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“节能减排”是发展船舶工业的重要一环

“节能减排”是发展船舶工业的重要一环

    推进船舶节能减排,降低能源消耗,减少污染排放,对促进渔业可持续发展具有十分重要的意义。各地渔业主管部门积极在船舶、养殖、加工等领域开展节油、节水、降耗、减排等工作,取得了显著的成效,积累了大量的经验,为今后进一步开展节能减排工作打下了良好的基础。

    远洋捕捞渔船能耗高的原因

    渔船材质落后我国海洋捕捞的中小型渔船中木质渔船占80%左右,钢质渔船不超过18%,节能效果比较好的玻璃钢渔船不到2%。

    船、机、网具不匹配我国现有作业渔船的船型,大多数是在20世纪70年代~80年代研发的,已陈旧落后。

    节能型渔具材料的研发和应用不够自20世纪60年代开始,合成纤维逐渐应用于我国海洋捕捞渔具的制造,被称为世界渔业史上的一次重大技术革命。但随着科学技术的发展,特别是高分子新型材料研发的深入,各种复合型高强度材料、功能性材料不断问世,如果把这些新材料应用于渔业生产,其渔用性能将明显优于第一代合成纤维。

    捕捞技术落后、新技术应用研究不够拖网、围网、钓捕是我国海洋捕捞最主要的作业方式。但在这几种作业上,由于技术落后和对新技术应用研究不够,能耗远高于发达国家和地区。

    降低能耗的措施和建议

    从船型上节能减排随着当今计算机技术的日新月异以及系统工程学和工程经济学的不断发展,为渔船船型参数、技术指标优化和整个船队技术经济论证的工程适用性提供了保障。

    (1)设置合理的球鼻艏。球鼻艏产生的波系与船体波系形成有利干扰,合成波的波高降低,兴波阻力下降。渔船傅汝德数基本界于0.25~0.35,属中高速船范围,设置线型合理的球鼻艏能够大大降低渔船剩余阻力。球鼻船艏的减阻效果与航速有关,只有航速大于某一值(界限速度)时,球鼻艏才会呈现降阻效果,一般球鼻船艏的界限速度傅汝德数为(0.644~0.641)Cb(Cb为方型系数)。

    (2)球艉船型。球艉产生的波系与船尾波系反相等幅,可降低尾波波高,改善尾流,使伴流分布均匀,从而减少阻力并提高推进效率。通过理论和试验研究,在大多数情况下,球艉型线的推进因子较常规型线有所改善,推力减额分数下降,伴流分数增大,使船身效率提高4%~10%,同时球艉下螺旋桨相对旋转效率也有所上升。

    (3)水动力节能附体装置。主要有前置导管(又称进流补偿导管)、适伴流导管、舵球鳍(又称导流罩推力鳍组合装置)、桨毂帽鳍、桨前扇形整流鳍、整流隔板、不对称船尾线型。节能附体的功能是改善螺旋桨的进流,使桨之进流更均匀,减少或消除船尾(或桨毂帽后部)的水流分离,产生附加推力(各种导管和某些鳍),使桨的进流预旋,把螺旋桨尾流中损失的旋转能量转化为推进力。通过调查分析,合理设置附体装置可节能5%~8%。

    从能源上节能减排目前的新能源指的是风能、太阳能、生物质能、海洋能、核能,燃料电池及LNG燃料船。

    世界第一艘燃料电池潜艇于2003年4月在德国基尔港下水,它就是“世界范围内最先进的常规动力潜艇”。它采用混合动力系统,即燃料电池动力系统和柴-电动力系统混合使用。该系统的燃料电池由9组PEMFC燃料电池构成,尺寸小,无腐蚀,功率密度大,使用寿命长。每组燃料电池的输出功率为34千瓦。由于它基本不向艇外排放废物,尾流特征也很小,能超安静运行,其声信号特征比柴-电推进装置低。

    由上海船舶工业行业协会牵头,上海船舶行业联合发展有限公司、交通部上海船舶运输科学研究所等联合开发的符合中国船级社编制的规范要求的船艇用液化气燃料的(LPG)绿色发动机系统已开发成功。该系充包括控制、监测、报警系统和气瓶等,是绿色环保型船艇动力的最佳选择。由711研究负责设计的漓江绿色环保游览船“安顺1号”为国内第一艘大型LPG绿色环保游艇,运行至今已取得良好的经济、社会和环保效益。

    不过,目前我国的燃料电池研发课题主要集中在电动汽车方面,当燃料电池普及到轿车时,燃料电池船用化的时间也就到了。届时,船舶电源的选择将发生两个变化:(1)替代铅酸蓄电池。尤其是在高速船上,选用燃料电池用作主机的起动电源、应急电源及无线电的专用电源。(2)替代船舶辅机。船舶电站将不再选用辅机带动发电机,船舶辅机舱将变得非常清洁而且很安静,这将是船舶电站的一次实质性的变革。

    另外,南通中远川崎工程有限公司积极响应中远集团节约能源的号召,首先对原有项目进行节能改造:淘汰锅炉、采用集中供热。蒸汽成本仅燃油一项就高达463元/立方米,而外购过热蒸汽成本仅136元/立方米,按公司2006年度饱和蒸汽使用量计算,年可节支426万元。目前,二期工程正在进行锅炉淘汰,集中供热改造工程,总耗资约20万元。因此,一年就可收回投资并长久受益。从环境效益来看,燃油锅炉产生二氧化碳和二氧化硫,其中二氧化碳是温室气体,二氧化硫是空气质量主要破坏者,采用集中供热以后,这些燃烧废气都不需要排放,环境质量将得到改善。

