高能效船舶时代已来临
【编者按】当前，船舶燃油价格居高不下，与环保相关的海事规范不断增加且日趋严格，这在低迷的市况下为航运企业带来了更大的成本压力，并对整个市场竞争格局产生了深刻影响。我们常常看到这样一幅场景——船厂在争夺客户，船东在争取融资和租船合同，营运商在试图提高盈利水平。
此时，提升船舶能源效率和降低排放的重要性已被摆在了首要的位置。2013年，韩国现代重工将为中海集装箱运输股份有限公司建造5艘18400TEU集装箱船，这些迄今最大的集装箱船的另一引人注目之处便是其独特的节能减排表现。据悉，该船的单位燃耗有望降低20~30%，单位成本也会相应地大幅下降。这无疑是市场青睐于高能效船舶（ECO）的一个缩影
。
德国劳氏船级社（GL）在今年6月举行的挪威海事展上宣布说，建造和运营高能效船舶的趋势将不可逆转。不过，摆在船东、船厂和船舶设计公司面前的一个问题显然就是：如何才能获得高能效的ECO船舶？
新造船阶段
在船舶设计阶段就以节能减排作为一个重点目标进行设计，这无疑是一个事半功倍的方法。这要求在船舶的概念设计阶段就聚焦于船舶的实际运营工况，以及型宽的增加和装载能力的强化。然后，再采取一系列措施对船舶设计进行优化。目前，船舶设计专家主要采用的优化手段包括改善船舶线型，降低阻力并使之与推进效率有效配合；安装节能装置，提升推进效率；改善船上系统实现节能；使用新一代超长冲程主机，提高燃油效率；有效利用船舶废热回收系统；降低船舶的设计航速等。
的确，方法众多，如单一使用，都会产生效果，但关键是如何让这些方法协调配合，并生成综合最优的设计从而实现节能效果的最大化，这的确是一个不小的挑战。所幸的是，现代IT技术的发展和计算能力的强化提升了船舶设计优化工作的效率，并降低了相关的时间成本和资金投入。例如，市场上流行的FutureShip公司提供的ECO-Solutions服务就能将各种设计分析独特地结合起来，并在设计优化过程中生成大约2万种不同的船体设计方案，然后再以先进的计算流体动力学的方法对这些方案进行数值评估，最终得出适合所需运营工况的最优线型。ECO船舶比现有营运船只具有强大的节能优势，这在GL全球范围内完成的一些集装箱船优化项目中已获证明。经过充分的优化，节能效果在整个运营速度区间都会很稳定。而且，即便不计现有营运船的资本成本，新优化的设计仍然具有成本优势。这意味着ECO集装箱船能带来充分的收益，从而支持人们越过市场供需平衡去订购新船。
另外，还有些方法也是着眼于如何降低船舶的水阻力。比如特种油漆的使用，以减少摩擦阻力实现节能。还有一个新概念就是通过船底发生空气泡来减少船体的浸水面积从而达到减少阻力的效果，不过这种概念还在试验验证过程之中。当然，我们不可不提的是液化天然气（LNG）替代重燃料油的使用。减少硫氧化物、氮氧化物和颗粒物质的排放，尤其是二氧化碳的排放等目标让LNG成为一个具有吸引力的燃料选择，特别是在排放控制区。目前，一些LNG动力船舶的设计已经获得了有关船级社的原理审批。例如，现代重工联合船舶公司（IHIMU）的13000TEU集装箱船，TECHNOLOG 公司的一系列小型集装箱船及其LNG液罐系统都已获得了GL的原理审批证书。另外，GL进行的多个项目也对LNG技术在船上的使用，燃料安全添加规范和技术要求，燃料供应和港口作业，以及LNG用作船舶燃料的经济和生态效益进行了验证。GL研究及规范开发负责人皮尔·山姆士 （Pierre C. Sames）博士指出，实现LNG广泛应用于航运业的关键之一是为港口的燃气添加开发一个规范框架。作为“清洁的北海航运”项目的一部分，GL进行了LNG燃料添加船港口作业的安全评估， 并对LNG输送安全、燃料添加站和相关系统的兼容做了研究。此外，GL还代表德国交通部承担了一项研究工作，为港口制定安全指南草案。
营运船阶段
