新型能源在船舶中的应用

第12卷第10期中国水运Vol.12No.102012年10月ChinaWaterTransportOctober2012 收稿日期：2012-05-20作者简介：何建海（1974-）男，海事大学商船学院，博士生，研究方向为船舶动力装置与仿真技术。新型能源在船舶中的应用摘要：文中通过对船舶新型能源的种类及目前使用情况做一介绍，指出其应用的实际状况，特别是LNG燃料的应用，提出并展望其未来的研究发展方向。关键词：新能源；船舶；风能；太阳能；LNG燃料中图分类号：U665文献标识码：A文章编号：1006-7973（2012）10-0076-02一、引言随着石油资源的枯竭以及与日俱增的石油需求，同时新的能源生产供应体系又不能及时建立及满足航运、交通运输、金融、工商等方面的需求，因而造成的一系列能源危机。根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，能源问题已成为全球性问题。在航运业这个问题尤为突出，目前船舶主要靠船舶柴油机提供动力，柴油机消耗的石油能源占非常大的部分。同时，应对全球气候变暖，船舶减排刻不容缓，建造节能环保型船舶已经成为趋势。要确保航运事业的可持续发展，新能源的开发已势在必行，目前美国、加拿大、日本、欧盟等都在积极开发如太阳能、风能等可再生新能源，或者将注意力转向LNG及生物燃料等，并以核能清洁燃料来替代矿物成分的燃料，另外可燃冰这种未来新能源储量非常惊人，迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明“可燃冰”已相当于全球传统化石能源储量的两倍以上，其中海底可燃冰的储量够人类使用1,000年。这些都是需要大力研究利用的方向。本文主要国内外新能源船舶技术的现状及进展。二、船舶新能源的应用状况及展望以风能作为动力的使用由来已久，我国古代就是利用风帆作为动力来驱动船舶。但由于受风帆使用及自身的一些限制，如稳性太差、操作繁琐、方向不易控制、碰到恶劣天气，给船舶的安全性带来严重隐患、占用面积空间过大，给货物装卸带来不便以及相对大型船只其功率仍不够等方面的限制，现代船舶很少再用风帆作为动力来驱动船舶。但是随着现代控制技术的进一步发展，传统风帆船技术的的一些缺点有望逐步得到改善和部分克服。比如研发自适应型可调可倒可收的风帆，当风向风力稳定进在预期范围时，风帆升起，而风向风力不利时，则放倒。目前日本的研究已经展开，并在1980年8月，日本建成世界上第一艘现代风帆油船—1,600dwt的“新爱德丸”号。后来又制造了10艘沿海现代风帆船和1艘远洋现代风帆船投入营，其中最大的为26,000dwt。研究表明，风帆助航技术的应用可以降低燃油消耗，提高船舶的环保特性。目前，现代船舶主要以柴油机为主动力风帆为辅动力，在实际航行中根据天气的情况利用风能给船舶提供一定的动力，从而减少柴油机燃油的消耗，带来节能减排的效果。太阳能是取之不尽的可再生能源，目前在民用方面已经比较成熟，如太阳能发电装置，太阳能热水器等，但是在船用方面也受一些条件的限制，使用不是很多，主要原因是光电转化效率低，需要的太阳能板比较多，受太阳光的限制，光照效率低无法提供大功率的动力来驱动船舶，太阳能板造价比较高等，不过作为补充能源或者一些特殊船舶来说，还是有很大的潜力。当前最大的太阳能船是瑞士的PlanetSolar号，它是第一艘单靠太阳能环游世界的船，它向人们展示现时的太阳能技术其实是可靠并有效率的并借此促进可再生能源的研究与运用。另外还有就是风帆与太阳能的结合运用。目前日本福冈的生态船舶动力公司（EMP）正同一些开发合作伙伴合作开发水瓶座系统风能和太阳能帆板。这种帆板将用来收集风能和太阳能，然后用来为船舶提供动力，以便减少燃油耗和温室气体排放。中远集团为推行海运环保概念，最近与澳洲环保航海科技公司SolarSailor合作，计划在旗下船队选出散货与油轮各一艘船，安装由澳洲研制的太阳能风帆，希望能够借此有效降低航运业界燃料成本和污染物排放。这是迄今为止，所知全球首家航运集团计划安装这种具备新概念的节能环保产品。这也为这两种新能源的组合运用提供很好的尝试。生物燃料作为未来替代柴油的再生能源，是植物油与甲醇进行酯交换制造的脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料，也称之为“再生燃油”。制造生物柴油的途径主要有三条：一是利用食用油生产生物柴油；二是利用甘蔗渣发酵生产柴油；三是利用“工程微藻”生产柴油。目前，美国能源部和军方正在大力发展生物柴油，种植夏威夷坚果和向日葵等农作物来加工生物柴油，甚至食堂的烹调油等地沟油都可以用来加工成生物燃油。美国第一艘生物燃料军用轮船“保罗·H·福斯特号”驱逐舰目前已经投入使用。国际上对生物柴油的开发形势看好，许多国家都大力发展这种新型再生能源。