船舶营运的经济性及节能措施

1、 第四章第四章 船舶营运经济性管理船舶营运经济性管理 Ships Working Economy and Energy-saving Measure 船舶营运经济管理和最佳航速船舶营运经济管理和最佳航速 第一节第一节 船舶营运经济性概述船舶营运经济性概述 第二节第二节 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三节第三节 提高船舶经济性的主要措施提高船舶经济性的主要措施 船舶的营运经济管理和最佳航速船舶的营运经济管理和最佳航速 第一节第一节 船舶营运经济性概述船舶营运经济性概述 第二节第二节 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三节第三节 提高船舶经济性的主要措施提高船舶经济性的主要措施 Ship operatio

2、n economical management 船舶营运经济性概述船舶营运经济性概述 评价船舶的经济性， 一方面，计算船舶的运输能力，以求得每年的收益。 另一方面，计算运输成本，以求得营运消耗。 年运输能力年运输能力 Qt=200n (t或人次) Qtm=200n R (tn mile或人次n mile) Qt ：年货运量 Qtm ： 年货运周转量 0：载货量平均利用率 单程满载、单程空载船舶， 0=50% 0：船舶设计载货(客)量 n ：年航次数 R：预定航线的航程（n mile） 1.3到到1.5万箱集装箱船万箱集装箱船 造价造价 造价对船舶的经济性影响很大，而且直接影响折旧费， 关系到营

3、运成本、企业利润和税收计算。在船型论证、 初步设计时需要对造价进行估算。 整船一次估算法整船一次估算法 整 船 一 次 估 算 法 图 6 - 1 海 船 每 载 重 吨 造 价 当对造价的精度要求不高时，可根据载重量或排水 量等参数，参考有关船型资料进行估算。图6-1为海船 每载重吨造价的统计资料，由于近年来造价的变化， 此图仅作为相对值的参考。 整船一次估算法整船一次估算法 干货船 散货船 油船 图6-1 海船每载重吨造价 运输成本（年营运开支）运输成本（年营运开支） 船员费用包括基本工资、伙食费、航行津贴、奖金、劳保福利等 折旧费 年基本折旧费=（固定资产原值-预计残值）/预计使用年限

4、年大修折旧费=使用年限内大修费总和/预计使用年限 年折旧费=年基本折旧费+年大修折旧费 修理费包括岁修和特检 燃、润料费略 保险费船舶保险费+船员保险费 港口费 如拖船费、引航费、码头费、港务费、代理费、海关费、 检疫费、熏舱费、垃圾费、装卸费，理货费、运河费、灯 塔费等 其他费用管理费、通讯费、供应费 年收入和年利润年收入和年利润 年收入=年运输能力 平均货运单价 年利润： 年营运费年折旧费年利润 年营运费年折旧费税后年利润所得税 年收益 年收入总额 税前年收益 税后年收益 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 1、单位运输成本 单位运输成本是船舶完成单位运输量所支出的费用， 可用下

5、式计算： bt 单位运量的运输成本，元/吨或元/人次； btm 单位运输周转量的运输成本，元/吨n mile； S 年总成本，元；Qt 年运输量，吨；Qtm 年货 运周转量，吨tn mile。 t t Q S b tm tm Q S b 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 2、投资回收期 投资回收期是船舶年运费收入扣除年总成本以后 的年利润不计利息偿还投资的年限。该指标直接反映 了投资效果，即 式中：TK 投资回收期，年；A 造价，即船舶 投资额，元；AC 年利润，元 AC A TK 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 3、单位运输量投资 单位运输量投资是指按船舶的单位运量

6、平均分摊的投 资。可按下式计算： 元/吨（或元/人次） 元/吨n mile（或元/人次n mile） t t Q A tm tm Q A 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 4、单位综合经济指标 单位综合经济指标是既考虑船舶投资又考虑成本的综 合性指标，即 式中： KS 单位综合经济指标， bt 单位运量的运输成本， 单位运量投资 K 投资效果系数 tt KbKS t 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 5、年利润指标 年利润是年运费收入扣除总成本的余额，即 AC = B S 式中：AC 年利润，元； B 年运费收入，元； S 年总成本，元。 如果将年利润除以造价，即为单位

