2010年船舶科技最新发展

中船重工经济研究中心 胡琳琳

2010年的船舶科技发展主要围绕绿色环保、新巴拿马运河和北极冰区开展。世界造船强国纷纷采取行动，大力研发相关技术，描绘出了一幅以绿色船舶技术为主，新巴拿马型船、冰区船、新概念船及先进设计制造技术融合发展的炫丽画面。

绿色环保技术全面发展

当前，绿色环保技术席卷全球，船舶绿色化也在各方的推动下不断前行。一方面在国际海事组织（IMO）主导下，各种限制船舶废物排放的强制性国际公约密集出台，陆续生效，迫使船企不断研发相关技术。例如，限制氮氧化物排放的第二层标准已于2011年1月1日生效，比第一层标准减排75%，未来将进一步减排至80%。

为了限制硫氧化物的排放，IMO还对燃油中的硫含量规定了严格的标准。针对船舶温室气体的排放，IMO正紧锣密鼓地开展工作，加紧制定相关公约，预计最快将于2013年出台。压载水管理公约亦将于2016年全面生效。另一方面，航运业运力过剩，竞争激烈，船东出于成本的考虑，也纷纷将目光投向了那些燃油消耗较低的绿色环保型船舶，进一步推动了绿色船舶科技的发展。

——高效柴油机动力技术

欧洲投资8000万欧元从7个方向开展了欧洲高效超低排放船用柴油机研发计划，其主要目标是到2020年，通过将船用柴油机的燃油消耗降低10%，效率提高60%来大幅减少CO2的排放。同时，将NOx排放量减少70%，可吸入微粒的排放量减少50%。

康明斯公司开发出了型号为QSK60，V形、16缸环保发动机，该发动机所使用的模块化共轨燃油系统（MCRS），能够按容积精确地控制喷油量。MCRS使发动机在任何负荷或速度下都能保持持续的高压喷射，高喷油压力可以保证燃油雾化良好，从而提高燃油的燃烧效率，大幅降低废气排放量。

三井造船计划测试大型新一代四气缸发动机，并配备反硝化设备，目标是研发废气循环技术和采用催化剂的氮氧化物减排系统。如果反硝化设备能达到预期效果，氮氧化物污染减排有望达80%。此项投资预计为15亿日元，约1840万美元左右。

瓦锡兰集团和MAN柴油机公司成功开发出了新型的涡轮增压技术，通过使用两级涡轮增压器来增大压力，增加汽缸中的空气量，从而提高燃烧效率。

美国环保排放方案（EcoEmissions Solutions）公司发明了一种嵌入式铂基催化系统，该系统安装缸内，能够使燃料完全燃烧，从而提高柴油机的功率，降低燃油消耗，减少废气排放，并延长柴油机的寿命。

——天然气动力技术

德国曼恩公司预计以天然气为燃料的发动机将会在绿色船型上大显身手，为此，其启动了ME-GI双燃料天然气发动机（以天然气为主要燃料，柴油起引燃作用）的研发，2010年其对研究性发动机进行了测试，2011年1月将在哥本哈根试验新型4T50ME-GI主机。

——可再生能源动力技术

环球造船公司（USC）将开发下一代风帆系统，该系统能够根据需要储放帆，同时配备“Sea-Navi”运行辅助系统来判断风帆使用的最佳条件，并设计获得风能最大的航线，从而达到节约能源和二氧化碳减排的效果。

——节能降耗技术

西门子最新开发的余热回收系统能够使用船舶发动机的废热产生蒸汽，通过蒸汽驱动涡轮机带动涡轮发电机，产生6MW的电力。这将减少12%的燃料消耗和二氧化碳排放量，能源成本下降10%，使船舶的经营更加经济。同时，氮氧化物和硫氧化物的排放量也相应减少。

瓦锡兰的Energopac优化能源效率解决方案是一种可以节省燃料成本的集成推进器和方向舵。经海上测试比较，2艘安装了集成推进器和方向舵的船舶比安装常规推进器节省燃油费用4%。其主要原理是通过减少螺旋桨毂后面的流动分离来减少拖拽，从而在保留续航能力的情况下，降低了船舶摩擦阻力。

