漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)探討

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摘要：我國是能源大國，也是能源消耗大國，在技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。海洋漁業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一，對于提高我國人民的生活水平起到了重要的作用。但由于我國漁船數(shù)量眾多，總體的耗油量較大，并且隨著柴油價格的上漲，我國漁業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營越來越困難。為了改變這一現(xiàn)狀，我國針對漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)進行了一系列的研究，并開發(fā)出了一些新的漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品，從而使我國海洋漁船的節(jié)能技術(shù)水平得到了大幅度提高。

關(guān)鍵詞：海洋捕撈；漁船；動力裝置；節(jié)能技術(shù)

在當(dāng)今時代，能源問題已經(jīng)成為了世界各國共同的問題，為了節(jié)約能源的消耗以及提高能源的利用率，我國將節(jié)能減排作為了推動國民經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略。雖然我國是世界第二大能源大國和石油消耗國家，但由于我國能源消耗結(jié)構(gòu)不合理，以致于我國的能源供給矛盾嚴(yán)重。并且與發(fā)達(dá)國家相比，我國的能源利用率較低。為了促進我國可持續(xù)發(fā)展，我國必須要加強建設(shè)節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會。海洋漁業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一，對能源的消耗、環(huán)境的破壞影響較大，因此，在我國海洋漁業(yè)中大力推廣動力裝置節(jié)能技術(shù)，對于推動我國社會的進步具有重要的意義。

1我國海洋捕撈漁船的節(jié)能現(xiàn)狀

1.1設(shè)備落后，節(jié)能水平低。從目前我國海洋漁業(yè)發(fā)展中來看，漁業(yè)裝備與節(jié)能技術(shù)設(shè)施的應(yīng)用水平不足是我國漁業(yè)面臨的主要問題之一。從漁船船型上來看，我國漁民使用的漁船大多數(shù)都是20世紀(jì)80年代至90年代研發(fā)的，除了使用年限過高漁船動力裝置老化嚴(yán)重外，船型的減少阻力性能較差。并且，在實際的捕撈過程中，大多數(shù)漁民追求的都是捕撈產(chǎn)量，對于船舶的機械設(shè)備的更新?lián)Q代以及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用重視程度不足。由于以上幾個方面的原因，我國海洋捕撈船舶節(jié)能水平一直難以得到提升。1.2大氣污染和海洋污染嚴(yán)重。海洋漁船不僅對柴油的消耗量過大，同時對大氣環(huán)境的破壞也較大。據(jù)統(tǒng)計，我國海洋漁船每年的動力裝置排放量占了全世界的百分之七。海洋漁船動力裝置和漁業(yè)生產(chǎn)是有直接聯(lián)系的，漁船動力裝置的功率大小，與漁船的航速成正比，由于漁船動力裝置在維修保養(yǎng)過程中會產(chǎn)生大量的油污，如果不能妥善處理，會對海洋生態(tài)環(huán)境造成油污污染。除此之外，我國海洋漁船的生活污水大都是直接排放到海水之中，也會對海洋生態(tài)環(huán)境造成污染。據(jù)統(tǒng)計，我國漁船每年排放的污染物總計在400萬t以上，船員的生活污水排放量在350萬t以上、固態(tài)垃圾排放在50萬t以上。由此可見，我國海洋漁船對海洋生態(tài)環(huán)境的影響是很大的。1.3節(jié)能減排的相關(guān)法律法規(guī)有待于完善。從目前來看，我國針對海洋漁船節(jié)能減排的相關(guān)法律法規(guī)還不夠完善。因此，難以對我國海洋漁船的節(jié)能減排行為進行有效控制。而且由于我國對節(jié)能減排設(shè)備、產(chǎn)品沒有制定統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，漁民對海洋漁船的節(jié)能產(chǎn)品的性能評價不一，嚴(yán)重阻礙了我國漁業(yè)行業(yè)節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。制定節(jié)能減排相關(guān)法律法規(guī)的作用，主要是為了提高漁業(yè)行業(yè)節(jié)能減排產(chǎn)品的科學(xué)性、適用性，并對不同節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)品提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國在漁業(yè)裝備研究方面還存在較大的技術(shù)力量不足，并且對漁業(yè)裝備相關(guān)的節(jié)能減排技術(shù)研究進度較慢，由于以上幾點原因，我國關(guān)于漁業(yè)行業(yè)節(jié)能減排的法律法規(guī)還有待于進一步完善。1.4節(jié)能技術(shù)推廣難度大。在節(jié)能技術(shù)的推廣過程中，由于漁民在采購漁船設(shè)備時只偏向于低價格產(chǎn)品，對于節(jié)能技術(shù)的重視程度較低，是我國漁業(yè)行業(yè)節(jié)能技術(shù)推廣面臨的主要障礙。雖然經(jīng)過我國多年的努力，大多數(shù)漁民都認(rèn)識到了節(jié)能減排的社會意義、以及節(jié)能減排能產(chǎn)生生產(chǎn)效益。但在實際中，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的要求。從目前來看，我國的漁業(yè)行業(yè)節(jié)能技術(shù)主要分為兩種：一種是可以直接節(jié)約漁民捕魚成本、增加效益的節(jié)能技術(shù)；而另一種是需要漁民投入一定的成本，對船舶動力裝置、動力設(shè)備性能進行優(yōu)化的節(jié)能技術(shù)。前者由于不需要投入較大的成本，并且能夠提高漁民的經(jīng)濟效益，目前已經(jīng)被我國漁民廣泛使用。但后者，由于所需要的成本較大，且過程較為復(fù)雜，在沒有強制性措施的影響下，大多數(shù)漁民是不會執(zhí)行的。因此，在我國漁業(yè)行業(yè)節(jié)能技術(shù)的推廣中還面臨著較大的難度。