7、投资利润，这也 是一个重要的经济指标 投资不计利息时经济指标投资不计利息时经济指标 6、千吨海里燃料消耗指标 千吨海里（公里）燃料消耗率是指以单位运量计的 燃油消耗量，即 千吨海里（公里）燃料消耗，kg/ktn mile； 船舶年燃料消耗量，t； 年运输量，t； 年航程，n mile。 3 10 RQ Q R t f f f R f Q t Q 现代工程经济分析中采用的经济指标现代工程经济分析中采用的经济指标 随着经济与财务因素的复杂化，上面所述的一些 经济指标越来越显现出它们的不足之处，现代工程经 济分析必须考虑下列因素： （1）资金的时间价值，特别是投资在整个营运年限 中的价值变化； （2

8、）在整个营运期中，营运收入和各项费用的变化； （3）经济与财务因素，如贷款、津贴、税金和折旧 等。 考虑了以上因素后，现在国内外常用下列经济指标： 净现值净现值NPV 把各年的收入和支出，按投资收益率折现后相减的 结果。其含义是考虑到资金的时间价值后，在使用期 内，能获得利润（还本付息后）的总现值。当其值为 零时，方案收支相抵，恰能达到预期的投资收益率。 如所得值为正，表示可以超过预定的投资收益率，如 所得值为负，表示达不到预定的投资收益率，即 （当年收入）-（当年营运成本）- （当年投资）+ （船价残值） 现值因素，按i=1，2，n逐年计算 n 船龄 n i PWNPV 1 i PW n P

9、W i PW n i iPW )1 ( 需要的货运费率需要的货运费率RFR 为保证一定的利润率，需要货运费率不低于一定的值。 即 如算得的RFR低于现时水平。该船的竞争力就强，利 润率高。如高于现时水平，则该船是不经济的 年货运量 船价残值当年投资支出年成本费） n i nii PWPWPW RFR 1 )()( 运输成本的降低运输成本的降低 提高船舶营运率和货物周转量。 降低保险费。 降低修理和维修保养费。 减少船用品和消耗品的消耗。 船舶的营运经济管理和最佳航速船舶的营运经济管理和最佳航速 第一节第一节 船舶营运经济性概述船舶营运经济性概述 第二节第二节 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三节第

10、三节 提高船舶经济性的措施提高船舶经济性的措施 The determining of optimum voyage speed 航速的变化航速的变化 油船和散装货船变化不大。 定期班轮增加较快，最高航速达到33节。 70年代之前，油价低，船舶吨位和航速一直在提高。 70年代后，油价高，航速有所下降。 建造新船时航速的选择建造新船时航速的选择 柴油机工况点的选择 最佳螺旋桨转速的确定 不同设计方案的比较 柴油机工况点的选择（即配桨点的选择）柴油机工况点的选择（即配桨点的选择） 50年代，非增压、低增压超负荷能力大，配桨点 为（Pb,nb）。 60年代，中增压热负荷增加，超负荷能力下降， 配桨点为

11、（90%Pb,nb）。 80年代后，油价高，主机制造厂提供较大的配桨 点选择范围。 柴油机工况点的选择（即配桨点的选择）柴油机工况点的选择（即配桨点的选择） Sulzer RTA型柴油机工况点选择范围见图1 R1：柴油机的MCR，约定100%Pb和100%nb R2 ：保持pz和nb不变，降低pe的经济运行工况点 R3 ：保持pe的标定值不变，降低功率和转速的经济 运行工况点 R4 ：同时降低pe和nb的经济运行工况点 图图1 Sulzer RTA型柴油机工况点的选择范围型柴油机工况点的选择范围 建造新船时最佳螺旋桨转速的确定建造新船时最佳螺旋桨转速的确定 船速取决于螺旋桨的尺寸（D,H/D,

