《现代船舶节能与排放控制技术》根据浙江海洋大学2016年轮机工程专业研究生教学大纲的要求,同时参考轮机工程本科专业中船舶动力装置的学习要求以及浙江海洋大学多年来轮机工程研究生课程的教学经验编写而成。
《现代船舶节能与排放控制技术》以新的船舶轮机综合节能技术资料为基础,选用目前典型的现代船用动力装置为主要对象,力图反映现代船舶节能减排技术的发展状况,向学生传授节能减排的新知识。编写者力图使该书具有以下特色。
(1)注重节能与减排两种技术的逻辑关系。该书针对船舶轮机节能减排技术,围绕船舶设计、制造、营运等一系列工程实际问题展开说明。船舶节能和减排两种技术是融为一体的,在服务于工程实际上具有统一性,特别是在柴油机燃耗控制优化等方面,因此该书并不是按两种技术的逻辑顺序,而是从船舶动力装置的性能出发,按实际工程中分析问题、解决问题并体现节能与减排两个指标的逻辑顺序。
(2)适合船舶动力装置的节能线索。与《轮机节能技术及工程应用》一样,该书依照船舶动力装置的内在逻辑和学科体系进行编写,保证知识的完整性及与相关课程的衔接、联系和配合。在船舶动力装置中,常常面临理论分析与工程应用分析的顺序关系问题,因此,该书在编写过程中特别关注每一个知识板块的整体结构,将理论分析与工程应用紧密结合在一起。
(3)注重实际操作知识和能力培养。该书主要作为轮机工程专业研究生教材,也可供轮机管理人员及相关专业工程技术人员参考,教材必须体现其所在领域的综合性。该书在内容的安排上注重船舶动力装置的理论和实践知识相统一,对当前轮机节能减排技术进行综合讲述的同时,注重对船舶动力装置的操作和维修、管理等技术,使得该书内容既适合船舶动力装置的设计人员,也适合船舶管理及操作人员作为技术参考资料。
近年来,由于现代船舶节能与排放控制在提高船舶营运经济效益中的重要作用,国内外在现代船舶节能与排放控制研究方面有了很大的发展。新理论、新技术和新措施层出不穷,如日本推出的超级生态概念船、丹麦推出的“绿色船舶计划”、挪威船级社(DNV)推出的超级节能TRIALITY VLCC概念船等。作为一名轮机工程专业的研究生,就更加有必要具备现代船舶节能与排放控制的系统知识,具备节能工作管理、轮机系统节能产品开发等工程技术能力,以适应轮机节能理论和技术的不断发展。因此,国内船舶工业界和高等院校根据研究生相关培养目标,组织编写了许多有关轮机节能技术的教材,如《能效管理与节能技术》《船舶动力装置及节能技术》《能源与节能管理》,笔者也在2016年编写了《轮机节能技术及工程应用》。这些教材侧重于“总结”,即归纳船舶节能领域的技术成果、产品、实践经验与管理模式,探索新形势下节能工作的发展方向,为节能产业、节能研究提供有益的参考,但对于现代船舶排放控制技术涉及不多,不能体现船舶节能与排放领域的技术综合性,导致教学内容滞后于当前轮机工程技术现状,具体表现在以下几个方面。
相关的教材难以适应当前船舶工业技术的发展方向与节能理念。随着船舶工业的高速发展,其所应用的技术也发生了巨大的变化,比如节能船型设计、船舶概念设计和节能减排技术都处于发展期,其发展方向又受各种环境因素的影响而具有许多不明确因素。最新研究报告表明,新环境保护法律法规的实行可能会使船舶工业的行业成本增加5 000亿美元。相应地,世界各国在概念船的开发上显示了各自的环保理念与技术水平,节能的模式和理念逐渐趋于统一,世界各主要船舶工业强国为在新一轮技术竞争中继续保持领先和支配地位,积极投入和大力发展绿色船舶技术及设备。目前,市场上很难找到一本全面介绍现代船舶节能与排放控制的书籍,导致相当数量的教材基本还在引用陈旧的节能技术与理念,而随着经济环境和社会环境的变化,大多数船舶工业把主要精力集中到了绿色船舶领域,轮机综合节能技术课程同样需要完成相应的转变。
最新的海事法规对船舶节能技术产生了新的影响。国际海事组织(Intemational Maritime Organization,IMO)海洋环境委员会(MEPC)第69次会议批准了关于船舶记录和报告其能耗数据的强制性要求,按照规定.5000总吨及以上的船舶将被要求收集其所使用每种类型燃料的消耗数据以及其他附加的指定数据,随后要求船旗国把这些数据转送到IMO船舶燃油消耗数据库(IMO ship fuel consumption database)。除IMO规定了对船舶记录和报告其油耗数据的要求外,欧盟“MRV法规”[航运温室气体排放“监控、报告、验证(monitoring,reporting,verification)”法规]也对船舶能耗管理提出了新规范,因此未来几年将迎来船舶能耗管理的强制转型期。为寻求节能效果和经济效果都比较好的节能方案,轮机节能技术作为轮机工程技术人员必须研究的课题,必须着眼于当前的国家战略。笔者此前编写的《轮机节能技术及工程应用》引入了新兴产业内容,介绍了海洋工程(油气资源开发)行业清洁能源技术,但在该书中大多以轮机节能技术经济分析为主,难以适应高附加值装备、特种装备、特种船舶等我国海洋经济发展的重要方式。目前,市场上已出版的其他教材也存在同样的问题,仍然只是着眼于以最小的能量消耗取得最大的运输效益。因此,从各种节能措施、方案和政策着手,笔者提出了现代船舶节能与排放控制的研究内容,以能更好地满足当前海运产业节能技术推广的需要。
