渔船动力装置节能技术探讨

1、摘要我国是能源大国， 也是能源消耗大国， 在技术方面与发达国 家存在较大的差距。海洋渔业作为我国重要的经济产业之一， 对于提高我国人民的生 活水平起到了重要的作用。但由于我国渔船数量众多， 总体的耗油量较大， 并且随着柴油价 格的上涨，我国渔业的生产经营越来越困难。为了改变这一现状， 我国针对渔船动力装置节能技术进行了一系 列的研究，并开发出了一些新的渔船动力装置节能技术和节能产品， 从而使我国海洋渔船的节能技术水平得到了大幅度提高。关键词海洋捕捞；渔船；动力装置；节能技术在当今时代，能源 问题已经成为了世界各国共同的问题， 为了节约能源的消耗以及提高 能源的利用率，我国将节能减排作为了推动国

2、民经济发展的重要战略。虽然我国是世界第二大能源大国和石油消耗国家， 但由于我国能 源消耗结构不合理，以致于我国的能源供给矛盾严重。并且与发达国家相比，我国的能源利用率较低。为了促进我国可持续发展， 我国必须要加强建设节约型社会和环 境友好型社会。海洋渔业作为我国重要的经济产业之一， 对能源的消耗、 环境的 破坏影响较大，因此，在我国海洋渔业中大力推广动力装置节能技术， 对于推动我国社会的进步具有重要的意义。1我国海洋捕捞渔船的节能现状 11 设备落后，节能水平低。从目前我国海洋渔业发展中来看， 渔业装备与节能技术设施的应用水平不足是我国渔业面临的主要问题之一从渔船船型上来看，我国渔民使用的渔船

3、大多数都是 20 世纪 80 年代至 90 年代研发的，除了使用年限过高渔船动力装置老化严重外， 船型的减少阻力性能较差。并且，在实际的捕捞过程中，大多数渔民追求的都是捕捞产量， 对于船舶的机械设备的更新换代以及节能技术的应用重视程度不足。由于以上几个方面的原因， 我国海洋捕捞船舶节能水平一直难以 得到提升。12 大气污染和海洋污染严重。海洋渔船不仅对柴油的消耗量过大， 同时对大气环境的破坏也较 大。据统计，我国海洋渔船每年的动力装置排放量占了全世界的百分 之七。海洋渔船动力装置和渔业生产是有直接联系的， 渔船动力装置的 功率大小， 与渔船的航速成正比， 由于渔船动力装置在维修保养过程 中会产

4、生大量的油污， 如果不能妥善处理， 会对海洋生态环境造成油 污污染。除此之外，我国海洋渔船的生活污水大都是直接排放到海水之中， 也会对海洋生态环境造成污染。据统计，我国渔船每年排放的污染物总计在 400 万以上，船员的 生活污水排放量在 350 万以上、固态垃圾排放在 50 万以上。由此可见，我国海洋渔船对海洋生态环境的影响是很大的。13 节能减排的相关法律法规有待于完善。从目前来看，我国针对海洋渔船节能减排的相关法律法规还不够因此，难以对我国海洋渔船的节能减排行为进行有效控制。 而且由于我国对节能减排设备、产品没有制定统一的评价标准， 渔民对海洋渔船的节能产品的性能评价不一， 严重阻碍了我国

5、渔业行 业节能技术的推广应用。制定节能减排相关法律法规的作用， 主要是为了提高渔业行业节 能减排产品的科学性、 适用性， 并对不同节能技术的产品提供技术标 准。目前，我国在渔业装备研究方面还存在较大的技术力量不足， 并 且对渔业装备相关的节能减排技术研究进度较慢， 由于以上几点原因， 我国关于渔业行业节能减排的法律法规还有待于进一步完善。14 节能技术推广难度大。在节能技术的推广过程中， 由于渔民在采购渔船设备时只偏向于 低价格产品， 对于节能技术的重视程度较低， 是我国渔业行业节能技 术推广面临的主要障碍。虽然经过我国多年的努力， 大多数渔民都认识到了节能减排的社 会意义、以及节能减排能产生

6、生产效益。但在实际中，节能技术的应用却远远没有达到预期的要求。 从目前来看，我国的渔业行业节能技术主要分为两种一种是可以 直接节约渔民捕鱼成本、 增加效益的节能技术； 而另一种是需要渔民 投入一定的成本， 对船舶动力装置、 动力设备性能进行优化的节能技 术。前者由于不需要投入较大的成本， 并且能够提高渔民的经济效益， 目前已经被我国渔民广泛使用。但后者，由于所需要的成本较大，且过程较为复杂，在没有强制 性措施的影响下，大多数渔民是不会执行的。因此，在我国渔业行业节能技术的推广中还面临着较大的难度。2 我国海洋捕捞渔船动力装置高耗能的原因 21 船型减少阻力性 能较差，船、机、桨的匹配不合理。长

