船舶节能技术：“空气润滑系统”节能4～8

船舶节能技术：“空气润滑系统”节能4～8％

(2014-03-11)

随着国际性燃效标准的实施，高效节能的环保船舶的开发一片繁荣景象。在原油价格暴涨的背景下，许多节能技术如今都已经变得经济划算。

受到国际性燃效规制和原油暴涨的影响，配备革命性节能技术的船舶接连投入了实用。

在新兴市场国家经济发展等因素的带动下，海上运输量正在逐年递增。国际海运的CO2排放量约占世界总量的3%。相当于德国全国的排放量。

在这样的情况下，国际海事组织(IMO)于2011年对旨在防止海洋污染的《国际防止船舶造成污染公约》进行了部分修正，出台了世界上第一个针对船舶的国际燃效标准。该标准的约束对象是国际航运船舶，已于2013年1月生效。

标准以1999～2008年建造的船舶的单位重量距离(吨海里)的CO2排放量平均值为基准。要求2013年1月以后签约建造的船舶不得低于该基准。基准不仅分阶段逐步强化，还要求现有船舶制定节能航运计划。

国际海运的CO2因为难以界定排放的国家，一直在《京都议定书》的适用范围之外。上述标准的出台意味着船舶终于有了正式的排放限制标准。

而且，原油价格暴涨也推动了节能技术的开发。船舶的燃料––C重油在10多年前还是每吨100美元左右，现在已经达到了600～700美元。日本海上技术安全研究所理事千田哲也说：“过去因成本限制而见不到天日的节能技术终于也变得划算了”。

利用气泡减少摩擦

日本船舶海洋工学会每年都会评选出“年度船舶”，以表彰具有革新的性的船舶。2013年，大岛造船所为日本邮船建造的运煤船“双洋”荣获了这一奖项。

大岛造船所建造的日本邮船的运煤船“双洋”(左)通过采用空气润滑系统(上)，节约了4～8%的能源。

双洋配备了最新的节能设备“空气润滑系统”：其可通过从船底吹送空气，减少船体与水的摩擦阻力，从而降低燃料消耗。由此可使CO2的排放量减少4～8%。

但是，从船底吹送空气的鼓风机需要消耗电能。而且，装载的货物越多，吃水(水下部分的深度)越深，船底受到的水压越大，吹送空气时消耗的能量也就越多。在某些情况下甚至可能抵消节能效果。

为此，双洋在全世界率先采用了“扫气旁路”。扫气是指因发动机的功率提高，其增压器(涡轮增压器)要向发动机输出压缩空气。近年来，随着增压器性能的提升，扫气有了余量。而把余量扫气转用于空气润滑，就可以减少鼓风机的使用，从而大幅节约能源。

减风阻居住区(左，前方)与老式居住区(左，后方)。三井造船的Power Assist Sail(右)根据船舶的大小改变船帆的数量。

船舶航行时受到海浪、海风等各种阻力。一般认为，其中船体与海水的摩擦阻力占到了50～80%。作为减少这种摩擦的技术，新的船底涂料也在开发之中。

防止藤壶等生物附着的防污涂料、通过使船体表面变得光滑以减少摩擦的低摩擦涂料已经投入了实用。把这样的涂料涂抹在船底，可以收到数个百分点的节能效果。

前面提到的千田还表示，新型低摩擦涂料也在开发之中，预计将于几年后投入实用。船舶航行时，与船体接触的海水会卷起微小漩涡。这就是造成摩擦阻力的原因。而使用新型涂料后，高分子(聚合物)会一点点溶解在海水中，可减少漩涡的产生，平稳水流。使用模型的实验显示，摩擦可减少近20%。

