船舶高能效技术介绍

船舶高能效技术介绍CCS社审图中心2013年01月08日2—典型旧散货船综合能量传递及消耗分布新旧散货船能耗对比整船能量利用效率

27.82%※动力系统能量利用效率 19.03%※电力系统能量利用效率 27.61%※热力系统能量利用效率 73.26%※主机能量利用效率

40.64%※发电机组能量利用效率 32.30%※单位货物每小时耗能指标 150（kJ/t.h）3—新型散货船综合能量传递及消耗分布新旧散货船能耗对比整船能量利用效率

32.58%※动力系统能量利用效率 20.88%※电力系统能量利用效率 31.97%※热力系统能量利用效率 73.50%※主机能量利用效率

48.65%※发电机组能量利用效率 37.39%※单位货物每小时耗能指标 117.11（kJ/t.h）4新旧散货船能耗对比￥分析：5船舶高能效技术

5.电力系统优化

3.高效动力系统

7.高效系统/系统

2.船舶轻量化技术

4.高效推进系统

6.新能源应用

8.新概念船型

1.船舶减阻技术

船舶高能效技术6主尺度和船型参数的优化线型优化减阻附体气膜减阻减阻涂料首部线型优化尾部线型优化L、B/T、CP

、CB

、LCB、Cw…

航行减阻减少空气阻力低空气阻力上建的研究桨前节能附体桨后节能附体减少水阻力尾框高度、螺旋桨与船体间隙、机舱布置、螺旋桨轴线高度和主机的配合…前置导管、桨前反应鳍（定子）…毂帽鳍、舵球、扭曲舵…船舶减阻技术7高效推进系统CLT桨新式外形螺旋桨吊舱-电力推进船-机-桨优化配合CRP桨HybridCRP桨NTP桨KAPPEL桨吊舱-电力推进8船舶轻量化技术（一）船体骨架形式优化货舱区域优化货舱区外结构优化船体节点设计优化高强度钢的使用分舱布置优化纵向构件优化其他轻型材料的使用船体轻量化其他减重措施纵骨架式、横骨架式、及纵横混合骨架形式优化设计纵骨或强框间距优化纵骨剖面采用高强度钢横舱壁形式优化9船舶轻量化技术（二）主机和发电机组优化选型轴系的优化设计管系优化放样布置形式、阀的类型其它机电设备强度材料锅炉、热交换器等设备轻量化布置材料10高效动力系统涡轮增压技术智能型柴油机超长冲程低速机降功率使用Derating

Wartsila公司的RT-flex系列柴油机的共轨技术

MANB&W公司的ME系列型柴油机的电电喷技术EGB排气旁通技术

高效柴油机Wartsila公司推出了X系列柴油机

MANB&W公司推出了G系列柴油机

低负荷运转

降低摩擦功耗

两级涡轮增压技术

VTA(VariableTurbineArea）涡轮增压技术

ECTauto-tuning柴油机电控调节

VT（可变喷嘴环

……11电力系统优化船舶岸电技术智能电站变频技术电力系统LED等

PTO12上层建筑：-1～3％

轻型结构设计；

节能照明及设备附属结构：-1～3％

轻型结构设计

复合材料应用主船体结构：-3～5％

重量控制与结构优化；少压载设计船艏：-3～5％

线型优化；压浪装置；湿表面：

-5～8％

表面焊缝处理；

减阻涂料船型优化：

-2～3％

浅吃水超宽船型；主尺度、线型优化；动力系统：

-5～20％

新型主机；余热回收；

燃料改进；推进系统：

-5～10％

电力推进；船-桨-机优化；新型节能推进方式；船艉：

-5～10％

线型优化；

艉流能量回收；操纵系统优化；在适当运用了高效节能技术的创新型绿色高能效散货船上，能耗可以降低20~30％综合节能效果13只能在设计航速和设计吃水时产生正效应球鼻艏只在其设计的航速上产生正效应船舶离靠码头和起抛锚时容易把球鼻碰坏艏部铸钢件的重量大

技术特点：首柱前移，进水角减小，改善肩部压力梯度保留球鼻艏横剖面形态，减小舭涡艏部排水量增加均衡满载和压载综合性能兼顾传统球鼻首的整流、消波作用排水量增加结构布置简化焊接工作量减少，建造周期缩短船体重量减轻

