船舶動力裝置技術(shù)管理_第六章

1、 Chapter 6 船舶營運的經(jīng)濟(jì)性及節(jié)船舶營運的經(jīng)濟(jì)性及節(jié) 能措施能措施 Ships Working Economy and Energy-saving Measure 船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施 船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述 第二節(jié)第二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施

2、 Ship operation economical management 船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述 評價船舶的經(jīng)濟(jì)性， 一方面，計算船舶的運輸能力，以求得每年的收益。 另一方面，計算運輸成本，以求得營運消耗。 年運輸能力年運輸能力 Qt=200n (t或人次) Qtm=200n R (tn mile或人次n mile) Qt ：年貨運量 Qtm ： 年貨運周轉(zhuǎn)量 0：載貨量平均利用率 單程滿載、單程空載船舶， 0=50% 0：船舶設(shè)計載貨(客)量 n ：年航次數(shù) R：預(yù)定航線的航程（n mile） 1.3到到1.5萬箱集裝箱船萬箱集裝箱船 造價造價 造價對船舶的經(jīng)濟(jì)性影響很大，而

3、且直接影響折舊費， 關(guān)系到營運成本、企業(yè)利潤和稅收計算。在船型論證、 初步設(shè)計時需要對造價進(jìn)行估算。 整船一次估算法整船一次估算法 整 船 一 次 估 算 法 圖 6 - 1 海 船 每 載 重 噸 造 價 當(dāng)對造價的精度要求不高時，可根據(jù)載重量或排水 量等參數(shù)，參考有關(guān)船型資料進(jìn)行估算。圖6-1為海船 每載重噸造價的統(tǒng)計資料，由于近年來造價的變化， 此圖僅作為相對值的參考。 整船一次估算法整船一次估算法 干貨船 散貨船 油船 圖6-1 海船每載重噸造價 運輸成本（年營運開支）運輸成本（年營運開支） 船員費用包括基本工資、伙食費、航行津貼、獎金、勞保福利等 折舊費 年基本折舊費=（固定資產(chǎn)原值

4、-預(yù)計殘值）/預(yù)計使用年限 年大修折舊費=使用年限內(nèi)大修費總和/預(yù)計使用年限 年折舊費=年基本折舊費+年大修折舊費 修理費包括歲修和特檢 燃、潤料費略 保險費船舶保險費+船員保險費 港口費 如拖船費、引航費、碼頭費、港務(wù)費、代理費、海關(guān)費、 檢疫費、熏艙費、垃圾費、裝卸費，理貨費、運河費、燈 塔費等 其他費用管理費、通訊費、供應(yīng)費 年收入和年利潤年收入和年利潤 年收入=年運輸能力 平均貨運單價 年利潤： 年營運費年折舊費年利潤 年營運費年折舊費稅后年利潤所得稅 年收益 年收入總額 稅前年利潤 稅后年收益 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 1、單位運輸成本 單位運輸成本是船舶完成單位

5、運輸量所支出的費用， 可用下式計算： bt 單位運量的運輸成本，元/噸或元/人次； btm 單位運輸周轉(zhuǎn)量的運輸成本，元/噸n mile； S 年總成本，元；Qt 年運輸量，噸；Qtm 年貨 運周轉(zhuǎn)量，噸tn mile。 t t Q S b tm tm Q S b 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 2、投資回收期 投資回收期是船舶年運費收入扣除年總成本以后 的年利潤不計利息償還投資的年限。該指標(biāo)直接反映 了投資效果，即 式中：TK 投資回收期，年；A 造價，即船舶 投資額，元；AC 年利潤，元 AC A TK 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3、單位運輸量投資 單位運

6、輸量投資是指按船舶的單位運量平均分?jǐn)偟耐?資。可按下式計算： 元/噸（或元/人次） 元/噸n mile（或元/人次n mile） t t Q A tm tm Q A 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 4、單位綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 單位綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是既考慮船舶投資又考慮成本的綜 合性指標(biāo)，即 式中： KS 單位綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)， bt 單位運量的運輸成本， 單位運量投資 K 投資效果系數(shù) tt KbKS t 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 5、年利潤指標(biāo) 年利潤是年運費收入扣除總成本的余額，即 AC = B S 式中：AC 年利潤，元； B 年運費收入，元； S 年總成本，元。 如