利用风力辅助航行

另一方面，活用自然能源的技术也得到了实用化。其代表便是三井造船于2013年完成的“Power Assist Sail(船帆)”。

这项技术是利用设置在甲板上的长20米、宽10米的铝制可动帆捕捉风力以补充推动力。可自动根据风向和风速调整帆的角度，有望收到2～5%的节能效果。在遭遇暴风雨和无风的时候，帆可以折叠收起，像普通的船舶一样航行。而且，帆还可以在现有船舶上增设。如果在大型油轮上设置5～6张帆，可节能2%，那么，通过减少燃料费，大约5年即有望收回投资。

风会成为推动力的作用，也有可能成为阻力。为了达到减少风阻的目的，Japan Marine United(JMU)对2013年8月建成的新一代节能散货船“Cape Green”反复开展风洞实验和计算机模拟，对船尾居住区的形状进行了细致的调整。成功使正面的风阻减少20～30%，节能约2.5%。

Cape Green还配备了能够彻底消耗燃料热能的新型驱动系统。主发动机工作时会产生高温气体。这些气体将运送到内置发电机的“混合增压器”。利用气体的能量驱动增压器，然后把剩余的能量用来发电。而且，在通过增压器后，气体还要输送到锅炉制备蒸气。带动涡轮旋转，再次进行发电。通过利用生产的电能驱动马达，辅助发动机的动力，大约可以节约5%的能源。

在过去，利用废热制备蒸气重新用于发电的“复合发电”只有最先进的火力发电站才会采用。而现如今，如此高端的技术也应用到了最新的环保船舶之中。

遵循SOx、NOx规定

另一方面，把燃料从过去的重油改换为液化天然气(LNG)的尝试也已经展开。使用LNG可以减少20～30%的CO2、约80%的氮氧化物(NOx)，并完全杜绝硫氧化物(SOx)。

日本邮船在2013年12月决定建造LNG燃料船。发动机的开发已经结束，船舶将争取在2015财年内建成。除了LNG运输船之外，这将是日本第一艘以LNG为燃料的船舶。

《国际防止船舶造成污染公约》除CO2之外，还加入了强化NOx、SOx标准的内容。尤其是对于SOx，《公约》要求最早在2020年，就要使燃油的含硫量从现在的3.5%大幅减少到0.5%。如果在居高不下的原油价格的基础上还要再叠加脱硫成本，LNG在成本上或许也将占据优势。

然而，拥有向船舶供应LNG的设备的港口仅存在于北欧等部分地区。要想达到实用化，还需要完善加气燃料基础设施。

活用大数据

除了船体等硬件，软件领域也出现了推动节能的动向。

日本邮船旗下的MTI的船舶情报组长安藤英幸说：“在实际航行中，相同性能的船舶航行在同一航线中，燃效却能相差30%。如果以天气、海流、船舶航运情况等庞大的信息为依据，计算出最佳的航线和驾驶方法，并通知船舶，就能大幅减少燃料的消耗量。”

以天气、海流、船舶航运状态等庞大的信息为依据，计算出最佳航线和驾驶方法，向船舶下达指示

过去，在陆上开展船舶航运管理的操作员只是通过一天一封的邮件和传真，定时了解航运情况。但最近两年左右，利用卫星使船舶与陆地保持宽带通信连接成为了可能。

陆上可以实时掌握发动机的转数和负荷、船速、燃料消耗量、船体摇摆、波浪和海流的测量值等船舶的航运数据。而船舶也可以得到航线的天气和海流的最新数据。二者通过共享信息，可以制定出安全而且浪费最少的航运计划。

三菱重工与NEC也于2013年11月宣布，将活用汇集大量数据的“大数据”，合作开发旨在实现节能航运的系统。

日本邮船力争在2015财年内建成的LNG燃料拖轮(帮助大型船进出港的小型船舶)

作为曾经的世界第一造船大国，日本在船舶建造量上已经败给中韩，现在屈居第三。然而，环境监管的强化和原油涨价等因素或许会给日本带来反击的机会。因为现如今，把节能技术作为强力武器的条件已经齐备。

来源：日经技术在线