摘要：本文通过船舶水动力节能装置改造方案的实例，分析和评价船舶动力状况，并详细描述了船舶改装后产生的更高效的推力，说明船舶水动力节能装置改装是一种投资少、见效快、低碳环保的改造技术。
关键词：水动力节能装置改装 节能减排 低碳环保
0前言
2008年，全球性的金融危机重创全球经济的同时也重创航运市场，持续低迷的运价，相对而言依然高企的油价，使得船东或租船人都希望最大限度地降低船舶运营成本。很多工程技术人员想尽办法节能减排压缩成本。现将中国船舶重工集团（China Shipbuilding Industry Corporation）（简称CSIC）下属的中船重工船舶设计研究中心（China Ship Design & Research Center Co.， Ltd.）（简称CSDC）已经在船舶节能技术领域上进行了大胆探索，获得了多项科研成果，应用于新造船舶和在役营运船舶的水动力节能、低速柴油机气缸油节能、废气余能利用等方面的节能设备和系统都取得了理想的节能效果，并逐步被船东所接受。本文主要介绍CSDC在船舶水动力节能装置及其节能效果。
1 大型货船的动力
在上一次航运市场低迷的周期中，全世界范围内燃油价格飞涨，很多日本船厂建造的货船都加装了水动力节能装置。例如我们看到的，在上世纪最后的二十年间，很多从日本船东那里买来的二手船，都带有节能导管、舵球、舵鳍，前置导叶等节能装置，如图1-1、图1-2。
2007年前后的几年间，由于航企普遍大规模订购货船，多数新造船忽视油耗性能，有的船东片面追求航速，有的船厂一味缩短造船工期，片面追求交船速度，很多船型缺乏科学严谨的优化，也没有考虑加装水动力节能装置。
自从2008年世界性的金融危机的到来，航运市场不可避免地陷入有史以来罕见的低迷状态。目前新设计的船型无一例外都是低碳、环保绿色船型。例如CSDC最新设计的64 000DWT散货船，日油耗只有24.8吨，比几年前大量交船的57 000DWT 散货船每减少燃油消耗10吨左右，也比同时代同吨位的某船型日油耗低近1吨。再如CSDC设计的180 000DWT散货船，日油耗只有44.1吨，而日本佐世保船厂2010年交船的同吨位的散货船日油耗为67.9吨。这巨大的油耗差异，一方面源于船体线型和主机的优化，另一方面主要原因是水动力节能装置的引入。CSDC的最新船型设计无一例外地配备了水动力节能装置或组合装置，其节能效果均达到3%～8%，甚至更高。
例如，某33 000DWT散货船，降速0.5节航行并且加装CSDC水动力节能装置，相对未加装同航速下，每天进一步省油1.1吨，相当于5.3%左右的节油效果。如果按照年航行260天计算油价630美元/吨计算，每年节油至少18万美元，而此类装置的投资回收期只有不到1年。这对船東们单船控制成本，也是值得考虑的数据。尤其是拥有大量大型货船且自己经营海运的公司，每船每年节油数万美元甚至数十万美元也是很大一笔收入。因此，为自己的船队加装水动力节能装置，对船东们来说是一个明智的选择。
我们相信，未来船型优化以及各种节能技术的应用，节能减排、绿色环保将是造船业及航运业的核心主题之一。
为应对航运市场的低迷，船东以及船舶营运人都采取了各种节能方式，降速营运是非常常用的。CSDC的水动力节能装置在经济航速下，仍旧能产生非常理想的节能效果。即在船东降速航行的基础上，CSDC的水动力节能装置仍旧能为船东进一步省油。
2 投资少见效快低碳环保的改造技术
水动力节能装置相对性价比很高，是最现实可行的，安装简便，不影响主机、主体线型和结构，节能效果显著。国内已有百余艘船舶都已经安装。对于未进行线型优化的船，水动力组合装置的节能效果一般都能达到5%，有的高达10%。
船舶节能技术措施主要由以下几方面来实现：
（1）降低船舶阻力：通过低阻力线型设计、浮态调整以减低风浪中阻力失速、低风阻上层建筑、低阻力舵及控制技术、船体表面减阻。
（2）提高推进率：主机配置优化、尾部线型优化、尾部整流置、高效浆设计、新型舵应用。
（3）系统配置优化：船机浆最佳配置、机电配置优化及职能管理、动能优化管理及传输降损、余能运用技术。
（4）节能设备研究：高效主机辅机研究、主辅机职能化、柴电混合动力、其他动力设备节能、变频技术应用。
（5）新型能源利用：风 核能、太阳能、燃料电池应用、新能源综合应用。
（6）水动力节能装置是通过采用1-4项的技术措施，来达到节能减排的目的。
3 可行的水动力节能装置改造方案
现根据某船东提供的57 000DWT船舶有关信息，量体裁衣，专门制定了船舶水动力节能方案。
3.1 船舶技术参数：
3.2船舶目前油耗估算
（1）未加装节能装置的设计油耗
根据船厂和主机厂提供的信息，主机在原设计工况下，持续功率（CSR）=8 532Kw时，燃烧低热值（LCV）=42 700kJ/kg的油耗为35.4mt/day，燃烧低热值（LCV）=40 600kJ/kg（即租约里普遍规定的IFO 380cSt）燃油的油耗为37.24mt/day。
（2）未加装节能装置的经济航速下的油耗估算
（3）上述估算基于：平静水域、开阔深海，清洁船底，主机燃烧IFO， 燃烧低热值（LCV） 40 600kJ/kg （10，200kcal/kg），带有15% 海况裕度。不考虑可能产生的热油锅炉和鼓风机的能耗。
3.3节能方案的选定
（1）加装CSIC消涡鳍（HVAF），设计吃水，维持设计航速，模型试验预报节约主机功率3%左右。