7、果將年利潤除以造價，即為單位投資利潤，這也 是一個重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo)投資不計利息時經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 6、千噸海里燃料消耗指標(biāo) 千噸海里（公里）燃料消耗率是指以單位運量計的 燃油消耗量，即 千噸海里（公里）燃料消耗，kg/ktn mile； R R 船舶年燃料消耗量，t； 年運輸量，t； 年航程，n mile。 3 10 RQ Q R t f f f R f Q t Q 現(xiàn)代工程經(jīng)濟(jì)分析中采用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)現(xiàn)代工程經(jīng)濟(jì)分析中采用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 隨著經(jīng)濟(jì)與財務(wù)因素的復(fù)雜化，上面所述的一些 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越來越顯現(xiàn)出它們的不足之處，現(xiàn)代工程經(jīng) 濟(jì)分析必須考慮下列因素： （1）資金的時間價值，特別是投資

8、在整個營運年限 中的價值變化； （2）在整個營運期中，營運收入和各項費用的變化； （3）經(jīng)濟(jì)與財務(wù)因素，如貸款、津貼、稅金和折舊 等。 考慮了以上因素后，現(xiàn)在國內(nèi)外常用下列經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 凈現(xiàn)值凈現(xiàn)值NPV 把各年的收入和支出，按投資收益率折現(xiàn)后相減的 結(jié)果。其含義是考慮到資金的時間價值后，在使用期 內(nèi)，能獲得利潤（還本付息后）的總現(xiàn)值。當(dāng)其值為 零時，方案收支相抵，恰能達(dá)到預(yù)期的投資收益率。 如所得值為正，表示可以超過預(yù)定的投資收益率，如 所得值為負(fù)，表示達(dá)不到預(yù)定的投資收益率，即 （當(dāng)年收入）-（當(dāng)年營運成本）- （當(dāng)年投資）+ （船價殘值） 現(xiàn)值因素，按i=1，2，n逐年計算 n 船齡 n

9、i PWNPV 1 i PW n PW i PW n i iPW )1 ( 需要的貨運費率需要的貨運費率RFR 為保證一定的利潤率，需要貨運費率不低于一定的值。 即 如算得的RFR低于現(xiàn)時水平。該船的競爭力就強，利 潤率高。如高于現(xiàn)時水平，則該船是不經(jīng)濟(jì)的 年貨運量 船價殘值當(dāng)年投資支出年成本費） n i nii PWPWPW RFR 1 )()( 運輸成本的降低運輸成本的降低 提高船舶營運率和貨物周轉(zhuǎn)量。 降低保險費。 降低修理和維修保養(yǎng)費。 減少船用品和消耗品的消耗。 船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述 第二節(jié)第二節(jié)

10、 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟(jì)性的措施提高船舶經(jīng)濟(jì)性的措施 The determining of optimum voyage speed 航速的變化航速的變化 油船和散裝貨船變化不大。 定期班輪增加較快，最高航速達(dá)到33節(jié)。 70年代之前，油價低，船舶噸位和航速一直在提高。 70年代后，油價高，航速有所下降。 建造新船時航速的選擇建造新船時航速的選擇 柴油機工況點的選擇 最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速的確定 不同設(shè)計方案的比較 柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇）柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇） 50年代，非增壓、低增壓超負(fù)荷能力大，配槳點 為（Pb,nb）。 60年代，中增壓熱

11、負(fù)荷增加，超負(fù)荷能力下降， 配槳點為（90%Pb,nb）。 80年代后，油價高，主機制造廠提供較大的配槳 點選擇范圍。 柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇）柴油機工況點的選擇（即配槳點的選擇） Sulzer RTA型柴油機工況點選擇范圍見圖1 R1：柴油機的MCR，約定100%Pb和100%nb R2 ：保持pz和nb不變，降低pe的經(jīng)濟(jì)運行工況點 R3 ：保持pe的標(biāo)定值不變，降低功率和轉(zhuǎn)速的經(jīng)濟(jì) 運行工況點 R4 ：同時降低pe和nb的經(jīng)濟(jì)運行工況點 圖圖1 Sulzer RTA型柴油機工況點的選擇范圍型柴油機工況點的選擇范圍 建造新船時最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速的確定建造新船時最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速的確定

12、船速取決于螺旋槳的尺寸（D,H/D,A/Ad)槳轉(zhuǎn)速 槳的直徑受船體吃水的限制 主機功率和轉(zhuǎn)速必須滿足槳的要求 主機尺寸增加，投資增加，轉(zhuǎn)速下降，燃油費用下降 主機尺寸減小，投資減小，轉(zhuǎn)速增加，燃油費用增大 最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速的選擇見圖2 機型的選擇見圖3 圖圖2 最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速 圖圖3 機型的選擇機型的選擇 不同設(shè)計方案的比較不同設(shè)計方案的比較 經(jīng)濟(jì)論證的依據(jù) 計劃航線、貨物的品種、噸位、航行天數(shù)、裝卸天數(shù)、 運費、燃油的消耗、港口使費、固定資本。 a.航速對成本的影響 主機功率、修理費、燃料費、折舊費正比于船速的立方。 b.裝卸效率對成本的影響 見圖4 c.造價的影響 見圖5 d