节能效果：静水中阻力减少波浪中阻力减少航速提高~3%

适用性：低速肥大船（傅汝德数小于0.2），如大型散货船、油船吃水变化较大船舶（满载和压载航行）

成本：对于建造，无附加成本线型优化是一项耗费时间的设计工作传统球鼻首直型球首首部线型优化14尾部线型优化通过计算流体力学(CFD)模拟尾部伴流场船模试验测试尾部伴流场加装节能装置后，再试验分析船型特点；对于方型系数较大的船舶（如散货船、油船等），尽量延长去流段的长度，以期减小去流角，从而使舭涡和尾部流线分离等现象尽量减小，振动也可以得到减小；尾部剖面形状设计主要考虑对推进性能的影响，以提高桨盘面处伴流的均匀度，推进效率也就得到了提高，螺旋桨引起的振动也就越小；螺旋桨轴线高度和主机的配合；同时平行中体作相应的前移；对满载状态下的尾部伴流场进行分析；同时对压载状态下的伴流场、螺旋桨匹配及振动等也应测试分析；对于安装低转速、大直径螺旋桨的船舶，瘦削的尾部更有利于满足螺旋桨浸没的要求；最后决定安不安装节能装置。优化手段优化方法尾部线型和螺旋桨的优化匹配将大大提高螺旋桨的推进效率，甚至超过20%。15桨前节能装置技术特点适用性节能效果新造船及船舶改装导向叶片使水流预旋转，从而提高螺旋桨效率节约燃油3~5%成本灵便型散货船5万美金；如果选择国内设计单位，成本基本忽略不计，只考虑水池试验的费用。先后应用到AFRAMAX油轮，HANDYMAX型，PANAMAX型，以及好望角型散装货船上应用实例螺旋桨桨前反应鳍16桨前节能装置技术特点适用性节能效果新造船及船舶改装由导管和专用导向叶片组成导管聚集水流，导向叶片使水流预旋转，从而大大提高螺旋桨效率有助于提高操纵性节油4~8%，若配合贝克舵，将更大程度地提高推进效率和节省更多的油成本两年收回投资成本应用实例35000吨散货船Mewis导管17桨前节能装置技术特点适用性节能效果方形系数0.84~0.86的肥胖型船直径约为螺旋桨直径的70~80%

考虑船体结构的加强船模试验节能7~8%

实船试验节能8~9%成本灵便型散货船12万美金；如果选择国内设计单位，成本基本忽略不计，只考虑水池试验的费用。50000吨油轮应用实例前置导管18桨后节能装置

技术特点：吸收尾流能量使尾部流场趋于均匀适用性：新造船节能效果：船模试验节能1~2%

实船试验节能2~3%

成本：比较低

技术特点：鳍的数量和桨叶数相等吸收尾流能量减少空泡提高螺旋桨效率适用性：新造船节能效果：船模试验节能2~4%

成本：灵便型散货船7万美金

技术特点：根据来流方向将舵不同高度处的剖面偏转一个角度,使之与桨后尾流场有更充分的配合,进而提高和改善船舶的推进和操纵性能适用性：大型集装箱船、油船、工程船、FPSO等节能效果：船模试验节能2~3%

成本：不详 舵、舵球及毂帽组合体节能装置毂帽鳍扭曲舵高效螺旋桨技术特点适用性节能效果成本一个螺旋桨处于另一个的顺流方位两个螺旋桨相反方向旋转相当复杂的传动装置要求优秀的设计和精良的安装工艺柴-电CRP系统，配置2个同心轴、1个特殊的齿轮箱和1套轴系容易损坏新造船2~15%昂贵，约3年回收成本CRP桨高效螺旋桨技术特点适用性节能效果成本克服了传动装置复杂的问题震动小，噪音低环保、操纵性好，机动性好破冰船、大型集装箱船7~15%昂贵HybridCRP桨技术特点适用性节能效果成本在叶梢处剖面有边界元叶梢处叶背负压小于常规螺旋桨，而叶面压力则大于常规螺旋桨减少了水动力螺距角提升螺旋桨效率油船、散货船、滚装船、客船、渔船等比较低船模试验节能1~2%实船试验节能2~3%高效螺旋桨CLT桨22高效螺旋桨技术特点适用性节能效果成本通过减小桨叶表面积以减少摩擦力，从而降低能量损失桨叶所受压力平均分布螺旋桨传递到船体的激振力也将减少空泡特性也将得到改善有效降低螺旋桨重量和惯性大型散货船、油船等 和常规桨相比，不增加任何额外费用。船模试验节能3%实船试验节能6%

某32500吨散货船常规设计螺旋桨与NPT螺旋桨海试结果对比NPT桨231.技术特点

船体结构按照板格布置方向分为纵骨架式、横骨架式和纵横混合骨架式三种形式。在90年代之前由于造船工艺的限制，那个年代所造的船由于普遍吨位比较小，采用横骨架式比较普遍，随着造船技术的发展进步，造船工艺的持续改善，纵骨架式船体结构逐步成为主流，因其施工问题不再成为瓶颈，纵骨架式因其对总强度的贡献使得船体结构重量更为经济。