目前,已出版的相关教材难以满足轮机工程专业学生对轮机节能技术与知识的综合性与全面性需求。国内轮机工程专业有关现代船舶节能与排放控制的教学,由于没有统一的教材,各高校大多选用的是相关的内容,因此系统性和全面性就难以兼顾。相对而言,其他工业领域已经具有了相对完整和系统的教材,比如为国家电网公司节能服务体系建设规划服务的能效管理与节能技术,配电系统节能、电机系统节能、空调系统节能、供热系统节能、建筑节能、照明系统节能、工业用热节能、工业锅炉(炉窑)节能、高耗能行业节能等。相比之下,船舶方面则长期缺少综合节能与排放控制技术方面的教材,或是相关的内容已经不符合实际。为了提高学生素质和实践运用技能,相应的教材也必须进一步综合相关领域知识以适应研究生培养的新需求。
轮机工程专业研究领域广泛,在解决工程问题的同时还要考虑船舶节能与排放控制技术。随着相关环境保护法规的不断实施,对船舶排放的监测提出了越来越高的要求。2015年12月,交通运输部就印发了关于设置和调整船舶排放控制区的方案——《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》;2018年7月,交通运输部办公厅又发布了《船舶排放控制区调整方案(征求意见稿)》。船舶节能与排放控制密切相关,如果没有船舶节能与排放控制思维,很容易导致研究成果现实意义的缺失。因此,在《轮机节能技术及工程应用》的基础上,针对现代船舶节能与排放控制编写一部综合性的教材,对于我校研究生课程轮机综合节能技术来说,不仅是内容的进一步深入,同时也是学习方法和理念的创新。
本书根据浙江海洋大学2016年轮机工程专业研究生教学大纲的要求,同时参考轮机工程本科专业中船舶动力装置的学习要求以及浙江海洋大学多年来轮机工程研究生课程的教学经验编写而成。本书以最新的船舶轮机综合节能技术资料为基础,选用目前典型的现代船用动力装置为主要对象,力图反映现代船舶节能减排技术的发展状况,向学生传授节能减排的最新知识。编写者力图使本书具有以下特色。
(1)注重节能与减排两种技术的逻辑关系。本书针对船舶轮机节能减排技术,围绕船舶设计、制造、营运等一系列工程实际问题展开说明。船舶节能和减排两种技术是融为一体的,在服务于工程实际上具有统一性,特别是在柴油机燃耗控制优化等方面,因此本书并不是按两种技术的逻辑顺序,而是从船舶动力装置的性能出发,按实际工程中分析问题、解决问题并体现节能与减排两个指标的逻辑顺序。
(2)适合船舶动力装置的节能线索。与《轮机节能技术及工程应用》一样,本书依照船舶动力装置的内在逻辑和学科体系进行编写,保证知识的完整性及与相关课程的衔接、联系和配合。在船舶动力装置中,常常面临理论分析与工程应用分析的顺序关系问题,因此,本书在编写过程中特别关注每一个知识板块的整体结构,将理论分析与工程应用紧密结合在一起。
(3)注重实际操作知识和能力培养。本书主要作为轮机工程专业研究生教材,也可供轮机管理人员及相关专业工程技术人员参考,教材必须体现其所在领域的综合性。本书在内容的安排上注重船舶动力装置的理论和实践知识相统一,对当前轮机节能减排技术进行综合讲述的同时,注重对船舶动力装置的操作和维修、管理等技术,使得本书内容既适合船舶动力装置的设计人员,也适合船舶管理及操作人员作为技术参考资料。
由于教材内容广泛,编写时间短促,编者水平有限,书中难免会有疏漏,恳请读者谅解并加以指正,在此表示由衷的感谢。
董良雄,博士,浙江海洋大学教授、硕士生导师,海船甲类3000kW以上轮机长,高级工程师。
曾担任中国外运长航集团有限公司指导轮机长职务。目前主要从事船舶安全管理、船舶设备技术革新等工作。近年来研究重点集中在船舶节能减排、船舶推进系统、海洋大数据应用等方面。
曾主持浙江省自然科学基金项目2项,主持及参与其他国家及省部级项目10个,发表论文30余篇,教材2部。任浙江航海学会理事,浙江省自然科学基金委员会、中国航海学会评审专家等职。
第1章 绪论
1.1 船舶节能技术发展的背景
1.2 船舶减排技术发展的背景
第2章 船舶动力系统的能量概述
2.1 船舶总能系统组成与特点
2.2 船舶典型动力装置及能源使用特征
2.3 柴油机船舶动力装置能量分析
第3章 船舶柴油机燃烧与排放机理分析
3.1 船舶柴油机燃油特性
3.2 燃油的喷射与雾化
3.3 柴油机废气排放产生机理
3.4 船舶柴油机节能与排气污染物控制技术
第4章 船舶排气能量回收与污染物处理装置
4.1 废气涡轮增压器
4.2 余热锅炉
4.3 排气处理装置
第5章 船舶营运管理中的节能减排技术
5.1 船舶能效的评价与监测
5.2 船舶主机性能优化与选型
5.3 船、机、桨的优化匹配及航线航速优化
第6章 船舶有害排放的综合控制技术
6.1 船舶有害排放的防污染管理
6.2 船舶污染事故及处理
6.3 船舶噪声控制
参考文献