13、.燃油價格變化的影響 見圖6 圖圖4 裝卸效率變化時的影響裝卸效率變化時的影響 1-裝卸效率=500t/d 2-裝卸效率=1000t/d 3-裝卸效率=2000t/d 4-裝卸效率=5000t/d 圖圖5 造價變化時的影響造價變化時的影響 1-造價為100% 2-造價下降25% 3-造價下降50% 圖圖6 燃料價格變化時的影響燃料價格變化時的影響 營運船舶的經(jīng)濟(jì)航速營運船舶的經(jīng)濟(jì)航速 1. 最低耗油率航速：當(dāng)主機在耗油率最低情況下運行時，船舶的航速。 一般在80%Pb下，按推進(jìn)特性工作的主機燃油耗油率最低。 見圖7 若柴油機在航行時經(jīng)常處于較高負(fù)荷工作，應(yīng)盡量選擇這個航速。 2. 最低燃油費用

14、航速：每海里航程燃油消耗量最低時的船舶航速。 見圖8 若柴油機經(jīng)常停航待命和降速航行時，應(yīng)使用改行速。 3. 最高盈利航速（也稱最佳航速）： 船舶最大盈利的航速（也就是船舶消耗最少的航速） 考慮因素：船舶的折舊費、客貨周轉(zhuǎn)量、航行時間、工資、運輸成本 見圖9 當(dāng)運費增加時和燃料費下降時，最佳航速可以提高。 見圖10 圖圖7 e-P曲線曲線 圖圖8 Gn-v曲線曲線 圖圖9 最低單位運輸成本的航速最低單位運輸成本的航速 曲線A-R大（t2/t?。?曲線B-R小（t2/t大） 圖圖10 最佳經(jīng)濟(jì)航速最佳經(jīng)濟(jì)航速 1-標(biāo)準(zhǔn)年收入 2-標(biāo)準(zhǔn)年成本 3-運費增加時的年收入 4-燃料費減少時的年成本 航速

15、對續(xù)航力的影響航速對續(xù)航力的影響 L=vt L:續(xù)航力；v:航速；t:航行時間; g:燃油消耗率 t= m 103/ B=m 103/(g Pe) m:燃油儲備量 B：主、副機、鍋爐每小時燃油消耗量 B=g Pe 穩(wěn)定航行時，n正比于v,Pe=Cv3 t= m 103/(g Pe)= m 103/(g Cv3) L= vt=v m 103/(g Cv3)=m 103/(g Cv2) 由上式可知， 1)當(dāng)g 、m為定值時，L v2=常數(shù) 2)當(dāng)g 、L為定值時， m/v2=常數(shù) 船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速船舶的營運經(jīng)濟(jì)管理和最佳航速 第一節(jié)第一節(jié) 船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述船舶營運經(jīng)濟(jì)性概述 第二節(jié)第

16、二節(jié) 船舶最佳航速船舶最佳航速 第三節(jié)第三節(jié) 提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施提高船舶經(jīng)濟(jì)性的主要措施 The measure to improve efficiency of the ship 設(shè)計中采取相關(guān)措施減少船阻力，提高推進(jìn)設(shè)計中采取相關(guān)措施減少船阻力，提高推進(jìn) 裝置效率裝置效率 1、提高船舶推進(jìn)性能，降低主機的配置功率 1） 改進(jìn)船型與降低船舶阻力 2）采用低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋槳，提高推進(jìn)效率按螺旋槳理論， 理想螺旋槳效率 是推力載荷系數(shù) 的因數(shù)，即： P、A、Vp分別為螺旋槳推力、槳盤面積和槳進(jìn)速；為流體 比重。 pi T T pi 11 2 2 2/1 p T VA P 在上式中；推力P