2.经济性针对120车位滚装船的主尺度为:两柱间长(Lbp):134m;型宽(B):23.1m;设计吃水(T):5.1m;结构吃水(TS):5.14m;航速:VS=18.15kn。该船我们将上述两种不同的骨架形式(纵骨架和横骨架)的构件重量进行计算并将其进行比较。结论:纵骨架式的首部区域的构件重量为25119(kg),而横骨架式的构件重量为32263(kg);纵骨架式的构件比横骨架式的构件重量轻28%。当然本船较小且原设计年代较远，所以样本的选择有一定的局限性。在目前新的设计中采用纵骨架式比采用横骨架式实际轻不了这么多，但重量还是有较大的挖掘空间，并且采用纵骨架式的经济性确实比横骨架式好很多。轻量化技术一、船体骨架形式优化243.结论及适用性纵骨架式结构常见于大型油船和矿砂船。纵横混合骨架式结构主要应用于大中型散装货船，大中型油船，大中型集装箱船。目前比较主流的设计是纵横混合骨架式，即全船尽可能采用纵骨架式，除无法设置纵骨或施工无法满足外。纵横混合骨架形式很好的解决了船体总强度问题又合理地解决了施工工艺，尤其重要的是，在这种骨架形式中，主船体以及首部的纵骨架形式使得船体结构的重量更轻，经济性更好，符合目前运输船追求高能效的要求。由此可见，以纵骨架式为主的纵横混合骨架形式是在未来运输商船的新造船船体骨架形式选择中是值得推广的。轻量化技术一、船体骨架形式优化251.技术特点由于船舶的中横剖面图是船舶结构设计尤其是货舱区的指针性文件，所以中横剖面的优化设计是结构设计的关键。因为对于大型运输船而言，货舱区的船体纵向构件的重量约占整个船体结构重量的60%以上，中横剖面上构件的布置不仅直接影响到结构的功能和合理性，而且对空船重量产生直接影响。在初步确定构件布置基础上，利用有关船级社规范进行中横剖面构件尺寸计算，确定其大小；再经过仔细分析比较，适当调整布置尺寸，合理选用高强度钢及组合型材，力求在保证船体结构强度的前提下，做出最优的结构设计，以使构件重量最轻，提高市场竞争能力。2.优化思路和方法2.1主尺度及分舱布置优化2.2纵向构件优化2.3横舱壁形式的优化2.4横向强度的直接计算轻量化技术二、船体中横剖面优化262.1主尺度及分舱布置优化

在设计的前期参与总布置的规划。纵向货油舱的位置及长度划分通常要兼顾到舱容、总纵强度、破舱稳性、装卸方便等因素，统筹考虑安排，通过合理划分舱容，布置压载舱，减小船舶静水弯矩和剪力，从而使船舶剖面模数要求降低，剖面面积减少，以达到减轻船体重量的目的。2.2纵向构件优化 纵向构件的优化设计对降低全船结构重量意义十分重大。优化设计船体纵向构件的方法较多，纵向构件包括板和纵骨优化，但这些方法中比较容易实现和较有效的，一是优化设计纵骨或强框间距；二是优化纵骨剖面（以剖面模数为原则，通过变化剖面形状，得到最优的剖面面积）；三是采用高强度钢。轻量化技术272.2纵向构件优化纵骨间距的优化优化必须满足的要求——所有构件满足规范的局部强度要求；——所有构件满足规范的屈曲强度的要求；——所有构件满足规范的腐蚀要求；——甲板处船体梁剖面模数满足总强度储备的要求。 优化目标： 在各方案均满足前面所设定的约束条件的前提下，追求中剖面纵向构件面积之和（表征纵向构件的重量）最小。轻量化技术28方案纵骨间距（mm）总强度储备纵向构件面积（cm2）甲板（%）底部（%）A850107123.9120231B900107126.4122261C950107127.31224292.2纵向构件优化优化结果：

某VLCC三种纵骨间距方案纵向构件面积计算结果比较

在增加焊接工作量不多的前提下，主张采用略小的纵骨间距，更适合中国国情。轻量化技术292.3横舱壁形式的优化横舱壁采用多种槽条组合型横舱壁的结构形式．有效地解决了多边形槽条的抗压技术问题及澳大利亚货舱梯的布置。槽型形状的优化，在满足模数和强度的前提下，通过变化不同的形状组合，得到最轻的单位长度重量。槽型舱壁采用级别较高的高强度钢对重量控制比较有利。

2.4横向强度的直接计算通过有限元法，既能找出高应力区域，同时也找出设计裕度较大的地方并减轻其重量；在屈曲强度不满足规范要求的区域，综合平衡加屈曲加强筋和增加板厚之间的重量差异，选取最佳方案。

轻量化技术30三、船体货舱外结构优化结构选用合理的骨架形式；基本结构的布置尽可能考虑所有构件的应力水平既不至于太高，也不至于很低，去除冗余结构，做到材尽其用。优化首尖舱结构平台布置；优化尾尖舱平台布置，并采用轻型尾部结构设计模式；优化机舱布置，减少冗余结构；完善压载水置换方案，控制最小结构首吃水；完善舱室布置，减少冗余的铁围壁，但设置必要的替代支柱。完善其他设备、舱室和油舱的布置，尽量考虑上下、前后对齐和利用强框结构；轻量化技术31四、船体高强度钢的应用

1.技术特点选用船体构件材料主要是考虑经济性，在保证船体强度和使用要求下船体结构重量的减少，意味着船舶载重量的增加，经济性的指标更高。因此在运输商船的设计中，往往把注意力集中到高强度钢的应用上，以期减轻船体结构的重量。 使用高强度钢的优势包括：减少船体钢料重量、增加了载重量。