7、久以来，我国的海洋渔业在能源消耗方面并没有引起充分地重 视，以至于我国渔船的动力装置在节能减排方面还较为落后。一方面，这是由于我国渔业在发展过程中过于注重经济效益的提 高而忽视了我国渔业的可持续发展导致的； 而另一方面是由于我国现 有的渔船大部分都是 20 世纪 80年代至 90 年代制造的，在动力方面、 节能设计方面与现代化船舶还存在较大的差距。并且由于使用年限较长， 大部分船舶的动力装置都已经发生了老 化，从而加大了对能源的消耗，不利于我国打造资源节约型、环境友 好型社会。并且，由于设计落后，大部分渔船的捕捞效率也较低，难以提高 渔民的经济效益。22 动力装置性能较低从目前来看，我国渔船的

8、动力装置在节能 水平方面还需要进一步提高一方面，我国渔船所使用的柴油机在能源消耗上较高， 并且污染 物排放量也较大， 不仅对大气环境造成了严重的污染， 同时也对我国 海洋环境造成了一定的影响。虽然从目前来看， 我国在对船舶柴油机的研发方面已经取得了一 定的进步，但总体来说在能耗方面与发达国家相比还存在一定的差距。另外，在主机余热利用方面， 我国已经实现了渔船主机余热的再 利用，但在推广方面还面临着一定的困难， 并且该技术在稳定性上还 需要进一步提升。23 动力装置节能技术研究缺乏系统性。 从目前来看，我国在渔船动力装置节能技术方面的研究力量逐渐 增多，但总体来说， 大多数关于渔船动力装置节能技

9、术方面的研究都 缺乏系统性和整体性。虽然在此期间我国已经研发出了大量的节能产品， 但在高效率低 能耗的海洋捕捞技术方面集成应用水平还难以达到预期的要求， 并且 大多数新技术在我国渔民中间并没有得到推广， 以至于我国渔船节能 技术的效果并没有得到真正的实现。3 渔船动力装置节能技术的研究 31 动力装置节能技术的基础理 论。目前我国渔船动力装置节能技术主要是以热力学第一定律和第 二定律作为理论基础。在对船舶动力装置进行能量转化效果和节能潜力分析时， 传统的 衡量方法主要是通过热效率和热损失进行衡量。一般来说，热效率中热损失越大说明船舶动力装置的能量转换效 果越差，而能量转换效果越差说明船舶动力装

10、置的节能潜力较大。另外，在对船舶动力装置进行能量转化效率和节能潜力分析时， 热平衡方法也是一种常用的衡量方法。相对来说，热平衡法要更加复杂，其主要原因在于热平衡法需要 绘制热流图或者列出热平衡表，但能量的消耗以及消耗的路径比较清 晰，能量利用率也能够更加得到体现。热平衡方法的理论依据是热力学第一定律， 但该法具有一定的局 限性。它虽然体现了能量守恒，但却未能体现出能的全面本性。而热力学第二定律却指出了能量转化方向以及能转化的不对等 性。换句话说，就是能量在进行转化的过程中，能的量是不变的但能 的质有可能会发生降低。因此，为了正确的反应船舶动力装置能量的转换效果， 必须要同 时运用热力学第一定律

11、以及热力学第二定律。从船舶动力装置的轴系传动效率、 敞水螺旋桨效率、相对选装效 率以及船身效率来看，想要降低主机燃油的消耗，提高燃油的利用率， 最直接的有效方法就是要找出船、机、桨的最佳配合方案。在实际中，提高船舶的推进效率不仅需要考虑到能量转换的效果， 同时还要考虑到能量的有效利用， 而要做到这一点，就需要人们从船 舶动力装置能量传递中的能量损失和能量利用途径进行分析，并探索 减少能量损失以及提高能量利用率的有效措施， 从而提高船舶动力装 置的经济性。32动力装置节能的技术途径。321采用经济性的船型。从目前来看，我国在船舶船型的节能设计上已经有了较大的发展， 目前国外采用较多的节能型船型主

12、要有八种， 包括球鼻船舶型、 纵流 船舶型、小水线面双体船、潜水肥大船型、平头涡舰、不对称艇部线 性、舵端球船型、球舰船型、等等。但大多数经济性船型都采用有反作用力鳍、 推力鳍、桨后固定叶 轮等，部分船型中比较喜欢采用可变球鼻舷， 其主要原因在于可变球 鼻舷的鼻可以自由摆动或是上下移动， 通过调节航速和改变球体形状 可以有效地减少船舶阻力，从而达到节能效果。但目前我国大多数渔船的船型设计都比较滞后， 船型减少阻力性 能较差，因此想要提高我国渔船的动力装置节能水平， 通过改善渔船 船型是可以起到一定作用的。其主要原因在于船型的减少阻力性能越好， 船舶动力装置的推进 效率就越高， 也就是说船舶动力