12、A/Ad)桨转速 桨的直径受船体吃水的限制 主机功率和转速必须满足桨的要求 主机尺寸增加，投资增加，转速下降，燃油费用下降 主机尺寸减小，投资减小，转速增加，燃油费用增大 最佳螺旋桨转速的选择见图2 机型的选择见图3 图图2 最佳螺旋桨转速最佳螺旋桨转速 图图3 机型的选择机型的选择 不同设计方案的比较不同设计方案的比较 经济论证的依据 计划航线、货物的品种、吨位、航行天数、装卸天数、 运费、燃油的消耗、港口使费、固定资本。 a.航速对成本的影响 主机功率、修理费、燃料费、折旧费正比于船速的立方。 b.装卸效率对成本的影响 见图4 c.造价的影响 见图5 d.燃油价格变化的影响 见图6 图图4

13、 装卸效率变化时的影响装卸效率变化时的影响 1-装卸效率=500t/d 2-装卸效率=1000t/d 3-装卸效率=2000t/d 4-装卸效率=5000t/d 图图5 造价变化时的影响造价变化时的影响 1-造价为100% 2-造价下降25% 3-造价下降50% 图图6 燃料价格变化时的影响燃料价格变化时的影响 营运船舶的经济航速营运船舶的经济航速 1. 最低耗油率航速：当主机在耗油率最低情况下运行时，船舶的航速。 一般在80%Pb下，按推进特性工作的主机燃油耗油率最低。 见图7 若柴油机在航行时经常处于较高负荷工作，应尽量选择这个航速。 2. 最低燃油费用航速：每海里航程燃油消耗量最低时的船

14、舶航速。 见图8 若柴油机经常停航待命和降速航行时，应使用改行速。 3. 最高盈利航速（也称最佳航速）： 船舶最大盈利的航速（也就是船舶消耗最少的航速） 考虑因素：船舶的折旧费、客货周转量、航行时间、工资、运输成本 见图9 当运费增加时和燃料费下降时，最佳航速可以提高。 见图10 图图7 e-P曲线曲线 图图8 Gn-v曲线曲线 图图9 最低单位运输成本的航速最低单位运输成本的航速 曲线A-R大（t2/t小） 曲线B-R小（t2/t大） 图图10 最佳经济航速最佳经济航速 1-标准年收入 2-标准年成本 3-运费增加时的年收入 4-燃料费减少时的年成本 航速对续航力的影响航速对续航力的影响 L

15、=vt L:续航力；v:航速；t:航行时间; g:燃油消耗率 t= m 103/ B=m 103/(g Pe) m:燃油储备量 B：主、副机、锅炉每小时燃油消耗量 B=g Pe 稳定航行时，n正比于v,Pe=Cv3 t= m 103/(g Pe)= m 103/(g Cv3) L= vt=v m 103/(g Cv3)=m 103/(g Cv2) 由上式可知， 1)当g 、m为定值时，L v2=常数 2)当g 、L为定值时， m/v2=常数 船舶的营运经济管理和最佳航速船舶的营运经济管理和最佳航速 第一节第一节 船舶营运经济性概述船舶营运经济性概述 第二节第二节 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三

16、节第三节 提高船舶经济性的主要措施提高船舶经济性的主要措施 The measure to improve efficiency of the ship 设计中采取相关措施减少船阻力，提高推进设计中采取相关措施减少船阻力，提高推进 装置效率装置效率 1、提高船舶推进性能，降低主机的配置功率 1） 改进船型与降低船舶阻力 2）采用低转速、大直径螺旋桨，提高推进效率按螺旋桨理论， 理想螺旋桨效率 是推力载荷系数 的因数，即： P、A、Vp分别为螺旋桨推力、桨盘面积和桨进速；为流体 比重。 pi T T pi 11 2 2 2/1 p T VA P 在上式中；推力P与进速VP取决于船体型线、尺度和流速