但对于高强度钢的使用最需要考虑的就是其对疲劳寿命的潜在影响。特别是对于大型船，本身刚度就比较低，加上高强度钢的大量使用，会导致船体刚度再进一步降低。因此，各船级社对一些主尺度超过一定限制的大型船舶提出了强制执行疲劳强度分析的要求，保证了船舶的疲劳寿命。

2.经济性某巴拿马型油船的高强钢使用情况比较表高强度钢应用情况船体结构重量(t)与方案1相比重量差(t)高强度钢占结构重量的比例(%)全船采用普通钢（方案1）12192--仅货舱区甲板采用32公斤高强度钢1189529713货舱区甲板、底部采用32公斤级高强度钢1162057236结论：高强度钢的使用对于空船重量的控制是十分有效的轻量化技术32四、船体高强度钢的应用

3.结论及适用性

散货船高强度钢的使用比例一般与船东的要求直接相关，船东会对高强度钢的使用比例在建造规格书中加以严格限制。对于好望角型的大型散货船，高强度钢的实际使用比例可能会超过50％，甚至达到80%左右。所以在保证疲劳强度的前提下尽可能多使用高强度钢对经济性十分可观。 高强度钢材料本身并非疲劳问题的根源，但高强度钢结构处的高应力会引起疲劳成为主要失效模式。因此，为了平衡船体结构减重和保证船体疲劳寿命这对矛盾，必须通过直接计算找出高强度钢使用的一个最佳比例。轻量化技术33五、船体节点设计优化

近几十年来，疲劳裂缝引起的船舶损伤事件越来越多，船舶结构的疲劳破坏越来越引起人们的充分重视，如何改进船舶结构设计，提高疲劳寿命成为一项重要的课题。 在设计时，可通过疲劳强度校核，适当改进结构节点的设计，选择合适的钢种、构件尺寸、节点形式、焊接工艺以及表面打磨状态等，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。同时验船部门和用船者在平时维护和检查中应当特别注意。轻量化技术34六、其他新型材料的应用

1.SPS钢板

SPS钢板(“sandwichplatesystem”)是将聚氨酯弹性体注入两层钢板之间作为加固材料。自上个世纪90年代面世以来SPS钢板在船舶修理方面得到了一定应用。SPS聚氨酯夹芯板体系与传统的钢材比起来可以节约钢板和成本，同时减轻船体重量。 目前SPS钢板已经在轻质车辆甲板、烟囱、上层建筑结构、舱口盖、舱口围和货舱结构等方面得到了应用。国内钢企对于这种新型材料也表现了较高的积极性，相信随着技术的成熟，本材料必将大规模用于新造船中。普通钢板船体结构SPS复合钢板船体结构轻量化技术35六、其他新型材料的应用

2.其他轻质材料2.1管系材料的选择：上建内的供水管采用PERT（耐高温85℃）材料，疏排水管采用PVC材料，这样可以一定程度地减轻空船重量。这些技术已经非常成熟。

目前，日本船厂较多采用玻璃钢材料做压载水管，虽然初期投资并不较少，但在船舶的营运过程中，维修成本得以大大降低，并且也在一定程度上减轻了空船重量。 其它管系的管子规格在满足规范的前提下，壁厚可参照日韩船厂的选用标准，尤其是大口径的液货、压载、海水管。2.2内装材料的选择：采用超轻质甲板敷料，容重800kg/m3，减轻船体重量。舱室内装板采用25mm铝蜂窝板，减轻船体重量。优化卫生单元减轻整体单元重量（建议采用用于高铁内装墙体的最新材料SMC，可大幅减轻单元重量）。轻量化技术36七、其他减重措施的研究与分析

船舶减重，除了船体结构设计方面需要进行优化外，还存在很多其他减重措施可以实施。减重是一个系统的工程，关系到船体结构、设备选型、设备制造、工业水平和工艺等各方面。1.概述2.用钢板焊接形式替代翻砂铸造 铸造产品不但工人劳动强度大、笨重、费料，而且造成环境污染。如：船舶上的许多导缆滚轮，大多是铸造的，十分笨重。采用钢板卷制后，其重量可以减少60%。3.降低关闭设备厚度船上配置的关闭设备，规格品种繁多，如门、窗、盖就有成千上百个品种。其产品厚度可以考虑减少，因为其用量比较大，如门，全船就有上百扇，如果每扇钢质门采用压筋式，其厚度可减少2mm,约减重20%以上。据粗略计算，某型散货船仅门一项全船约可减轻重量4吨。轻量化技术37七、其他减重措施的研究与分析

船用配置的舷梯、码头梯和各类直梯、斜梯，数量很多，在现有基础上减重15%，应该是没有问题的。如铝质舷梯强度有富余，与日本同类产品比显得很笨重，所用角铝很厚。4.调整梯杆设备的材料和结构

5.“广义“舾装件减重空间

锚唇轻量化：我国船舶锚唇铸钢件厚度在100mm左右，韩国的锚唇平均厚度只有55mm，因此我国锚唇船上一对就比日韩重10t左右。 舵系设计轻量化：据有关厂家计算，我国船舶上装置的舵系设备总重量要比国外同类船重80吨之多。 基座结构轻量化：船上的各种设备的基座，如主机基座、发电机基座、各种重大设备基座普遍比日韩重。 支架组合减重：船上各种管路、油路，气路和电缆纵横交叉，十分复杂，各有自己的支架，现在可以考虑采用组合支架，上下分层，把许多不同的管路、线路安装在同一个组合支架上，节省重量又排列有序。轻量化技术38七、其他减重措施的研究与分析