2我國海洋捕撈漁船動力裝置高耗能的原因

2.1船型減少阻力性能較差，船、機、槳的匹配不合理。長久以來，我國的海洋漁業(yè)在能源消耗方面并沒有引起充分地重視，以至于我國漁船的動力裝置在節(jié)能減排方面還較為落后。一方面，這是由于我國漁業(yè)在發(fā)展過程中過于注重經(jīng)濟效益的提高而忽視了我國漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致的；而另一方面是由于我國現(xiàn)有的漁船大部分都是20世紀(jì)80年代至90年代制造的，在動力方面、節(jié)能設(shè)計方面與現(xiàn)代化船舶還存在較大的差距。并且由于使用年限較長，大部分船舶的動力裝置都已經(jīng)發(fā)生了老化，從而加大了對能源的消耗，不利于我國打造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。并且，由于設(shè)計落后，大部分漁船的捕撈效率也較低，難以提高漁民的經(jīng)濟效益。2.2動力裝置性能較低從目前來看，我國漁船的動力裝置在節(jié)能水平方面還需要進一步提高。一方面，我國漁船所使用的柴油機在能源消耗上較高，并且污染物排放量也較大，不僅對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，同時也對我國海洋環(huán)境造成了一定的影響。雖然從目前來看，我國在對船舶柴油機的研發(fā)方面已經(jīng)取得了一定的進步，但總體來說在能耗方面與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。另外，在主機余熱利用方面，我國已經(jīng)實現(xiàn)了漁船主機余熱的再利用，但在推廣方面還面臨著一定的困難，并且該技術(shù)在穩(wěn)定性上還需要進一步提升。2.3動力裝置節(jié)能技術(shù)研究缺乏系統(tǒng)性。從目前來看，我國在漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)方面的研究力量逐漸增多，但總體來說，大多數(shù)關(guān)于漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)方面的研究都缺乏系統(tǒng)性和整體性。雖然在此期間我國已經(jīng)研發(fā)出了大量的節(jié)能產(chǎn)品，但在高效率低能耗的海洋捕撈技術(shù)方面集成應(yīng)用水平還難以達(dá)到預(yù)期的要求，并且大多數(shù)新技術(shù)在我國漁民中間并沒有得到推廣，以至于我國漁船節(jié)能技術(shù)的效果并沒有得到真正的實現(xiàn)。

3漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)的研究

3.1動力裝置節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)理論。目前我國漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)主要是以熱力學(xué)第一定律和第二定律作為理論基礎(chǔ)。在對船舶動力裝置進行能量轉(zhuǎn)化效果和節(jié)能潛力分析時，傳統(tǒng)的衡量方法主要是通過“熱效率”和“熱損失”進行衡量。一般來說，熱效率中熱損失越大說明船舶動力裝置的能量轉(zhuǎn)換效果越差，而能量轉(zhuǎn)換效果越差說明船舶動力裝置的節(jié)能潛力較大。另外，在對船舶動力裝置進行能量轉(zhuǎn)化效率和節(jié)能潛力分析時，熱平衡方法也是一種常用的衡量方法。相對來說，熱平衡法要更加復(fù)雜，其主要原因在于熱平衡法需要繪制熱流圖或者列出熱平衡表，但能量的消耗以及消耗的路徑比較清晰，能量利用率也能夠更加得到體現(xiàn)。熱平衡方法的理論依據(jù)是熱力學(xué)第一定律，但該法具有一定的局限性。它雖然體現(xiàn)了能量守恒，但卻未能體現(xiàn)出能的全面本性。而熱力學(xué)第二定律卻指出了能量轉(zhuǎn)化方向以及能轉(zhuǎn)化的不對等性。換句話說，就是能量在進行轉(zhuǎn)化的過程中，能的量是不變的但能的質(zhì)有可能會發(fā)生降低。因此，為了正確的反應(yīng)船舶動力裝置能量的轉(zhuǎn)換效果，必須要同時運用熱力學(xué)第一定律以及熱力學(xué)第二定律。從船舶動力裝置的軸系傳動效率、敞水螺旋槳效率、相對選裝效率以及船身效率來看，想要降低主機燃油的消耗，提高燃油的利用率，最直接的有效方法就是要找出船、機、槳的最佳配合方案。在實際中，提高船舶的推進效率不僅需要考慮到能量轉(zhuǎn)換的效果，同時還要考慮到能量的有效利用，而要做到這一點，就需要人們從船舶動力裝置能量傳遞中的能量損失和能量利用途徑進行分析，并探索減少能量損失以及提高能量利用率的有效措施，從而提高船舶動力裝置的經(jīng)濟性。3.2動力裝置節(jié)能的技術(shù)途徑。3.2.1采用經(jīng)濟性的船型。從目前來看，我國在船舶船型的節(jié)能設(shè)計上已經(jīng)有了較大的發(fā)展，目前國外采用較多的節(jié)能型船型主要有八種，包括球鼻船舶型、縱流船舶型、小水線面雙體船、潛水肥大船型、平頭渦艦、不對稱艇部線性、舵端球船型、球艦船型、等等。但大多數(shù)經(jīng)濟性船型都采用有反作用力鰭、推力鰭、槳后固定葉輪等，部分船型中比較喜歡采用可變球鼻舷，其主要原因在于可變球鼻舷的鼻可以自由擺動或是上下移動，通過調(diào)節(jié)航速和改變球體形狀可以有效地減少船舶阻力，從而達(dá)到節(jié)能效果。但目前我國大多數(shù)漁船的船型設(shè)計都比較滯后，船型減少阻力性能較差，因此想要提高我國漁船的動力裝置節(jié)能水平，通過改善漁船船型是可以起到一定作用的。其主要原因在于船型的減少阻力性能越好，船舶動力裝置的推進效率就越高，也就是說船舶動力裝置在產(chǎn)生動力的過程中，可以減少能量在船舶自身阻力上的消耗。對于我國漁船的船型改造來說，可以參考國外減少阻力性能較為優(yōu)秀的船型進行推廣。3.2.2提高柴油機的熱效率。柴油機是漁船動力的來源，漁船動力裝置產(chǎn)生動力的所有能量都來自于柴油機的燃燒和運轉(zhuǎn)。柴油機的熱效率可以直接影響到能源的消耗和利用。在柴油機的選型過程中，為了保證船舶動力裝置的節(jié)能作用，需要對柴油機能量的損耗進行考慮。在20世紀(jì)90年代以后，我國一些漁業(yè)企業(yè)從國外購買了一些二手漁船，以此方式能迅速解決我國由于技術(shù)原因制造不了的魷魚釣船、秋刀魚船、大型拖網(wǎng)船、金槍魚延繩釣船、金槍魚圍網(wǎng)船的問題，能夠快速填補捕撈作業(yè)方面的空白。這些二手漁船大部分使用的柴油機都是在國外已經(jīng)淘汰了的機型，通常來說，這類機型不僅耗油量大，同時能量的利用率也較低，更重要的是這類機型故障的發(fā)生率較高。近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)柴油機的節(jié)能減排機型逐年都有較成熟機型投放市場，對于我國漁民來說是一個非常有利的好消息。為了提高我國漁船柴油機的節(jié)能水平，需要持續(xù)對柴油機的節(jié)能減排效果進行設(shè)計研究。另外，為了提高柴油機的燃燒效率，還應(yīng)該對機艙的通風(fēng)情況進行改善，比如，采取舷外進氣措施等。為了減少能源浪費，漁船還可以利用主機余熱進行供熱和取暖，充分利用主機余熱，達(dá)到節(jié)能效果。3.2.3實現(xiàn)船、機、槳、網(wǎng)的優(yōu)化匹配。海洋捕撈作業(yè)都會遇到復(fù)雜的工況條件，因此，漁船主機在實際運行過程中往往都會面臨十分復(fù)雜的運行環(huán)境。