——NOx、SOx减排技术

德国曼恩公司正在开发标准的SCR选择性催化还原系统，预计可以清除80%以上的NOx。该系统采用五氧化二钒做为催化剂，尿素作为还原剂，当40%的尿素溶液喷入高温废气时，尿素可以分解为氨水和二氧化碳，进而和NOx发生反应，生成无污染的氮气和水。

瓦锡兰也开发了一种适用于四冲程柴油机的SCR选择性催化还原装置，命名为NOR（Nitrogen Oxides Reducer），其生产高度标准化，可以根据不同的主机型号来选择大小。

对于SOx，虽然可以采用低硫燃油来实现减排，但是低硫燃油的价格高昂，经济性较差。为此，曼恩公司开发了废气洗涤器，测试结果显示，SO2的减排超过了98%，颗粒物（PM）的减排达78%。基于良好的测试结果，曼恩决定在大型二冲程柴油机上进行全面试验，并进一步进行实船试验。

川崎汽船株式会社（K Line），川崎造船集团（KSC）和川崎重工（KHI）将联合开发水乳剂燃料供应系统，并将在实船上进行长期实验。这是首次在实船主机上安装该系统并进行研究试验。试验于2011年正式开始，该系统将被安装在由KSC建造的5.8万吨散货船上，配套的主机由KHI生产。试验的目的是为了利用水乳剂燃料技术和其他NOx减排技术来达到满足IMO关于NOx排放的TierIII标准。

——自动化环保技术

西门子开发了为船舶和船队提供技术和经济运行的管理EcoMain系统。该系统可以使潜在的运行过程可视化，为运营者提供海上航行和减少燃料消耗方面的建议，从而帮助航运公司优化能源和资源使用，增加航运业务的整体效益。

日本邮船为多艘船舶安装了船舶信息管理系统（SIMS），这是一种地面系统，用以监控船舶航速，燃油消耗及船舶运行中的其它情况。通过监控运行状态和共享船岸信息，可以优化船舶运行条件，降低燃油消耗，减轻环境压力。

——压载水处理技术

2010年7月28日，Yuyo汽船和日立公司宣布将在7.8万立方米的LPG船上安装由日立生产的压载水净化系统，这是船上第一次安装清洁压载水系统。而由挪威OceanSaver公司开发的压载水处理系统（BWMS）将安装于韩国现代重工建造的3艘VLCC，这是压载水系统首次安装在VLCC级别的船舶上。标志着压载水处理系统已经全面进入实船应用阶段。

综合运用多种技术打造绿色船舶

——散货船领域

日本今治造船集团开发了2.8万吨节能型散货船，该船加装了节能3%～6%的混合鳍，采用了节能4%的船底漆，并将进一步采用节能4%～8%的空气润滑系统和节能2%的太阳能和风能发电机。同时，今治造船还开发了6.1万载重吨散货船，通过优化船舶，该船船长增加到了199.9米，并装备了混合鳍，使其载重量增大的同时保持了与传统灵便型散货船相当的燃油量。

川崎造船开发了5.8万吨级新型灵便型散货船，该船采用双壳燃油箱以及其他节能技术，包括高效主机，高效推进器以及低摩擦球鼻艏等，从而大大提高了推进性能，降低了燃油消耗。

三井造船公司开发出了最大能够减少三成二氧化碳排放量的大型散货船“neo Supramax66BC”。该船采取电子控制引擎，余热回收系统，低摩擦涂料以及能够根据天气和海浪变化而选择最佳航线的导航系统，从而提高了能源效率。该船最大装载量为6.6万吨，而燃油消耗量却保持在5.6吨级散货船的水平上。

佐野安船厂对现有的8.3万吨超巴拿马型散货船进行了改进，新船舶的燃料效率和能效设计指数提高了10%，并能够满足IMO Tier-II NOx标准。基于同样的理念和设计，佐野安正在开发12万吨灵便好望角型散货船，计划于2011年第一季度完成。

商船三井株式会社披露了新型“ISHIN-III”矿砂专用船的设计理念，该船配备了各种新技术，和常规船舶相比，这种新型船的CO2排放量降低30%。

——油船领域

石川岛播磨开发了节能型VLCC——“未来310T”，该船针对肥大型船舶兴波阻力大的特点，专门设计了“鲸背球艏”，大大降低了兴波阻力。并采用双主机单轴动力系统以及改进型对转螺旋桨，来提高推进效率。在实际海况中，“未来310T”的温室气体排放和燃油消耗可降低30%。