施工单位加强管理，严格控制，依图施工减少施工冗余重量，也是控制船舶重量的一项须提起关注的事项。例如：船体结构不按图施工，必将造成大的返工修补，势必大量增加船体重量，还会造成安全隐患。管系放样施工，许多管系由于布置的原因，到了接口处发现有大的位移偏差（接不上），于是就要来一段“现校管”，长度肯定大于直线管，有时还要增加一对法兰什么的，对于大型管系重量自然增加。内装的甲板敷料，是施工中最失控的部分，为了最后的房间平整，工人就直接用水泥铺，要校平就得多铺，造成重量增加很多。

这些错误的施工方式，只要施工单位严格管理控制，也是可以避免的。6.船厂施工管理控制轻量化技术主机的重量占据船舶机舱设备的比重比较大，一般为50%，因此选择高性能的、重量轻的主机，对船舶的轻量化有较大的意义。由于柴油机技术的进步，电控共轨燃油喷射技术已在柴油机上大量应用。与传统柴油机相比，由于取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积。由于中速机和高速机相对于低速机重量较轻，采用中、高速机作为主机可以有效地减轻柴油机重量。采用电力推进技术可以提高推进效率，同时也可以减少了轴系的重量。在柴油发电机组的选型配备上，如果考虑采用轴带发电机，可以省去一台备用的柴油发电机组。轴带发电机的重量相对于柴油发电机组也大为减轻。

轻量化技术船舶推进主机和发电机组的优选轴系设计时，首先是考虑轴的强度。通过规范计算，选用满足相应要求的轴径，规范计算值已经考虑了安全裕度。但在实际设计中，设计者往往根据母型船资料设计轴径，尺寸取的较大，因此轴的尺寸和重量也相应增大。轴系设计采用有限元分析方法计算并适当优化尺寸并满足轴系扭振计算的要求，也可以减轻重量。采用合金钢材料代替碳钢材料，在提高轴系的强度的同时也可以减轻轴的设计尺寸。轻量化技术轴系设计优化在布置机舱时，尽量将相关设备合理紧凑布置，可以有效减少管路长度和数量。采用其他材料管代替碳钢管（如玻璃钢管、塑料管、不锈钢管、铝管等）也可以减轻管系重量。在管壁厚满足规范要求的前提下，适当选用比较接近规范值的管子也可以起到减轻重量的目的。轻量化技术管系设计优化管系设计布置合理以及管系原理简单也可以减少管子重量。如舱底管系避免采用多个分支管的布置，可以采用总管式结合遥控阀的布置。机舱内部分油舱的空气管可以适当合并到透气总管并接至一个油雾箱透气。可以减少透气管头，相应也减少了管系重量。船上选用大型阀尽量选用构造简单且重量较轻的蝶阀，以代替较重的截止阀或闸阀或阀箱。设计CO2固定式灭火系统，对于散货船的货舱，在满足公约要求的前提下，可通过免除货舱固定式灭火系统，这样可以避免设置较多的CO2气瓶，相应也减少了重量。在设计船舶消防系统时，尽量考虑采用其他灭火系统时，如高倍泡沫灭火系统、压力水雾灭火系统或气熔胶灭火系统等以代替CO2灭火系统。轻量化技术管系设计优化锅炉可以选用热效率高的热油锅炉代替蒸汽锅炉。热油锅炉的重量相对于蒸汽锅炉较轻。热交换器采用板式替代管壳式。通过系统的合理设计，可以在满足规范以及船东使用要求的前提下适当缩减设备的冗余度和设计裕度，也可以起到轻量化的效果。

轻量化技术其他机电设备的优化序号项目某国内设计58000吨散货船日本设计58000吨散货船后者轻(T)1主发电机680kW*3-Wartsila

193g/kWh

10.5吨550KW*3（柴油机功率）

9.5吨32锅炉1.2T废气/1.5T燃油-格林

重量18.5吨

116kg/h1t/h(废气)1t/h(燃油)-Aalborg

重量17吨1.53焚烧炉350000kcal/h1300MJ/h大约310000kcal/h0.54空气压缩系统200*2+40*1@30bar

139*1@7bar主空压机（2台，135m3/h*2.9MPa）,没有应急空压机和辅空气瓶。死船起动采用应急发电机——主空压机——主空气瓶的方式25燃油系统DN200/100,30*2@3.5

