极地冰区船舶能效评估方法研究外文翻译资料

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内河船舶营运能效分析

文章信息：

内河航运

船舶能效

通航操作

摘要：

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本文着重于内河航运的能源消耗和温室气体排放，并将其与海运船舶的性能进行了比较。分析基于中国长江集装箱船航运案例的研究。在平静水域和实船航行的条件下收集数据，并对这些条件下的能源效率运行指标进行了计算和分析。我们发现实船航行的环境对内河船舶营运能效有很大影响。

引言：

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据国际海事组织（IMO）（2010）二次温室气体（GHG）研究显示，2007年，航运排放了10.46亿吨二氧化碳; 约占全球排放量的3.3％。对于许多现有船舶，为减少这些类型的排放而减少燃料消耗涉及应用操作措施，而不是采用替代技术，是因为与新投资的回报周期长。(Haakon et al., 2011).¹

中国内河运输系统在长江，珠江，黑龙江，京杭运河周围蓬勃发展。长江经常被称为“黄金水道”，在这个体系中尤为重要。但是，内陆航运系统也造成了相当大的污染，并且存在“低碳航行”政策的压力。(Yan et al., 2010).

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就运行能效而言，海洋航行和内河航行之间存在差异。 内陆河流交通的航行环境涉及到单向潮流，导致运行的成本不同，无论是在上游还是下游。此外，水的流动可以沿着河流而变化，受到诸如渠道曲率和来自水库的洪水排放的事情的影响。内陆水道的物理性质也需要比海运贸易更小，设计不同的船只; 例如 相对较小的转弯半径通常意味着具有双重发动机和双螺旋桨，以提高机动性，而不是远洋船只，尽管它们通常较慢。

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在这里，我们考虑影响内陆集装箱船舶营运能效的因素，并将其与平静水域和通航条件下的航行环境进行比较。

1. 评估营运能效的方法

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废气中的温室气体排放和污染物排放量可以通过为排气的每个相关部件和燃料消耗清单确定基于燃料的排放因子来估算。燃料为基础的排放因子是从消耗的燃料转化为来自燃烧过程的排放量的值。排放量通过燃料消耗乘以排放因子来预估。一个船舶的能源效率是衡量使用的能源效率的操作指标，它表示在每单位的运输工作的二氧化碳排放量的实际运行效率(International Maritime Organization, 2010)：

i是特定的航次，FCI是在航行中的燃油消耗，Ccarbon是碳含量的燃料使用，mcargo，i是货物运输的质量，Di是航行距离。EEOI的单位是每英里二氧化碳能力克，和大多数船只，容量表示为吨货物移动。对于一个给定的船队，燃料规格，货物能力和里程是相对固定的，因此，减少排放的一种方法是降低燃油消耗。

1. 影响因素

它的主发动机是船上最大的燃料消耗设备，它的消耗不同于任何由于水的阻力的速度，而这反过来又受到水的深度等因素的影响。额外的确定阻力的重要因素是波浪和风。 根据International Marine Organization (2010)，一个特定的船舶推进能量，涉及55%的能源消耗是由于船体摩擦和波产生的17%，相对比例是稳定的外部条件。波浪，风，或船体粗糙度可以带来额外的阻力，需要考虑特定的航程，我们认为这些更详细。

· 内陆河流区别于开阔大海主要由于它们的水流。虽然详细的计算是困难的，与平静水域的航行相比，一个船的阻力会由于水流在下游降低而在上游增加。

· 当船舶在浅水中航行时，随着大波浪的产生，水的三维流动将接近一二维流动，从而增加作用在船舶上的水压，从而产生额外的阻力。影响将取决于船舶的尺寸，速度和类型。

· 虽然用理论方法量化波浪阻力的努力可以追溯到100多年前，但我们的理解还不完整。Lloyd (1998)研究了额外的风和波的阻力增加了所需的运动所需的力量相比，平静水域的条件，和简单的方法来预测额外的波阻力已经开发，例如， Gerritsma and Beukelman (1972).

