摘 要：现今，虽科技日新月异，但船舶在货物运输上仍占据较大比重，主要原因有二：运输经济性和低碳少污染性。因此，研究船舶耗能特点，寻求船舶节能措施，具有实用意义。本文在介绍主流节能船型的基础上，结合现有已交付环保型船舶及国际执行的船舶能效营运指数和设计指数，重点探索船舶耗能与节能主要方向。
关键词：船舶;能源消耗;节能
0 引言
水上交通中，船舶是重要运载工具，其耗能主要分三类：水面风阻力、水下水波阻力及船上生产生活消耗。近年来，国内航运业和船舶制造业发展迅猛，已成功跻身国际航运和造船大国。但从世界范围看，船舶市场走低趋势明显，因此，探索节能环保型船舶、增强传播节能管理、加速船舶转型和行业调整等措施是未来船舶发展的重头戏。
1 船舶能源消耗分布
查阅船舶模拟数据，可将燃料消耗量大致分为三类。
1.1 船舶燃料消耗量
通常来看，消耗燃料占比有固定值，主机、副机、燃料锅炉分别为75%、17%、8%。
由此可见，在船舶的燃料消耗上，主机的消耗最大，占到全船的3/4。所以对于大多数船舶来说，节约燃料消耗的重点是对主机的能耗进行改良。
目前来说，改良主机主要有两种方法：第一，改良主机运行状态，这种方法的核心是利用新技术对主机进行维护并优化主机燃料的利用率;第二，改良船舶线型，通过船体减阻、提高螺旋桨等技术，削弱正常要求下的主机输出功率，达到船机桨的最佳匹配状态。
实验显示，在这两种方法的共同作用下，能够较好达到船舶节能的目的。
1.2 能量最终流向
实际上，在船舶能耗中，并非所有能量都得到了较好的利用，有效功能量得到了很好的利用，但是无效功能量却并未有效利用。
（1）船舶有效功能量的消耗。研究表明，全部能量中用于推進船舶航行的能量仅占50%。所以针对主流船型而言，节能重点应放在提高主机推进效率和减少船舶阻力上，考虑到船舶中用电需求并不多，所以对电力节能的改造应放在次要位置。
此外，部分原油船需要加热，所以改进保温系统亦有成效。
（2）船舶无效功能量的消耗。无效功能量消耗有多种，包括热辐射、循环冷却、推进及排烟等多种方式，其中能量损失最多的是循环冷却损失和对外排烟，约占全部损失的一半。
当下，多数船舶采取的回收热能方式是余热锅炉的回收，这种方式在一定程度上可以减少能量的损失，对船舶能量利用提高效果显著。同时，考虑到螺旋桨推进做功的能量有一部分属于旋转尾流消耗的能量，所以采取新型高效的推进方式和改善尾流推进方式，对船舶整体效能的提高也十分有效。
1.3 清洁能源与新能源的船舶耗能分布
科技的进步不可避免的带来了一系列负面效应，比如能源短缺、气候变暖、大气污染等突出性问题。为了进一步营造绿色航运，避免问题朝不可控方向发展，船舶航运业对清洁能源和新能源的重视程度得到了有效的加深，比如对原油等化石能源使用量的控制以及太阳能、风能、LNG燃料的探索和利用。
当下，清洁能源与新能源的主要利用方式是全部或部分替代主副机充当船舶主电力源和主动力源。当然，新型能源也能为船上生活和机械运转提供用电，在减少燃料消耗的基础上能够直接达到有效利用能源的目的。
2 船舶节能重点方向
前已述及，解决好船舶节能问题的根本是充分了解船舶耗能设备、能源替代方向以及能量流向。为此，国际海事组织（IMO）分别从营运和设计建造2个方面规定了船舶能效设计指数（EEDI）和船舶能效营运指数（EEOI），目的是进一步引导船舶的节能减排。
2.1 船舶能效设计指数（EEOI）
船舶能效设计指数的研究意义在于降低船舶耗能和优化技术，其中能效指数的衡量标准是设计阶段CO2的排放量。目前来说，实现船舶节能主要分为三个方面：提高推进效率、减少船舶阻力以及回收利用余能。
（1）提高推进效率。此种方式的实现大致有两类：其一是借助新技术和日常维修来提升或维持主机的能源转换效率，从而保持主机良好的工作状态;其二是采用特殊能源，如双燃料及风能、太阳能等可再生能源。值得一提的是，以上方法已能应用于实践。例如，上海外高桥造船有限公司交付的“明远”号，它的柴油机节能环保且具有超长冲程，并且配置高效螺旋桨前置导轮装置;又如大连船舶重工的“新茂洋“号，采用的是是节能型主机、节能导轮、新型高效螺旋桨等先进技术。
