CCS技術研究開發(fā)中心 陳永念

目前全球航運業(yè)正歷經(jīng)上世紀三十年代經(jīng)濟大蕭條以來最嚴重經(jīng)濟危機的影響，船東及航運業(yè)面臨高油價、低運價的雙重挑戰(zhàn)。隨著國家油價的不斷攀升，燃油成本已經(jīng)成為船舶運營成本的最大支出項。成本壓力和嚴峻的市場形勢讓航運公司不得不節(jié)省燃油開支。所有這些的解決之道都需要新的技術創(chuàng)新和科學化的管理手段作為支撐。

最佳縱傾是IMO推薦的船舶節(jié)能減排技術手段之一。船舶在裝載量一定的情況下（及排水體積一定），如果改變其縱傾狀態(tài)，則船舶水下體積幾何形狀將會改變，船體水線形狀和水線長度、浮心位置、船首來流、船尾去流將相應改變，這些變化必然導致船舶興波阻力、摩擦阻力和粘壓阻力的改變。下圖反應了不同縱傾狀態(tài)下船艏對自由面的擾動情況，縱傾優(yōu)化后自由面興波明顯改善。

同時由于船舶航行姿態(tài)的改變，不同的縱傾（首尾吃水）也將引起船舶尾部流場的變化，進而影響到船舶螺旋槳的推進效率。近二十年的研究表明，不同類型的船舶在其不同吃水（滿載、壓載、半壓載等）工況下、不同航行速度下均有一個明確的最佳縱傾浮態(tài)與其對應。

面對不斷高企的油價和日益嚴格的船舶節(jié)能減排強制性要求，業(yè)界在船舶節(jié)能減排技術上不斷做出各種嘗試。通過降低船舶航速減少油耗、通過船舶線型優(yōu)化減少航行阻力、通過高效能螺旋槳提高推進效率、通過改進主機燃燒效率提高燃油經(jīng)濟性、通過采用LNG替代傳統(tǒng)能源等。相比較以上各種節(jié)能減排的技術手段，CCS開發(fā)的船舶最佳縱傾OTA解決方案優(yōu)勢非常明顯。不影響船舶營運效率，不降低船舶載貨能力。最佳縱傾是在船舶既定的航速和轉(zhuǎn)載下優(yōu)化浮態(tài)，達到節(jié)能目的，不降低船舶的航行速度和裝貨量，根據(jù)實船營運發(fā)現(xiàn)，采用最佳縱傾后，在相同的主機負荷情況下，不僅航行所需功率需求顯著降低，而且船舶航速略有提升。該解決方案適用于新造船也適用于已經(jīng)投入營運的老舊船舶，無需對船舶硬件和設備做任何改動，投資小、實施方便，單船投資回收期3～6個月，后期經(jīng)濟效益顯著。通過船舶模型試驗和CFD數(shù)值仿真計算，掌握該船水動力性能后，將船舶特征參數(shù)集成到OTA尋優(yōu)軟件，在實際操作中僅需輸入船舶航速、吃水等簡單參數(shù)即可實現(xiàn)一鍵尋優(yōu)，給出最佳縱傾操作建議，指導船舶實際運營操作。

CCS-OTA船舶最佳縱傾解決方案在某型4250TEU集裝箱船上得到了應用，通過實船運營海試發(fā)現(xiàn)，縱傾浮態(tài)調(diào)整對船舶主機功率需求影響明顯。在保證排水量不變的情況下，調(diào)整為較優(yōu)的艏傾航行狀態(tài)，主機功率消耗節(jié)省10%～14%。在不同的主機負荷下，縱傾優(yōu)化不僅直接降低主機功率，多數(shù)情況下還將有效提升航速，起到節(jié)能和增效的雙重效果。適當進行壓載水優(yōu)化，縱傾調(diào)整效果將更明顯；本航次出港配載浮態(tài)為艉傾1.5m，縱傾調(diào)整為尾傾0.7m，船首增加了600Ton壓載水，調(diào)整至平浮壓載1200噸，調(diào)整至首傾0.8m，壓載1800Ton，相對于常用的艉傾排水量增加，卻依然得到了上述顯著節(jié)能效果，若對壓載水進行適當優(yōu)化管理，將獲得更多貨運裝載空間?？v傾調(diào)整角度0.182°，對船舶穩(wěn)性影響極小?？v傾優(yōu)化需要多部門協(xié)同配合，貨主、港口、船公司協(xié)同配合做好船舶在港預配載，將為縱傾調(diào)整帶來更很靈活的操作空間。OTA有助于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)操作習慣。OTA為船舶縱傾優(yōu)化提供了科學精確的技術手段，輸入航速、吃水等簡單參數(shù)即可預判最佳縱傾浮態(tài)，經(jīng)過一段時間實際應用后，船員的意識和操作習慣會逐步向最優(yōu)縱傾調(diào)整。

以該船2012年全年3970組營運數(shù)據(jù)為樣本，統(tǒng)計吃水、航速、縱傾的概率，基于層次關聯(lián)分析法（AHP）建立數(shù)學模型，最佳縱傾優(yōu)化后全年有效節(jié)能空間為5.7%～11.8%，平均綜合節(jié)能約8%。假定單船年有效營運時間200天，平均日油耗40Ton，燃油單價5000元/Ton，全年單船節(jié)省燃油600噸，減少CO2排放900噸，年節(jié)省燃油成本約300萬人民幣。