13、装置在产生动力的过程中， 可以减少 能量在船舶自身阻力上的消耗。对于我国渔船的船型改造来说， 可以参考国外减少阻力性能较为 优秀的船型进行推广。322提高柴油机的热效率。柴油机是渔船动力的来源， 渔船动力装置产生动力的所有能量都 来自于柴油机的燃烧和运转。 柴油机的热效率可以直接影响到能源的消耗和利用。 在柴油机的选型过程中， 为了保证船舶动力装置的节能作用， 需 要对柴油机能量的损耗进行考虑。在 20 世纪 90 年代以后，我国一些渔业企业从国外购买了一些二 手渔船，以此方式能迅速解决我国由于技术原因制造不了的鱿鱼钓船、 秋刀鱼船、大型拖网船、金枪鱼延绳钓船、金枪鱼围网船的问题，能 够快速填

14、补捕捞作业方面的空白。这些二手渔船大部分使用的柴油机都是在国外已经淘汰了的机 型，通常来说，这类机型不仅耗油量大，同时能量的利用率也较低， 更重要的是这类机型故障的发生率较高。近年来，随着我国科学技术的发展， 国产柴油机的节能减排机型 逐年都有较成熟机型投放市场， 对于我国渔民来说是一个非常有利的 好消息。为了提高我国渔船柴油机的节能水平， 需要持续对柴油机的节能 减排效果进行设计研究。另外，为了提高柴油机的燃烧效率， 还应该对机舱的通风情况进 行改善，比如，采取舷外进气措施等。为了减少能源浪费，渔船还可以利用主机余热进行供热和取暖， 充分利用主机余热，达到节能效果。323 实现船、机、桨、网

15、的优化匹配。海洋捕捞作业都会遇到复杂的工况条件， 因此，渔船主机在实际运行过程中往往都会面临十分复杂的运行环境在部分特殊条件， 主机的功率不一定能够得到充分发挥， 但也有 可能发生超负荷运转。而造成这一情况原因除了渔船主机本身的质量外， 还和渔船船型、 主机、螺旋桨、网的匹配存在必要的联系。从目前来看，我国渔船中船、机、桨、网不匹配现象极为严重， 据不完全统计，我国的中小型渔船中大约有 40 以上的渔船船、机、 桨、网匹配不合理，不仅降低了渔船的捕捞效率，同时也为渔船的运 行带来了极大的安全隐患。因此，想要提高渔船动力装置的节能水平，还需要对渔船船型、 主机、螺旋桨以及网的匹配状况进行详细地分

16、析和判断， 并通过试验 为渔民提供可靠的数据，从而帮助渔民对船、机、桨、网进行合理的 匹配，从而保证渔船主机以及船舶整体在运行过程中能够保持良好的 运行状态。324安装水动力附加节能装置。目前国外主要的水动力附加节能装置主要分为七种， 包括进流补 偿导管、适伴流导管、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。水动力附加节能装置的作用主要是为了改善螺旋桨的进流， 从而 使螺旋桨的进流更加均匀，有利于减少海水阻力。另外，通过水动力附加节能装置还可以消除或减少船尾的水流分 离，以及利用各种导管和鳍可以帮助船舶产生附加推力， 有利于提高动力装置的推进效率。据统计，各项

17、水动力附加装置可以减少动力装置 58的能耗。航速的控制是渔船航行综合控制中的重要组成部分， 渔船的航速 控制在一定程度上可以提高船舶动力装置的推进效率， 同时也可以延 长渔船主机的寿命， 也就是说， 有效地控制渔船的航速可以减少渔船 的营运成本。目前，国外主要是利用可调螺距螺旋桨对渔船航速进行控制， 可 调螺距螺旋桨的桨叶角度可以随意调控， 因此在渔船主机航速不变的 情况下，仍然可以通过调整螺旋桨桨叶角度改变船舶负荷、推力、以 及推进方向， 从而提高渔船动力装置的推进效率， 实现节能减排的目 的。毂帽鳍螺旋桨的显著特征是在毂帽部位安装了若干块平板状的 鳍，毂帽鳍螺旋桨的作用主要是为了对螺旋桨产

18、生的艉流起到一定的 整流作用，从而消除螺旋桨运转产生的毂涡， 进而提高螺旋桨的推力。除此之外，由于毂帽鳍螺旋桨在运行过程中其毂帽部位的鳍会为 船体提供一定的向上的升力，形成了一个与螺旋桨力矩相反的扭矩， 在一定程度上可以减少船舶主机的功率损耗。另外，大量的实验证明， 鳍板的数量与螺旋桨叶片数量保持一致 效果更加良好，并且鳍板的最大半径不可超过螺旋桨半径的 033 倍， 但通常以 025 倍为宜。导管螺旋桨也一种常用的节能装置， 其基本构成主要是在螺旋桨 的外围安装一个套筒， 通常情况下是安装在船艉下部， 从而与渔船船体形成一个统一的流线型整体导管螺旋桨的作用主要在拖网作业中能够起到明显的效果， 在拖 网作用中， 通