效工況：熱水溫度45/，冷凍水12/；冬季制熱工況：江水溫度9/，熱水40/；熱泵技術(shù)節(jié)能效果81船舶岸電技術(shù)，即采用陸地電源對(duì)靠港船舶供電的技術(shù)。技術(shù)原理及意義 由于船用發(fā)電機(jī)效率不如岸電的發(fā)電效率高，且船舶在停泊狀態(tài)，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的功率不能完全被利用，有很多的浪費(fèi)部分。使用岸電，則可以高效率地利用港口的岸上電能，減少船舶發(fā)電機(jī)工作時(shí)間，既節(jié)約燃油，又可以減少發(fā)電機(jī)的損耗。 使用岸電，可以減少污染物排放、減少船舶發(fā)電機(jī)組工作時(shí)間、降低燃油消耗，并且可以減少機(jī)艙震動(dòng)噪聲、減少機(jī)艙保養(yǎng)工作。規(guī)范、法規(guī) 船舶岸電技術(shù)已在船舶上普及。國(guó)際上最新推出高壓岸電技術(shù)，CCS船級(jí)社已制定出船舶高壓岸電規(guī)范，推出高壓岸電上船附加符號(hào)AMPS，并根據(jù)規(guī)范對(duì)數(shù)條船舶進(jìn)行審圖發(fā)證。配套要求 需要在船上安裝岸電配電板、電纜絞車(chē)、岸電插座，如為高壓岸電，還需安裝高壓變壓器等高壓設(shè)備。電力系統(tǒng)優(yōu)化船舶岸電技術(shù)