17、 的初始设计。若P和VP已定，要提高螺旋桨效率，务需加 大桨盘面积A，即务必增大螺旋桨直径。此时，若桨转速保 持不变，则叶梢线速度增加，会引起摩擦损耗增大，从而 导致推进效率的下降。因此，在功率一定的情况下，采用 大直径螺旋桨必须同时降低转速。这里，螺旋桨转速与其 直径有一个最佳关系（使效率达到最高值时的直径）。 3）选配节能型螺旋桨 当前，不大可能对普通的螺旋桨设计作更多的改进，除非 冶金学家能拢出相当坚韧的材料，这种材料能使桨叶制造 得更薄而且具有更好的效率。除采用低转速、大直径螺旋 桨以提高推进效率外，还可采用导管螺旋桨，可调螺距螺 旋桨等节能型螺旋桨，针对不同的船型以提高推进效率。 机

18、桨工况匹配和主机优选机桨工况匹配和主机优选 u主机按节油点运行利用主机减额输出 提高柴油机的热效率，即降低柴油机耗油率的方法之一是 提高汽缸内最大爆发压力Pzmax和平均有效压力Pe之间的比 值。运行中一般把最大持续功率MCR时的Pe定为额定值。 减额输出时，把MCR时的Pe降低作为新的额定点。这样提 高了和Pzmax的Pe比值，从而，就实现了比MCR低的燃油消 耗率。 机桨工况匹配和主机优选机桨工况匹配和主机优选 图6-15是MAN B&W公司的MC系列柴油机的减额输出区。 在特定的合同要求下，可以在L1L4方框间任选一点作为 减额最大持续功率（简称DMCR），把该点作为新的额定 点。此时的

19、Pe值比MCR时降低了，燃油消耗率也就降低了。 图6-15 柴油机减额输出与燃油消耗率变化 主机经济选型主机经济选型 减额输出方法的主机选型 u 确定的船舶类型、尺寸航速和航线 u 按实船航速要求的功率及转速可在如图6-15（a）的柴油 机减额输出框图内找出，图内等航速功率线上值表示功率 减额系数，即随着转速降低，桨效率提高，等航速所需功 率降低的百分率。每种型号的柴油机均有自己的匹配框图 （即等航速功率线匹配到减额输出区里） u主机经济选型时，除考虑主机油耗率外，还应根据具体机 型和该主机的余热利用，进行整个动力装置的经济性效率 计算 余热利用的形式余热利用的形式 l柴油机动力装置的动力设备

20、主要是主柴油机、发电柴油机和辅助锅 炉等 l 根据主机排烟中能量与辅锅炉或/和发电柴油机组所需能量 的对比情况，有如下方案 a.废气锅炉部分或全部代替辅锅炉 b.废气锅炉全部代替辅锅炉，并部分代替发电柴油机 c.废气锅炉全部或部分代替发电柴油机 d.废气锅炉全部用于发电柴油机和部分代替辅锅炉 e.废气锅炉全部代替发电柴油机和全部代替辅锅炉 f.冷却水余热利用驱动汽轮发电机或造淡水或空调系统 加热作上述5种方案的补充 目前船上已普遍采用方案a和方案b 船舶余热利用的形式船舶余热利用的形式 船上余热利用的形式例举如下： 形式1见图1 形式2见图2 形式3见图3 形式4见图4 形式5见图5 形式6见图6 形式7见图7 形式8见图8 船舶上应用最广泛的是形式1。 图图1 余热利用形式余热利用形式1 1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 图图2 余热利用形式余热利用形式2 1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 5-汽轮机6-冷凝器 图图3 余热利用形式余热利用形式3 1-废气锅炉 2-蒸汽分配管 3-给水泵 4-发动机淡水冷却器 5-汽轮机 6-冷凝器 7-给水加热器 1-废气锅炉 2-蒸汽分配