挪威船级社发布了未来油轮新概念船VLCC“Triality”，该船采用了V型船体和新的货舱布置方案，不仅减少了潮湿表面，降低了方形系数，提高了船体能效，而且还可最大程度地减少甚至勿需压载水。“Triality”配备的两台高压双燃料低速主机，采用液化天然气作为燃料，并能够有效利用每次航程中数以百吨的货油蒸汽，最终可实现能源消耗降低25%、二氧化碳减排34%、氮氧化物减排可超过80%、氧化硫和颗粒物质减排95%的目标。

——集装箱船领域

石川岛播磨集团造船业务子公司（IHIMU）开发了13000TEU低环境负荷型集装箱船。新船舶通过采用双导流尾鳍设计和低能耗柴油机，提高了船舶的推进性能，进而使其相比于常规集装箱船实现了温室气体的减排，降低燃油消耗达30%。如果再安装最佳操纵系统，降低值可望达到45%。

韩国STX造船最新开发的13000TEU集装箱船获得了德国劳氏船级社能效设计指数证书。相比于常规集装箱船，这艘由STX建造的集装箱船实现了CO2减排接近20%。STX造船希望对其2013年前后接获的船舶都采用新船能效设计指数进行评估。

——滚装船领域

商船三井在“Neptune Ace”号6400车位滚装船上采用了低摩擦涂料“LF-Sea”，该涂料由商船三井、日本涂料公司以及日本船舶涂料公司共同研发。LF-Sea的主要成分是纯天然的水凝胶材料，其最重要特性是能够填充船体的微小刻痕，进而减小摩擦阻力。新涂料提高了近4%的燃油效率，实现CO2减排达8%～12%。

滚装船是各种船舶中在水面上受到风阻最大的船舶。为了降低风阻，日本旭洋造船株式会社在2000车位滚装船中采用了“半球流线型船首”，风洞试验证明，与传统的船舶相比这种新型的汽车运输船能够在纵向上最多降低风压达到50%。以北大西洋的一般海况和年航行率75%为计算条件，计算结果表明这种新型滚装船预计每年可节省燃油800吨，实现2500吨的二氧化碳减排。

日本邮船旗下Monohakobi技术研发中心（MTI）开发了节能达45%的滚装船。该船通过优化船体型线，采用新型主机、太阳能设备、空气润滑系统，以及改善船舶操纵性能，提高码头装卸效率来达到节能减排的目的。

新巴拿马型船研发热火朝天

苏伊士、阿芙拉、巴拿马、好望角，从这些船舶的名称上就可以看出航线和港口对船舶发展的重大影响力。新的航线往往能够创造新型船舶。当前，投资52.5亿美元的巴拿马运河扩建工程正在如火如荼的进行，工程预计于2014年巴拿马运河通航100周年之际竣工。根据巴拿马运河的扩建计划，运河两端将各修建一个三级提升船闸，船闸的长度扩大至427米，宽度扩大至55米，深度增加至18.3米，与目前巴拿马运河的船闸相比分别增加了122.2米（40%）、21.5米（64%）和5.5米（43%）。这意味着除去四周的护舷，新巴拿马运河可以通过长366米、宽49米的船舶，分别比现在可通行的船舶增加了71.9米（24%），16.7米（52%），如图1所示。巴拿马运河扩建完工后，原巴拿马型船舶由于经济性较差将会失去最初的意义，新巴拿马型船舶将会登上新的历史舞台，成为全球航运界的新宠。当前，日本多个造船企业已将瞄准这一商机，大力开发新巴拿马型船舶。

石川岛播磨船厂推出了9.3万吨的超巴拿马型散货船，其是8.7万吨型散货船的加强型，考虑了巴拿马运河的拓宽和新的准则，船长和吃水和87型相同，但船宽增加到38米，由此有效地增加了船舶载重量。