有关资料表明，最新的造船与3~5年前建造的船舶相比，其能耗要低20~30%，这让船东们在市场上不断搜寻保持营运船竞争力的解决方案。“改装技术为船龄相对较低的营运船提供了一个机会，以保持其租赁活跃度及经济方面对船东和运营商的吸引力。”GL全球船型总监简·奥尔夫（Jan-Olaf Probst）说。“这些高效节能的技术不仅有助于盈利，也会对整个航运业的生态效应产生积极影响。”
提高营运船的能效主要有技术、运营和管理三方面的解决方案。在技术方面，大约有三十多种改装措施，可归为线型和上层建筑、螺旋桨和舵、主机和辅机、支持系统、船上耗能系统、运能提升等类别。实现潜在的成本节约，往往是根据船舶的运营工况进行改装，而非根据其设计工况。例如，可以安装或更换附体，如前置旋流装置或导管，以及桨毂帽鳍和带球鼻舵。还可采用改良设计的球鼻艏，以减少船舶阻力，仅这一改装措施即可节约3~6%的燃料。而且，还可以使用高效螺旋桨，并改装主机降速航行，从而降低燃料消耗和排放。另外，也可考虑将船舶改装成使用双燃料航行，这能为船舶在排放控制区域（ECA）运营带来巨大的经济效益。“Bit Viking”号是世界上第一艘改装使用LNG燃料的营运船，其表现符合预期，现已重新投入商业运营。在采用这些改装措施时，计算流体动力学分析同样会发挥重要作用，例如，该技术能对船体与装置的相互作用进行评估，也可以用来分析和优化船首的形状。
为优化线型、主机、推进系统以及支持系统而采取的措施可很快收回投资。目前，燃油费用是航运公司最大的单一成本，约为30~60%，具体取决于船舶类别和运营速度，而且这一成本压力还会上升。此外，通过采取运营和管理方面的措施，也可以降低燃油成本。而且，相关投入小，投资回报期比较短。这主要涉及航海作业、船体和推进系统维护、主辅机和船上系统维护、耗能耗电设备维护管理等。例如，可以加强对船员的指导和培训，使其能根据实际的航行作业和天气状况调整船上电气设备的使用，从而降低电力及燃油消耗，还可以根据风力和水流等环境情况优化航线，从而降低燃料消耗。
如不计低速航行所实现的能耗降低，仅采用运营和管理方面的措施，可将能源消耗降低5%~10%。在这方面，一些软件决策工具发挥着重要的作用，ECO-Assistant就是其中之一。ECO-Assistant作为一种纵倾优化软件，日益受到市场的关注和欢迎，因为借助该工具不对船舶做任何改动，也能轻松有效地实现节能减排。纵倾是影响船舶营运中能源效率的主要因素之一。通过输入几个简单的营运参数，如航速、排水量和水深，ECO-Assistant就能计算出特定船舶的最佳纵倾角度，该软件一经安装，即刻就能实现燃油消耗的降低和二氧化碳减排。实际运营证明，ECO-Assistant的节能减排效果明显，为降低船队运营成本提供了一个行之有效的工具，并有助于航运业降低燃油消耗和提升行业的环保表现。例如，中海集运曾在一艘14000TEU集装箱船上安装了ECO-Assistant，并进行了一次全航程测试，结果表明其降低燃油消耗的幅度达到了8.2%。目前，该公司已在该系列的8艘船上安装了ECO-Assistant，接下来还准备将其推广到另外8艘9600TEU的集装箱船上。而且，该系统还可应用于其他各类船型，如多用途船、散货船等。
尽管所有改装技术实质上都是为人所知并获得公认的，但营运船改装的进程远慢于人们的期望。阻碍其实施的重要因素被认为是船东缺乏信息、信心和投资动力。缺乏改装专业知识意味着航运公司在大量现有的可选方案面前，会很难识别出最佳的方案。而且，也未能以专业方式对单一改装方案的经济性进行评估。“这些阻碍可通过提升海事业的职业化加以克服。”奥尔夫先生说，“航运公司、技术顾问、信誉良好的方案提供方和验证节能效果的机构之间建立合作将会大有可为。”
毫无疑问，能源效率已成为决定航运企业未来竞争力的关键因素之一。“我们相信，ECO船舶已是今天和未来的标准，我们以后将看不到在油耗和环保方面设计不佳的船舶。” GL海事解决方案高级执行副总裁阿尔伯特·盖尔（Albrecht GrellO）说道。
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