日本三井造船和加拿大DynamotiveEnergySystems公司已签署谅解备忘录，成为合作伙伴，共同进行测试、研发和市场推广，将生物油应    第10期                               何建海等：新型能源在船舶中的应用                               77  用于低速、中速柴油发动机。核能作为一种动力能源，其产生的能量是巨大的，核动力装置早已经被应用于潜艇和航空母舰等军用舰船，其优越性相当明显。但是由于担心放射性物质污染航道、港口和城市环境，许多港口不愿接受这种核动力船舶的进出，特别是国际上乌克兰及日本核泄露的影响更让人对此无法接受。所以目前来说民用船舶除了一些特殊的船舶如破冰船外，很少考虑使用核动力。不过随着核技术的越来越成熟，相信民用商船会加大使用范围的。液化天然气（LNG）作为一种清洁且高效的船舶燃料目前已经被越来越多大型船企和船东所关注，并且有不少船舶已经开始使用这种燃料。与其他船用燃料相比，LNG燃料最主要的优点是对环境的影响较小，排放量最小。据了解，采用LNG燃料可以减少10%~20%的CO2排放量，90%的NOX排放量，100%的硫化物和颗粒物排放。目前，建造最多的LNG燃料船舶是渡船，其中包括车/客渡船、滚装船、客滚船等，因为这些船舶多属于短途沿海航行，对LNG储气罐大小的要求较低。但是随着LNG项目在全球的大量建造，许多大型的港口给LNG远洋船提供能源将逐步成为可能，这就推动了其它LNG燃料船型的建设。由于LNG储气罐容积较大，船舶的补给将通过驳船或者小型LNG运输船完成。韩日造船企业目前也在积极准备LNG燃料船舶的开发。其中，三菱重工是多艘LNG燃料船舶主机的供应商，日本商船三井于2009年公布了采用LNG燃料的“ISHIN-II”号环保渡船的设计构想，大宇造船与海洋公司目前正在开发采用LNG燃料的大型集装箱船，该公司与MAN公司正在共同开发应用于14,000TEU集装箱船的ME-GI发动机和DSME高压低温燃料供应系统。在柴油机设计方面，由于使用燃料的不同，MANB&W正开发其二冲程ME-GI双燃料发动机，它可选用燃油或LNG来运转。目前在哥本哈根已经完成了一台4T50ME-GI-X柴油机的测试，同时正在进行不同发动机营运模式的测试和认证，旨在进一步提升这种双燃料发动机的性能同时大大减低氮氧化物的排放。卡特彼勒船舶动力系统公司今年已经推出了一种新的船用双燃料发动机——MaKM46DF双燃料发动机，目前M46DF双燃料发动机正在德国罗斯托克卡特彼勒中速发动机厂进行试验。预计首台样机将于2014年交付。相信随着产品的进一步完善，以LNG为燃料或者使用双燃料的新船订单将会越来越多，并最终将引导航运业实现绿色环保。在今年上海召开的第16届中国国际海事会展期间，挪威船级社（DNV）亚太及中东地区首席运营官RemiEriksenDNV就很看好LNG燃料船的市场并预测到2015年，以LNG为燃料的新船订单将达到500艘，到2020年将达到数千艘。三、结语虽然这些新型能源已经在船舶方面有所应用，但是受一些能源自身性能原因及船舶技术的限制，无法在短期内取代常规燃料。今后我们应加大技术投入，积极扩展多种能源的综合应用。特别是LNG新能源，这个将是未来一段时间最可行最可能大规模使用的新能源。参考文献...........   （上接第12页）报部门，必要时需将重大质量问题报告总部。若与船厂讨论结果被视为必要，验船师可在今后的检验中对其实行现场见证。（2）巡检的一些技巧①巡检需以不定期，非预定的形式开展。②对于VLCC、ULCC、散货船、集装箱船的巡检，验船师应从重要结构开始关注，如分段、总组和合拢阶段中，重要构件的对位，深熔焊、全焊透位置的母材坡口型式等。③在具有相同或类似的批量结构作业时，需特别注意对首批施工的结构进行巡检，以尽早发现问题，避免批量性质量返工事故出现。④验船师应尽可能多的了解一线工人的操作技能和相关岗位知识，知道现场怎么干活、怎么弄虚作假，提高问题的分析和判断能力。④巡检发现的异常质量信息尽量留有照片和证据，做好反馈和沟通工作。对于质量问题，原因不明不放过，责任人未处理不放过，工人未受教育不放过。⑤巡检要善于总结，尽可能收集不同建造阶段、作业区、施工单位、建造工艺等的质量问题，并在不断的巡检过程中汇总和更新。此举既有利于加强验船师现场巡检的针对性和及时性，也便于我们掌握船厂的质量控制特点，便于制定措施和整改。四、巡检案例为从萌芽上消除新造船建造中的潜在质量问题，尽量将工作做到前面，保障完工报验的一次性合格率，现场验船师针对船厂质量控制情况加大了巡检力度，发现不少为新造船带来质量隐患的现象，典型案例如表3。五、结论（1）在船舶建造检验中，船体巡检不容忽视，同样地，轮机、电气、涂装等项目的巡检同样重要。巡检工作可以帮助船级社保证工作的连续性、完整性和一致性，及时发现和解决质量异常，防止完工检验甚至船舶营运中暴露出更为严重的质量问题，保证船级社的质量目标和声誉，又能帮助船厂在完工质量和建造进度上受益。（2）从某种意义上来讲，针对某对象的不定期巡检，如果总能令验船师满意，其完工检验项目甚至可以给予免除。(参考文献略)