今治造船开发了新一代9.5万载重吨超巴拿马型散货船，作为下一代船舶，该船以其更大的载货能力为主要特点，船长延长至234.9米，考虑到世界各大港口的进入限制以及船舶本身的推进能力，船宽减少至38米。该船的甲板机械、舱口盖和压载系统全部采用电力驱动，由此降低了漏油风险。船舶的可维护性也有大幅提高，即使在满载情况下，维修人员甚至能够直通压载阀。此外，该船通过采用混合鳍降低了燃油消耗。

日本中小型造船工业会日本造船合作组织（CAJS）开展了新型高能效超巴拿马散货船的研发工作。CAJS称13家成员船厂参与了此项目的研发。他们共享相关的技术数据，并将利用这些数据和技术开发自己的超巴拿马型船，开发出各自的高能效超巴拿马型散货船。

三菱重工推出了型长366米，宽48.8米，吃水15.2米的“MALS 14000CS” 新巴拿马型集装箱船，该船是迄今能够航行于扩建后巴拿马运河的最大的集装箱船。“MALS 14000CS”还采取了多种绿色环保措施，其居住区在船体中部而不是像常规集装箱船布置于船尾机舱上部，集装箱能够装载于居住区的下部，并通过在船尾横向布置斜面，提供了更大的货物空间，这种新的船体型线和总布置实现了CO2减排24%。该船还通过安装MLAS空气润滑系统降低了CO2排放10%，配备改进推进系统降低了CO2排放5%。最终该集装箱船可按常规设计的集装箱船降低二氧化碳排放35%。

图1 巴拿马运河扩建前后对比

冰区船成为科研重要方向

北极航道包括西北航道和东北航道。西北航道东起美国和加拿大东海岸，向西穿过加拿大北极群岛，经波弗特海、白令海峡抵达美加太平洋港口；东北航道西起西欧和北欧港口，穿过西伯利亚沿岸海域，绕过白令海峡到达中国或日本港口。

随着全球气候变暖，北极地区的冰层已经大面积融化，北极航道很可能在2013～2030年左右畅通。如果北极航道正式开通，国际贸易的航程将大大缩短，并带来巨大的经济利益。当前一些航运公司已经先后完成了北极航道的试探性商业航行，2008年一艘加拿大商船穿越西北航道到达努奴瓦特西部地区，完成了西北航道的首次商业航行。2009年德国布鲁格船务有限公司旗下的两艘载重量为12700吨商船，运载着3500吨重型机械配件从韩国蔚山港出发成功穿越东北航道到达了鹿特丹港，完成了东北航道的首次试探性商业航行。2010年俄罗斯洲际油轮运营商Sovcomflot所属的11.6万载重吨成品油轮在两艘核动力破冰船的护航下，于8月14日在摩尔曼斯克起航，再次穿越东北航道于9月初到达了中国宁波港。

事实上，随着气候变暖，北冰洋海冰加速融化，北极地区蕴藏的丰富资源和极具战略价值的航道，都从潜在利益变成了现实利益。届时，国际航运重心必将转向北极，大量的货物将会通过该航线运输，这将会对船舶的需求产生重大改变，现有的船舶无法在低温多冰、气候恶劣的北极地区航行，新型冰区船舶将在世界船舶订单中占据举足轻重的地位。

目前，三星重工已将冰区船舶作为其新技术研发的重要方向，大力开发北极钻井船、北极穿梭油船、破冰LNG船、破冰集装箱船等新概念船。

韩国STX集团正开发大型冰级集装箱船和极地破冰穿梭LNG船。这种破冰穿梭LNG船专为俄罗斯Yamal的LNG项目设计研发，可破冰层1.5米，采用DAS系统（Double Acting System），能够实现船首船尾双向航行。STX还与俄罗斯联邦造船公司共同投资成立了一家新船厂Arctech Helsinki船厂，该船厂将联合芬兰和俄罗斯海事界共同致力于研发北极航运技术和造船技术，并将开始建造专业破冰船及自破冰运输船。

韩国现代重工启动了冰级LNG船和LNG-FPSO的核心技术研发，为极地LNG运输船和极地LNG浮式储油卸油装置（FPSOs）的建造做准备。目前正在进行冰级LNG船的LNG储罐焊接技术研究，运行于极地地区的LNG船相比于常规船舶，要求更厚的铝制罐体。通过开发高效焊接技术，现代重工期望得到来自俄罗斯天然气开采商的LNG船订单。据估计该项目将在2015年前获得1600万美元的投资。