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

3200L*23.56滑油系统DN80/50,220*2

1250L*2DN65/40，205*2

1950L*1+1050L*117海水系统620*2+250*1@2.5bar500*2+180*1@2.5/2.2bar0.58淡水冷却水系统560*2+230*1@3bar无，采用海水开式冷却系统19压载系统1000*2@2.5barDN350环状700*2@2.4barDN450单根16.510通风系统42000*4@600Pa54000*2@400Pa0.511固定灭火系统CO2，197瓶，重25.6T机舱高倍泡沫灭火系统：泡沫柜（1000L），供水泵：130m3/h*8.5bar2012轴系艉轴直径500mm/9700kg中间轴直径450mm/7255kg艉轴直径490mm/10514kg中间轴直径410mm/7850kg-113中央冷却器4900kW*2无，采用海水开式冷却系统0.549.5轻量化技术结论：由上述比较，可以看出后者在系统设计和设备选型上做了一定的优化，从而有效减轻了设备的重量。45一级涡轮增压技术两级涡轮增压技术VTA涡轮增压技术高效柴油机涡轮增压技术

降低油耗2～3%。46智能型柴油机的典型代表高效柴油机智能型柴油机

电子控制单元(ECU)比例电子喷射控制阀(ELFI)降低2%油耗智能监测和分析系统机械式凸轮结构Wartsila公司的RT-flex系列MANB&W公司的ME系列47这类低速柴油机，拥有超长的冲程缸径比和更低转速的功率输出范围，提高了主机本身的热效率；超低转速的设计，则有利于船舶匹配更大的螺旋桨来提高推进效率，使同吨位船舶在保持一定航速条件下，消耗更小的功率，从而使船舶拥有更经济的日油耗。作为各自公司超长冲程柴油机的典型代表，Wartsila公司推出了X系列柴油机，MANB&W公司推出了G系列柴油机。高效柴油机超长冲程低速机

降低油耗4～9%。48高效柴油机超长冲程低速机

以一艘好望角型散货船为例，分别安装6G70ME-C9.2型和传统的6S70ME-C8.2型柴油机。MAN公司的超长冲程G型柴油机推出市场仅一年就获得订单达70台。据悉，近期的6台MANB&W6G70ME-C9.2柴油机均设计用于上海外高桥船厂建造的186,300吨好望角散货船。G型发动机有望成为货船、油船和一些集装箱船的首选。49高效柴油机超长冲程低速机

320,000dwtVLCC–15.5knotsN’=NCR=90%SMCR时的推进功率需求50高效柴油机超长冲程低速机

320,000dwtVLCC–15.5knots

主机年营运成本51高效柴油机超长冲程低速机

320,000dwtVLCC–15.5knots

能效设计指数（EEDI）52高效柴油机超长冲程低速机

47,000dwtHandymax油船–14.0knotsN’=NCR=90%SMCR时的推进功率需求53高效柴油机超长冲程低速机

47,000dwtHandymax油船–14.0knots

主机年营运成本54高效柴油机超长冲程低速机

47,000dwtHandymax油船–14.0knots

能效设计指数（EEDI）55

在船机桨匹配的过程中，降功率选用主机是一种传统的节油方法，对确定的主机SMCR，为保证螺旋桨低转速高效率的要求，往往选择MCR较大的机型，这种做法不仅可以满足螺旋桨的转速要求，还可以降低主机本身的单位油耗。高效柴油机降功率使用Derating

某型船的SMCR为62,300kW×97r/min(额定功率点)，功率匹配点为100%额定功率。可以选用的机型有10K98ME7，11K98ME7，12K98ME7。56

主机的NOx排放值是由25%、50%、75%、100%负荷下的NOx排放值以不同权重计算所得的加权平均值。即，主机的NOx排放值=5%×NOx(25%)+11%×NOx(50%)+55%×NOx(75%)+29%×NOx(100%)。可见:低负荷区的NOx排放值所占权重较小，这样就可以利用以上关系来改善不同负荷下的油耗，即，可以减少部分负荷的油耗，适当增加高负荷区的油耗，但整机的NOx排放值保持不变。在满足NOxTierⅡ的标准情况下，现在MAN主机在低负荷范围的油耗可以通过以下三种之一的方案进一步优化。

高效柴油机低负荷运转

57

EGB技术需要在主机的排出废气管路中设置增压器的旁通管路，单独旁通掉大约6%的废气量。按照EGB技术进行部分负荷/低负荷优化技术的柴油机，增压器按照主机在100%负荷下废气旁通全开来匹配。

EGB排气旁通技术高效柴油机低负荷运转

ECTauto-tuning柴油机电控调节

ECT技术可在不更换柴油机部件的情况下进行:只修改Pmax(爆压)和柴油机控制参数。这种方法利用了可变的排气阀正时和燃油喷射曲线，因此只适用于ME/ME-C柴油机。58

VT技术需要设置能够改变柴油机增压器喷嘴环面积的特殊部件，也就是要为主机配置带有可调喷嘴环的增压器。柴油机在高负荷范围内，喷嘴环面积为最大值;在低负荷范围内，喷嘴环面积为最小值。VT可变喷嘴环调高效柴油机低负荷运转

59如图所示，无论采用以上哪种优化方式，与部分负荷相比，所有负荷在约70%以下时SFOC进一步下降，而付出的代价是高负荷时SFOC上升。因此，对于具体的项目，柴油机的优化方法取决于船东的运行模式。高效柴油机低负荷运转