·风阻力是明显的船舶与大横向地区以上的水位，如集装箱船舶和汽车渡轮(Bertram, 2000)。风阻力增大功率要求的方式有两种：直接打击的气动阻力和船上间接由于漂移边风 (Hochkirch and Bertram, 2010).van Berlekom (1981)提供的能量需要一个简单的计算；

Rair是风力，CX是风力系数相差一个船舶的船型和额叶区，VR是相对风速，L是一个船的长度。

·船体表面粗糙度可显著提高摩擦阻力。一个粗糙的新船体表面的摩擦阻力，增加了5%。污垢会显著增加。污染是一个生物过程，很难准确预测，虽然Aertssen (1969)发现，大西洋航线航行的船舶，它可以表示为：

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ya是船舶的年龄用年来计量，ya是从上次入船坞后开始计时，Delta;RF/RF的比例增长阻力由于污垢。虽然这只涉及到一个特定的路线，从表面粗糙度的摩擦阻力也持有作为时间的函数。

辅助发动机或发电机，提供日常使用的动力，导航设备和各种其他设备。这些发动机的燃油消耗量取决于类型和船舶的大小；Khersonsky et al. (2007)举例来说，发现货柜船的平均电力负荷为4.8兆瓦，而油轮则为3.8兆瓦。最苛刻的船只是游轮，这需要平均负荷高达7兆瓦的电力和可能高达11兆瓦。船舶通常有多个辅助发动机，最大装机容量通常远远超过所需的平均负荷，因此，并不是所有的辅助发动机同时操作 (Hall, 2010)。因为在我们的案例研究船比主发动机燃烧燃料少得多的发电机和辅助发动机的燃油消耗很大程度上是依赖于时间的，我们只关注EEOI和通航环境的关系，所以本文中我们主要考虑主发动机油耗。

案例研究方法

我们的案例研究选用了一个有代表性的集装箱船，其特点是：

·交货年份：2010。

·容量：325标准箱（装柜）/ 5221吨（散装货物）。

·全长：107米。

·宽度：17.2米

·草图（设计）：4米。

·主机：xcw6200zc-6times;2。

·功率：518kWtimes;2（720 r/min）。

我们的数据要求包括，主机转速，每小时油耗，航行速度等。所使用的仪器和测量单位如表1所示，图4中的油的安装方法如图1所示。

表 1.

数据收集工具

图1.

油量桶的安装

为了尽可能的隔离航行的环境对EEOI的影响，长江航行的奉节-万州支柱要被审核。这支柱拥抱了库区的三个峡谷，一个缓慢的水下速度为0.5公里/小时，其深度超过40米，防止浅水效应。在试验期间，北风低于2级。

允许实际航行资料比较，结果降低了速度，为双引擎的六个主要的发动机转速设置测试；400，460，550，600，700和720转/分钟，利用收集在平静的水不同发动机转速下当船吃水3.2米数据装载3300吨，都是0 #发动机燃烧柴油，得到如图3所示实线结果。比较EEOI计算，当速度优化减少，在这种情况下：

EEOI=(0.4706times;Es-97.8468)times;10^-6

其中Oc是油耗，Vs是船速，而Es是发动机转速。结果如图2所示为虚线。我们看到，随着静水条件下的发动机转速的EEOI稳步增加，在400–700 rpm范围内具有良好的线性关系（从图.（5））。我们看到，在平静的水条件下降低发动机转速会提高能源效率，但需要更长的航程。

图2.

方程与数据曲线

图3

案例研究区

1. 实船航行下的EEOI

基于实际的油耗量，速度和其他数据，不同航程的脚的可变的航行环境来评估对EEOI通航条件的影响。案例研究船舶运行涉及重庆和上海之间的三个组成部分：库区，中游和下游（图3）。深水，有限的侧梯度，缓慢的电流，和稳定的水流表征库区。在三峡大坝汛期的地表水速度为1.4米/秒之前，3米/秒在巴东，3.5米/秒在万州，并在旱季，大坝前它是0.3米/秒，0.5米/秒在巴东，0.7秒在万州。流动在中游更复杂，因为它是以流量的支流在约3米/秒，汛期生产表面水的速度，但高达5米/秒，而在干燥的季节里，它的范围从1米/秒至1.7米/秒的大型水体特征的下达到；以芜湖为例，在汛期地表水的速度可达到2.6米/秒，而在干燥的季节里，只有在0.5米/秒和0.8米/秒。

每个腿在上游和下游的运行测试，用船上的参数作为在平静的水一样；吃水3.2米，装载3300吨，和0 #柴油发动机燃烧。表2显示了这些航行功能的速度和油耗的影响。EEOI的计算使用图4也包括表1.速度和石油消耗，事实上的二氧化碳排放量之间的权衡，是明确的。图4对比结果平静的水面EEOI和现实条件下的水的各种延伸。可以看出，该航道大大影响EEOI各种延伸的实际情况，特别是下游，一旦离开

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