    应用新型涂料

    与传统的船舶涂料不同,新型船舶涂料努力降低甚至消除其中的有害物质,力求将对人和环境的危害降低到最少,为此,无公害、资源节约型涂料等成为涂料发展的重要方向。目前,正在逐步推广应用的绿色技术船舶涂料主要有有机硅低表面能防污涂料、水性涂料、厚浆型涂料、通用底漆。

    有机硅低表面能防污涂料有机硅低表面能防污涂料(污染释放型涂料)是利用有机硅树脂形成平滑、有弹性、张力小的涂料表面,弱化海生物分泌物的粘附力、降低海生物粘附的能力,使海生物难以在船外板立足。它的优点包括:

    1.无毒。由于低表面能防污涂料的作用机理没有化学因素,它不含任何毒料,如氧化亚铜、有机锡或其他杀虫剂,不受当前国际环境法规和公约的限制,是目前环境最友好型涂料之一。

    2.自抛光。低表面能防污涂料不粘海生物,或者在粘污后可以很容易自动清洗,始终保持船舶航运时船底表面的平滑性。由于“抛光”需要有一定的作业力,所以使用低表面能防污涂料的船舶,最好有中等到较高的航速和营运率。

    3.节能。自抛光防污漆是在上世纪70年代因能源危机而出现的高效节能防污漆。实践证明,低表面能防污涂料比自抛光防污漆的节能效果更加显著,平均提高1%或以上。

    4.有机溶剂含量(VOC)低。低表面能防污涂料的面漆一般固体体积都在70%左右,VOC很低,对施工人员和环境负面影响较少。

    5.保护期长。低表面能防污涂料一般都是5年有效期。5年以后,由于漆膜表面或系统会有一定的损伤需要修补,同时由于有机硅的微量转移和流失,漆膜的表面能升高,使自动清洗的功能下降。因此,需要重新施涂一道新的低表面能防污涂料,又可以有5年的有效期。

    无(或低)VOC涂料传统的船舶防护和装饰用涂料多以溶剂型树脂为基料,有机溶剂所占比例很大,一般超过40%,并且在施工中还要加人5%~10%的有机溶剂稀释这些有机溶剂在涂料施工、干燥过程中挥发出来,造成资源浪费和环境污染,危害作业人员健康,并产生火灾隐患。因此,减少和控制涂料中VOC的释放,发展和推广低VOC甚至零VOC的环保型涂料是大势所趋。

    水性涂料用树脂是通过在树脂分子链中引入胺基、梭基、轻基、氨基、醚基酞胺基等,形成能水溶或增溶分散于水中或自乳化的树脂或外加乳剂乳化液聚合,对树脂强制乳化形成水分散乳液,以达到水性化。水性涂料由于用水替代有机溶剂,不仅大大降低涂料AOC含量,减轻环境和人体健康的影响、消除了火灾隐患,而且减少了石化资源的消耗、降低了涂料使用成本。与溶剂型涂料相比,水性涂料有以下特点:

    1.以水作溶剂,节省大量资源,消除了施工时火灾隐患。

    2.降低了对环境的污染,改善了作业环境条件。

    3.在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工。

    4.涂装工具可用水清洗,大大减少清洗溶剂的消耗。

    船舶各个部位由于所接触的腐蚀介质不同,所处的腐蚀环境也不一样,通过应用综合防锈性能的底漆,使涂层适用于各种腐蚀的环境条件和施工的工艺方法,并且与各个部位相应的面漆兼溶,从而减少船舶涂料的品种,减少涂料施工中因更换品种而清洗设备所用清洗剂的消耗,减少有机溶剂的使用量和有机废料的产生,减少工序的资源消耗,降低了涂装成本,提高了造船生产效率。

    目前涂料使用情况合理选择涂料,尽可能降低船舶涂料的毒性和危险性,是实现绿色涂装的基础,在油漆配套方案设计制作中,目前实现了三个绿色功能:

    1.用长效型硅酸锌车间底漆,减少分段制作期间的锈蚀。

    2.不采用含有致癌物质的沥青、对环境造成严重污染的氯化橡胶、有机锡共聚物等为基料的涂料。

    3.采用通用厚浆型环氧底漆,减少涂料品种,简化涂装配套,同时也简化工序,提出高工时效率。

    改善燃烧状况

    燃油磁化在主机燃油系统中装上永久磁钢做成的节油减烟器,可对喷射前的燃油进行磁化,产生利于燃油雾化和燃烧的作用,达到节油减烟之目的。经生产实践,这种磁化技术对轻、重柴油均适用,减烟效果良好,并可节油1.5%~3%。

    燃油乳化燃油乳化技术是将柴油、水和乳化剂按一定比例混合,并借助于外力搅拌形成油包水的乳化油微粒。台架试验结果表明,当掺水率在15%~20%之间,在70%~90%的额定工况时的节油效果较明显,约节油2%~3%,并降低排温和烟度;但对于额定工况或超负荷时主机的动力性差,即表现为功率不足。

    进气喷水将合适的水量从柴油机的进气口喷入,并随空气一起进入气缸,可促进燃油的雾化和改善燃烧状况,起到节油减烟之目的。此技术经过3000小时的实船耐久性试验结果表明,可提高增压器的工作效率,保证机器具有长期的良好动力性,并取得了节油2.7%的效果,同时不影响机器的使用寿命。为了简化控制系统(如手动控制),在使用中应选用一种合适的喷水量,仅对处于高负荷区运行的柴油机进行喷水;还可选用另一种合适喷水量专为机器超负荷之用。系统水量控制只有两种,选择何种水量可视机器的工况(如参照油门、排温)而定。柴油机在低负荷(低于50%额定工况)时,就不用此技术。(来源:中国渔业报)

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