（2）安装减阻装置。船舶消耗的能源中绝大部分的用处是抵抗阻力，包括航行、空气、兴波以及海水的摩擦阻力。其中设计减阻能力强的上层建筑和独特船型是减少空气阻力的有效方法，而海水摩擦阻力和兴波阻力的解决则主要依靠节能设备。目前来说，反馈效果良好的节能设备有两种，其一是“破浪板“的应用，即在船首吃水线上安装一种板状物的装置，使得波浪向船宽方向分流，从而达到改进波浪能量、减少波浪作用力的目的;其二是配备海底润滑装置，这种装置可以在船底和海水间形成一种气模。
（3）回收利用余能。余能指的是主机未消耗的热能以及推进过程中损失的动能，而回收利用余能，指的是通过一定的装置对未消耗和损失的能量进行再利用。目前来说，主要从三个方面进行余能的再利用。第一，回收船尾的伴流，即利用超级导流管和半圆形流管等补偿性导管把伴流转化为动力;第二，回收螺旋桨产生的回流，即采成对的反向旋转的螺旋桨，使得后一个螺旋桨能利用前一个螺旋桨损失的能量;第三，再利用主机排放的废气，即将废气进行回收，由增压器和涡轮机结合而成的涡轮发电机回收再发电。比如，沪东重机有限公司、上海中船三井造船柴油机有限公司发布7G60ME-C9.5 EGR BP船用低速机，采用了废气再循环技术并安装了ETB40电涡轮鼓风机。
（4）应用新能源。未来船舶节能的重点之一是对船舶主动力源或主电力源进行优化设计，目前可实施的方法是采用电力推进装置或是开发太阳能、风能、核能等新型能源。 一是电力推进，包括全电力驱动和全回转电力驱动，如武昌船舶重工集团有限公司开建的大型航标智能船和中船黄埔文冲船舶有限公司建造的自航耙吸式挖泥船采用的是全电力驱动;而天津新港船舶重工有限责任公司建造的医院船采用的是全回转电力驱动。
二是太阳能推进，将太阳能作为重要的辅助动力甚至是主动力，比较成功的是2006年瑞士的“太阳能21号”，这是一艘全太阳能动力船。
三是风能推进，即将风能改进成直接推动或辅助推动船舶前进的能源，如配备风帆装置的“凯力”号原油船和装有甲板风动节能装置的“AFROS”号散货船，这两种船型均来自国内，前者的设计单位是大连船舶重工集团有限公司，后者的设计单位为江苏海通海洋工程装备有限公司。
四是核动力推进，当下，核动力推进装置已在民船中取得进展，如中国船舶重工集团有限公司的核动力疏浚船和综合保障船。
2.2 船舶能效营运指数（EEOI）
船舶能效营运指数代表的是CO2量和载货量的比值关系，这里的CO2量特指船舶企业运输中消耗燃料产生的CO2量。
EEOI的排放值包括航行期间的排放值及船舶在港停泊期间的排放值，排放主体包括主副机、锅炉等设备的排放，其与航行距离和载货量也有着密切的关系。
一般来说，主要从两方面来控制EEOI：一是采取增强船舶总能系统效率、优化船舶航线和控制主辅机和过路的燃油消耗量等方法;二是采用清洁能源、实行科学管理和加强计量统计。
（1）优化计量统计。此种方法指的是在符合相关标准和能耗需要的情况下，在重要用能设备上增设必要的计量器具，对整个过程的能量输出量和实际能源消耗量进行精准的统计，从而为可靠的能量分析提供科学有效的数据。
（2）实施严格节能考核。推行严格节能考核的目的是提高员工的节约意识、增强操作技能，即在全面绩效考核的基础上提高能源利用效率，其采取的方法是对能源消耗指标进行分解，进而建立完善的能源检测管理体系。
（3）建立能效管理系统。通过定时定期的收集能耗参数来建立油耗的动态指标，然后在同航线燃油消耗的对比下选择出最优异的船舶能效管理系统。
（4）采用清洁能源。在船舶停泊和航行的过程中尽可能多的进行风帆助航、风力发电、太阳能发电及采用氢储能技术，最大限度地减少船舶的一次能源消耗;在船舶停港作业时，利用岸电进行生产作业而后生活保障。
3 结语
当下，在环境和企业生存的双重制约下，船舶节能减排及船舶建造、航运企业的高质量发展势在必行。無数事实告诉我们，船舶节能既要重视船舶营运，也要重视船舶设计;船舶节能既要注重技能管理，也要增进技术水平。
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