60假设：每日节油1吨、每年运行225天、基本利率5%，可得出如下不同油价对应的“现值曲线”。以15年作为回收期的评判标准，可以投入资金作出如下初步判断：

投资回收期高效柴油机经济性分析

61假设：每日节油1吨、每年运行225天、基本利率5%、贷款利率或者内部收益率为7%，可得出如下投资和收益的“未来值曲线”。

以120万的初始投资来做评判标准，可以对回收周期作出如下初步判断：

贷款和收益未来值

备注：如果考虑节能设备的残值，则按双倍折旧率对设备进行折旧，最终残值按5%算。高效柴油机经济性分析

62船舶柴油机摩擦功耗占整个能耗的5%左右(不含滑油泵耗功和增加的耗油)，主要消耗在活塞环与缸套、曲轴与机体、连杆与主轴颈之间的摩擦耗功。之前，船舶柴油机减磨技术一直不被重视，随着EEDI的推行，将迎来发展的春天，各种应用研究成果也将会在船舶柴油机上得到应用。高效柴油机降低摩擦功耗

63一般燃油总能量中约有50%未得到有效利用。这部分能量回收，用于驱动蒸汽透平发电、加热冷却水以供燃油柜加热和舱室取暖，可降低燃油消耗，提高船队的竞争力。减少二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等有害物的排放。案例：在功率为11025kW柴油机船上采用废气利用节能技术后，可达到1台柴油机发电机组的效果。废热回收的价值废热回收64废气绕过增压器直接进入废气锅炉。现代高效增压器的效率已经高过发动机在高负荷区域的运行需要，这就使部分废气不经过增压器而直接进入废气锅炉成为可能。利用废气中的能量产生蒸汽，再用蒸汽驱动蒸汽轮机。利用缸套冷却水和增压空气中的能量加热锅炉进水。废气绕过增压器直接驱动动力透平。废热回收系统废热回收65能量转换过程发动机设定：机舱进气舱外直接进气废气旁通废热回收66废热回收方案1仅配备蒸汽轮机发电机组废热回收67配备动力透平及蒸汽轮机发电机组废热回收废热回收方案268运行模式:A.高电力需求模式 动力透平和蒸汽轮机同时工作。通过控制蒸汽流量来控制蒸汽轮机的输出功率。B.低电力需求模式 动力透平脱开，仅蒸汽轮机运行，通过控制蒸汽流量来控制蒸汽轮机的输出功率。废热回收废热回收方案2配备动力透平及蒸汽轮机发电机组69配备动力透平、蒸汽轮机发电机组及轴带电动/发电机废热回收废热回收方案370运行模式:A.轴带电动机模式 废热回收系统的发电量大于船舶需要，多余的电力驱动轴带电机用于推进。B.轴带发电机模式 废热回收系统的发电量不能满足船舶需要，不足部分由轴带发电机提供。C.加力推进模式 当需要的推进功率大于主机功率时，轴带电机以电动机模式工作，所需电力来自于废热回收系统和/或柴油发电机组。D.应急推进模式 主机与螺旋桨轴脱开，船舶由轴带电机推进，由柴油发电机组供电。废热回收废热回收方案3配备动力透平、蒸汽轮机发电机组及轴带电动/发电机71热泵技术原理热泵技术热泵是一种将热量由低温热源输送到高温热源，从而实现对指定空间制冷和供热功能的能量综合利用系统，是一项节能的技术。热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，它是一台“泵”。夏季（制冷）：低温热源为房间，通过消耗能量E（电能、机械能或热能，家用空调为电能），将热量Q1搬运到室外；冬季（供热）：高温热源为房间，通过消耗能量E把低温热源（室外）的热量Q1搬运到室内。72功能空调所需的冷量

采暖所需的热量

卫生热水工艺生产的冷热量特点节能（花很小的代价，搬运几倍的能量）环保（无燃烧过程、无其他污染过程、零排放）效果

使用稳定可靠运行费用低热泵技术热泵技术原理73船舶空调原理图（以内河船为例）现有船用空调（热泵）状况热泵技术目前船上广泛采用水冷式冷水机组为船舶提供冷量，热量则通过锅炉提供的蒸汽来实现，冷热量供应为两套系统；水冷式冷水机组即为水源热泵技术的一种特殊应用形式，只是现有船用水源热泵系统只能实现制冷功能。74船用冷热全效热泵系统原理图冷热全效热泵技术原理热泵技术夏天，在提供空调制冷的同时，免费获取卫生热水。综合能效比大于7；冬季，从江水中取热，通过热泵做功，获取采暖热水和生活热水，输入1份电能，获取4份以上热能；夏季，较传统的冷水机组+蒸汽锅炉供热水系统相比，节能30%左右；冬季，热泵采暖+生活热水与燃油锅炉采暖+生活热水相比，节能50%以上。75以某邮轮为例，采用高效船用冷热全效热泵机组后，每年将：节约燃油247.88吨，折合为357吨标准煤/年；二氧化碳减排956.8吨；（其中：夏季运行135天，平均每天可以实现节油1048kg，冬季运行80天，平均每天节约1330kg燃油）节能效果热泵技术76传统方式夏季运行经济分析（冷水机组＋蒸汽）设备名称运行季节设备台数单台机组出力kW单台设备功率kW运行小时数用电量kWh折合耗油量kg冷水机组690夏季2640136.020.05440.01169.6江水泵180t/h夏季2