17、與進(jìn)速VP取決于船體型線、尺度和流速 的初始設(shè)計。若P和VP已定，要提高螺旋槳效率，務(wù)需加 大槳盤面積A，即務(wù)必增大螺旋槳直徑。此時，若槳轉(zhuǎn)速保 持不變，則葉梢線速度增加，會引起摩擦損耗增大，從而 導(dǎo)致推進(jìn)效率的下降。因此，在功率一定的情況下，采用 大直徑螺旋槳必須同時降低轉(zhuǎn)速。這里，螺旋槳轉(zhuǎn)速與其 直徑有一個最佳關(guān)系（使效率達(dá)到最高值時的直徑）。 3）選配節(jié)能型螺旋槳 當(dāng)前，不大可能對普通的螺旋槳設(shè)計作更多的改進(jìn)，除非 冶金學(xué)家能攏出相當(dāng)堅韌的材料，這種材料能使槳葉制造 得更薄而且具有更好的效率。除采用低轉(zhuǎn)速、大直徑螺旋 槳以提高推進(jìn)效率外，還可采用導(dǎo)管螺旋槳，可調(diào)螺距螺 旋槳等節(jié)能型螺旋槳

18、，針對不同的船型以提高推進(jìn)效率。 機槳工況匹配和主機優(yōu)選機槳工況匹配和主機優(yōu)選 u主機按節(jié)油點運行利用主機減額輸出 提高柴油機的熱效率，即降低柴油機耗油率的方法之一是 提高汽缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力Pzmax和平均有效壓力Pe之間的比 值。運行中一般把最大持續(xù)功率MCR時的Pe定為額定值。 減額輸出時，把MCR時的Pe降低作為新的額定點。這樣提 高了和Pzmax的Pe比值，從而，就實現(xiàn)了比MCR低的燃油消 耗率。 機槳工況匹配和主機優(yōu)選機槳工況匹配和主機優(yōu)選 圖6-15是MAN B&W公司的MC系列柴油機的減額輸出區(qū)。 在特定的合同要求下，可以在L1L4方框間任選一點作為 減額最大持續(xù)功率（簡稱DMC

19、R），把該點作為新的額定 點。此時的Pe值比MCR時降低了，燃油消耗率也就降低了。 圖6-15 柴油機減額輸出與燃油消耗率變化 主機經(jīng)濟(jì)選型主機經(jīng)濟(jì)選型 減額輸出方法的主機選型 u 確定的船舶類型、尺寸航速和航線 u 按實船航速要求的功率及轉(zhuǎn)速可在如圖6-15（a）的柴油 機減額輸出框圖內(nèi)找出，圖內(nèi)等航速功率線上值表示功率 減額系數(shù)，即隨著轉(zhuǎn)速降低，槳效率提高，等航速所需功 率降低的百分率。每種型號的柴油機均有自己的匹配框圖 （即等航速功率線匹配到減額輸出區(qū)里） u主機經(jīng)濟(jì)選型時，除考慮主機油耗率外，還應(yīng)根據(jù)具體機 型和該主機的余熱利用，進(jìn)行整個動力裝置的經(jīng)濟(jì)性效率 計算 余熱利用的形式余熱利

20、用的形式 l柴油機動力裝置的動力設(shè)備主要是主柴油機、發(fā)電柴油機和輔助鍋 爐等 l 根據(jù)主機排煙中能量與輔鍋爐或/和發(fā)電柴油機組所需能量 的對比情況，有如下方案 a.廢氣鍋爐部分或全部代替輔鍋爐 b.廢氣鍋爐全部代替輔鍋爐，并部分代替發(fā)電柴油機 c.廢氣鍋爐全部或部分代替發(fā)電柴油機 d.廢氣鍋爐全部用于發(fā)電柴油機和部分代替輔鍋爐 e.廢氣鍋爐全部代替發(fā)電柴油機和全部代替輔鍋爐 f.冷卻水余熱利用驅(qū)動汽輪發(fā)電機或造淡水或空調(diào)系統(tǒng) 加熱作上述5種方案的補充 目前船上已普遍采用方案a和方案b 船舶余熱利用的形式船舶余熱利用的形式 船上余熱利用的形式例舉如下： 形式1見圖1 形式2見圖2 形式3見圖3 形式4見圖4 形式5見圖5 形式6見圖6 形式7見圖7 形式8見圖8 船舶上應(yīng)用最廣泛的是形式1。 圖圖1 余熱利用形式余熱利用形式1 1-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管 3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器 圖圖2 余熱利用形式余熱利用形式2 1-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管 3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器 5-汽輪機6-冷凝器 圖圖3 余熱利用形式余熱利用形式3 1-廢氣鍋爐 2-蒸汽分配管 3-給水泵 4-發(fā)動機淡水冷卻器 5-汽輪機 6-冷凝器 7-給水加熱器 1-廢氣鍋爐 2-蒸