瑞典阿法拉伐公司开发了适用于北极钻探船的PureBallast2500压载水处理设备。挪威船级社开发了冰载荷监测系统，能为船舶操纵人员提供有关冰载荷对船体影响的实时信息，并能将冰层的卫星信息整合成电子航行地图，此外挪威船级社还联合八个国家的十五家组织启动了北极地区海洋工程装置最佳实践标准的制定工作。

新概念船层出不穷

劳氏船级社日前在伦敦公布，已联同希腊船舶管理公司和欧美机电工程与洁净能源研究公司，研究在油轮安装核动力储备组件，落实开发核动力油轮。研究小组将重点研究核动力油轮寿命、船壳设计和防止泄漏设备，尽快研究出能被社会接受的新一代油轮。研究人员将测试能释放超过68兆瓦能源的小型模块反应堆（SMR），期望将SMR用作商船的“核能电池”。

马士基油轮公司，现代重工和挪威船级社已经达成协议，联手对CO2运输船进行设计和风险评估，以便开发容积为2～3.8万立方米，能够以最低-55摄氏度和6.5bar的条件运输液态CO2。目前，马士基油轮公司和现代重工已经制定了建造从排放源向储存仓库运输CO2船舶的初步蓝图。DNV还将提供项目的可行性分析和风险鉴定，确保船舶满足具体的碳捕获和储存要求。

船舶设计制造技术取得新的突破

韩国现代重工推出了一种“数字化焊接系统”，率先在全球用于造船焊接领域。该系统的推出，结束了现代重工自1972年以来采用了近40年的模拟焊接方式。采用这种数字化焊接系统后，即使是初级焊工也能像专家一样进行焊接工作。作为全球最大的造船企业，现代重工计划2011年起开始使用这种数字化焊接系统，预计每年可节约100万人工小时的工作，提高20%的焊接量。到2015年，现代重工造船焊接作业将完全实现数字化。

大宇造船研发出一种新的超大型油船（VLCC）储油舱建造技术。该技术取消了用于抵挡石油晃荡压力的储油舱壁水平附加栓，代之以垂直间隔壁结构。这种新结构抗冲撞力强度增大，可保护舱壁，降低石油的冲撞力，又能延长油舱的使用寿命。此外，由于取消了自重达30吨的水平附加栓，从而减少了船厂的高空吊装和焊接作业，节省了建造时间和费用，提高了VLCC的建造效率。

韩国大宇造船与海洋工程公司完成了“独立B型铝制（ACT-IB）”。LNG罐体的开发，今后将不必支付大量的专利权使用费。该型储罐是目前最大的独立型LNG储罐，可容纳21万立方米LNG，是常规系统8万立方米的3倍。该系统通过了国际海事组织的结构安全检查，同时获得了挪威船级社关于罐体绝热系统的核定。今后该罐体将用至LNG船和浮式或LNG-FPSO的建造，以及大宇新一代绿色船舶中。

回顾2010年，船舶科技围绕绿色环保，在船舶配套、船型、船舶设计制造等方面均取得了重要进展，呈现出了融合发展的态势。无论是现有的主流船型，还是新巴拿马型船、冰区船、新概念船，绿色环保均是其最重要的指标之一。未来几年内，压载水管理公约D-2标准、货油舱PSPC、散货船和油船GBS、TierⅢ等一批国际公约将陆续生效和实施，船东也将更加注重节能降耗，可以肯定绿色环保仍将是未来船舶科技发展的主线。各造船强国将不遗余力地加紧相关技术的研发，推动各项技术的发展。

同时，随着2014年巴拿马运河扩建工程的完工，各国将抓紧开发适用于新运河的20万吨级油船、散货船和1.4万TEU集装箱船等一批新巴拿马型绿色船舶和相关配套设备。而冰区船舶技术也将在韩国及北极地区国家的推动下，取得一系列的进步。此外，面对激烈的竞争，船厂将加快研发那些能够打破技术垄断消减专利费用，减少人工成本，提高劳动效率，降低能源资源消耗的设计制造技术，并进行全面的推广应用。