18.518.6686.4147.6循环水泵120t/h夏季2

30.024.01440.0309.6汽水换热器夏季1

20.0t/d

1040.0夏季一天小计

2666.8

注：装机容量按20小时满负荷运行计算，冷负荷为1280kW。夏季2台机组工作，1台备用。柴油机发电油耗为/kWh，蒸汽通过废气燃油组合锅炉提供。根据船员提供信息：废气与燃油比为1:2，相当于每吨蒸汽耗油量为标称值的2/3。热泵技术节能效果77冷热全效热泵机组夏季运行经济分析设备名称运行季节设备台数单台机组出力kW单台设备功率kW运行小时数用电量kWh折合耗油量kg冷热全效800MQII型1/2号机夏季单制冷2768.0126.010.82720.0584.8

制冷+卫生热水2591+800176.07.62686.5577.6空调循环水泵120t/h夏季2

30.024.01440.0309.6热水中间循环水泵160t/h夏季2

18.57.6282.460.7江水泵（空调用）160t/h夏季2

18.510.8399.485.9冷热全效800MQII型3号机夏季备用

夏季一天小计

1618.6注：夏季，2台冷热全效800MQII型机组供冷同时提供卫生热水；满足卫生热水需求后，运行单制冷工况。1台机组完全备用。热泵技术节能效果78传统方式冬季运行经济分析（蒸汽）设备名称运行季节设备台数单台机组出力kW单台设备功率kW运行小时数用电量kWh折合耗油量kg循环水泵120t/h冬季2

30.024.01440.0309.6汽水换热器1冬季1

20.0t/d

1248.0汽水换热器2冬季1

21.5t/d

1341.6冬季一天小计

2899.2注：装机容量按20小时满负荷运行计算，热负荷为750kW。冬季供热量大，主要靠燃油锅炉提供，废气燃油比例取为1:4。热泵技术节能效果79冷热全效热泵机组冬季运行经济分析设备名称运行季节设备台数单台机组出力kW单台设备功率kW运行小时数用电量kWh折合耗油量kg冷热全效800MQII型1/2号机冬季制热水2782.0175.07.812732.8587.5

冬季采暖1817.0159.00.00.00.0空调循环水泵120t/h冬季1

30.00.00.00.0热水中间循环水泵160t/h冬季2

15.07.81234.250.4江水泵（热水用）160t/h冬季2

18.57.81288.962.1冷热全效800MQII型3号机冬季1817.0162.018.362974.3639.5空调循环水泵120t/h冬季1

30.024.0720.0154.8江水泵（空调用）160t/h冬季1

18.518.36339.773.0冬季一天小计

1567.3

注：冬季1号和2号冷热全效800MQII型机组提供卫生热水，互为备用；3号机组提供采暖热水；根据热水需求情况，在非用水高峰时，2号机兼做3号机的备用。热泵技术节能效果80对比分析

耗油量kg/d与传统方式对比节油量节油比例方式夏季工况冬季工况夏季工况冬季工况夏季工况冬季工况冷水机组方式2666.82899.20.00.0

冷热全效热泵方式1618.61567.31048.21331.939.3%45.9%说明：1.夏季冷负荷为1280kW,冬季热负荷为750kW；卫生热水需量300吨/天，考虑瞬时用水高峰为500人同时洗浴；2.折算成每天满负荷20小时计算；3.柴油机发电耗油/kWh；4.蒸汽由废气燃油组合锅炉提供，规格为1t/h，燃油消耗为/h；考虑到航行过程废气可以提供部分蒸汽，根据船员提供的经验，夏季废气与燃油比为1:2；冬季废气与燃油比1:4。5.船用冷热全效热泵机组名义工况：夏季江水进出温度26/，冷冻水12/；冷热全效工况：热水温度45/，冷冻水12/；冬季制热工况：江水温度9/，热水40/；热泵技术节能效果81船舶岸电技术，即采用陆地电源对靠港船舶供电的技术。技术原理及意义 由于船用发电机效率不如岸电的发电效率高，且船舶在停泊状态，发电机所发出的功率不能完全被利用，有很多的浪费部分。使用岸电，则可以高效率地利用港口的岸上电能，减少船舶发电机工作时间，既节约燃油，又可以减少发电机的损耗。 使用岸电，可以减少污染物排放、减少船舶发电机组工作时间、降低燃油消耗，并且可以减少机舱震动噪声、减少机舱保养工作。规范、法规 船舶岸电技术已在船舶上普及。国际上最新推出高压岸电技术，CCS船级社已制定出船舶高压岸电规范，推出高压岸电上船附加符号AMPS，并根据规范对数条船舶进行审图发证。配套要求 需要在船上安装岸电配电板、电缆绞车、岸电插座，如为高压岸电，还需安装高压变压器等高压设备。电力系统优化船舶岸电技术