在部分特殊條件，主機的功率不一定能夠得到充分發(fā)揮，但也有可能發(fā)生超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。而造成這一情況原因除了漁船主機本身的質(zhì)量外，還和漁船船型、主機、螺旋槳、網(wǎng)的匹配存在必要的聯(lián)系。從目前來看，我國漁船中船、機、槳、網(wǎng)不匹配現(xiàn)象極為嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的中小型漁船中大約有40%以上的漁船船、機、槳、網(wǎng)匹配不合理，不僅降低了漁船的捕撈效率，同時也為漁船的運行帶來了極大的安全隱患。因此，想要提高漁船動力裝置的節(jié)能水平，還需要對漁船船型、主機、螺旋槳以及網(wǎng)的匹配狀況進行詳細(xì)地分析和判斷，并通過試驗為漁民提供可靠的數(shù)據(jù)，從而幫助漁民對船、機、槳、網(wǎng)進行合理的匹配，從而保證漁船主機以及船舶整體在運行過程中能夠保持良好的運行狀態(tài)。3.2.4安裝水動力附加節(jié)能裝置。目前國外主要的水動力附加節(jié)能裝置主要分為七種，包括：進流補償導(dǎo)管、適伴流導(dǎo)管、導(dǎo)流罩推力鰭組合裝置、槳轂帽鰭、槳前扇形整流鰭、整流隔板、不對稱船尾線型。水動力附加節(jié)能裝置的作用主要是為了改善螺旋槳的進流，從而使螺旋槳的進流更加均勻，有利于減少海水阻力。另外，通過水動力附加節(jié)能裝置還可以消除或減少船尾的水流分離，以及利用各種導(dǎo)管和鰭可以幫助船舶產(chǎn)生附加推力，有利于提高動力裝置的推進效率。據(jù)統(tǒng)計，各項水動力附加裝置可以減少動力裝置5%～8%的能耗。航速的控制是漁船航行綜合控制中的重要組成部分，漁船的航速控制在一定程度上可以提高船舶動力裝置的推進效率，同時也可以延長漁船主機的壽命，也就是說，有效地控制漁船的航速可以減少漁船的營運成本。目前，國外主要是利用可調(diào)螺距螺旋槳對漁船航速進行控制，可調(diào)螺距螺旋槳的槳葉角度可以隨意調(diào)控，因此在漁船主機航速不變的情況下，仍然可以通過調(diào)整螺旋槳槳葉角度改變船舶負(fù)荷、推力、以及推進方向，從而提高漁船動力裝置的推進效率，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。轂帽鰭螺旋槳的顯著特征是在轂帽部位安裝了若干塊平板狀的鰭，轂帽鰭螺旋槳的作用主要是為了對螺旋槳產(chǎn)生的艉流起到一定的整流作用，從而消除螺旋槳運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轂渦，進而提高螺旋槳的推力。除此之外，由于轂帽鰭螺旋槳在運行過程中其轂帽部位的鰭會為船體提供一定的向上的升力，形成了一個與螺旋槳力矩相反的扭矩，在一定程度上可以減少船舶主機的功率損耗。另外，大量的實驗證明，鰭板的數(shù)量與螺旋槳葉片數(shù)量保持一致效果更加良好，并且鰭板的最大半徑不可超過螺旋槳半徑的0.33倍，但通常以0.25倍為宜。導(dǎo)管螺旋槳也一種常用的節(jié)能裝置，其基本構(gòu)成主要是在螺旋槳的外圍安裝一個套筒，通常情況下是安裝在船艉下部，從而與漁船船體形成一個統(tǒng)一的流線型整體。導(dǎo)管螺旋槳的作用主要在拖網(wǎng)作業(yè)中能夠起到明顯的效果，在拖網(wǎng)作用中，通常螺旋槳的復(fù)合半徑都較大，而采用導(dǎo)管螺旋槳則可以有效地提供船舶的推進效率，通常來說，可以將船舶的推進效率提高10%～30%以上。另外，采用導(dǎo)管螺旋槳還有一個優(yōu)點，其主要原因在于導(dǎo)管可以防止螺旋槳被外物纏繞，從而避免螺旋槳發(fā)生損壞。總的來說，在實際中應(yīng)結(jié)合漁船工況的特點合理地采用水動力附加裝置，從而改善船舶的推進效率、提高船舶減少阻力的性能、減少船舶主機的功率消耗、從而實現(xiàn)海洋捕撈漁船動力裝置節(jié)能減排的目的。

4結(jié)語

綜上所述，目前我國海洋捕撈漁船動力裝置節(jié)能技術(shù)還有待于進一步提高。在動力裝置節(jié)能技術(shù)方面，我國已經(jīng)取得了一定的成果，但由于部分節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用需要漁民投入較大的成本，因此，在缺乏強制性措施的情況下，我國漁民難以自主進行動力裝置完善。另外，通過分析發(fā)現(xiàn)，造成我國漁船節(jié)能性能較低的原因主要分為三個部分，一方面是由于我國漁船船型的減少阻力的性能較差，二是我國漁船螺旋槳推進效率較差，第三點則是由于我國漁船的船、機、槳、網(wǎng)的匹配不合理現(xiàn)象嚴(yán)重。對此，本文針對以上幾個方面的問題，提出了具體的解決措施，期望在實現(xiàn)我國漁船的節(jié)能減排方面有所用處。

參考文獻(xiàn)

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作者:顧虹 單位:中國水產(chǎn)有限公司