新型绿色智能18万吨散货船

中船重工船舶设计研究中心有限公司 石义静 张金亮 姜 旭

近年来随着环保法规的陆续出台，对船舶环保节能方面的要求越来越高，MARPOL附则VI规定全球含硫量限值到2020年1月1日需减至0.5%。截止2016年1月1日我国已经规划的三个排放控制区：珠江三角洲、长江三角洲和环渤海地区，2016年个别港口已经施行硫含量0.5%的燃料要求，2017年船舶停留时间超过2小时的所有港口施行了硫含量0.5%的燃料要求，2018年进入排放控制区港口的船舶需始终使用硫含量0.5%的燃料。关于氮氧化物排放的控制要求，2016年1月1日或以后建造的且在北美排放控制区或美国加勒比海排放控制区，以及2021年1月1日或以后建造的且在波罗的海或北海排放控制区内都对营运船舶提出了控制要求。压载水排放公约将于2019年9月正式生效。

2017年12月5日，在“2017中国船级社海事技术论坛（新型绿色智能CSR-H散货船船型发布会）”上，中船重工船舶设计研究中心有限公司（CSDC）发布了“绿色智能18万吨散货船”，该船是CSDC研发的第四代好望角型散货船。设计理念主要体现在节能降耗、安全、环境友好、运营经济和高效以及减少维护等方面。本船已经通过了中国船级社（CCS）船型评估，并取得原则性认可。该船型主要特点如下：

1、 CSR-H升级

国际船级社协会油船散货船结构共同规范已于2015年7月1日正式生效。

从规范计算结果来看，对于板材，基本上满足CSR的都满足CSR-H，只是抓斗加强增加了部分内底和底边舱斜板的结构尺寸。对于型材，基本上CSR-H都要比CSR要求高。引起结构尺寸变化的主要原因有：抓斗加强、设计载荷、船体梁强度要求、规范最小值要求等几个方面。从有限元计算结果来看，对于板材、舷侧外板（肋骨区域）、外底板、底纵桁等结构尺寸没有达到CSR-H要求，其板厚的增加主要由屈曲强度引起。对于型材，重量增加较小。

结合有限元计算和规范计算，CSR-H较CSR船体结构变化情况：板材重量增加量略大于型材；甲板、顶边舱舷侧外板、底边舱舷侧外板影响小，内底板、底边舱斜板、外底板、货舱区舷侧外板、顶边舱斜板影响大；CSR-H规范对各舱影响从大到小顺序为重压载舱、重货舱、轻货舱。

经过升级之后，本船结构重量增加约300吨，通过优化升级线型，结构吃水载重量可以达到179600吨，与上一代18万吨船型基本相当。

2、节能高效

虽然国际能源价格起起伏，且目前处于低迷期，但是在严峻的市场环境下，船东对于低能耗的追求是一直不变的，甚至是苛刻的，这一要求始终贯穿于船型研发升级的各个阶段。

随着大数据技术的发展，大量船舶营运特性得以反馈，船舶营运者也对船舶的航行特性越来越明晰，将信息和需求回归到新船型的研发，即形成了新一轮螺旋上升的状态。船东对于航行特性不单局限于单一吃水，而是关注不同吃水、不同航速时的船舶能耗，以及不同海况下的船舶响应。

新一代18万吨散货船结合上一代该型船舶大量试航营运数据，针对不同船东的营运习惯，采用大数据模式，将港口、航道、营运特征作为设计输入，优化船体线型，使不同吃水、不同航速、不同海况等因素形成内在协调优化，线型优化借助CFD数字化手段，并结合水池试验验证，实现综合船舶能耗达到最优。艏部型线为直首。

新一代18万吨散货船节能聚焦于船-机-桨整体的协调优化，在完成船体型线自身优化同时，螺旋桨随之升级，节能装置则是船体与螺旋桨之间的润滑剂和助推器，弥补船体和螺旋桨能量损失。新一代18万吨散货船桨前节能导管和桨后消涡鳍的搭档配置，能在不增加过多成本的前提下，满足降低油耗的目的，实现营运的经济效益。该船主机为MAN的6G70ME-C9.5主机，在选择主机类型和功率负荷时，是以螺旋桨功率、转速匹配为核心，优选各负荷区油耗最低的方案，较之上一代船型油耗减低约4%。

3、 环境友好

本船船舶能效设计指数（EEDI）达到第二阶段，满足2024年要求；

提供低硫燃油方案解决硫氧化物排放控制问题，另外提供洗涤塔脱硫方案备选，设计阶段可以预留空间；

通过选取TIII排放主机，利用废气再循环系统（EGR）或选择性催化还原系统（SCR）满足氮氧化物排放控制要求；

本船配备压载水处理装置，以满足压载水公约；综合舱底水系统；满足防垃圾污染要求；配备高压岸电系统，可实现船舶靠泊时的零排放；配备LED照明系统，应用环保灯具的同时，亦降低了船舶的能耗；提供满足拆船公约要求的有害物质清单。

4、智能化

智能船舶方向取得了CCS船级符号“i-Ship(N, M, E, I)”，即智能航行、智能机舱、智能能效管理和智能集成平台。智能航行使船舶具备了航路设计和优化功能，在保证船舶、人员和货物安全的条件下，设计和优化航路、航速，使燃料消耗最低，并在整个航行期间不断优化；智能机舱具有状态监测、异常分析和故障诊断和为操作及维保养提供辅助操作决策的基本功能，并基于真实需求的维护与维修，降低检验成本；智能能效管理系统根据船舶航行状态、能效及耗能状况在线监测和自动采集数据，对船舶能效及能耗状况进行评估、报告和报警，为船舶能效管理提供辅助决策建议；智能集成平台则集成了智能航行、智能机舱、智能能效管理三个系统的数据，形成船上数据与应用的统一集成平台，实现对船舶的全面监控与智能化管理，并与岸基实现数据交互。

考虑到船东的经济利益，智能船舶的研发对航路设计和优化以及智能能效管理有所倾斜，制定了切实可行的设计方案，可以使船东在智能船舶的运营中得到实实在在的收益。

为了满足智能船舶与岸基之间大量的数据通讯的要求，配备了INMARSAT第5代的INMARSATGX卫星通信站，通信能力最大可达50M每秒，为智能船舶的通信提供了保障。

智能船舶的研发工作获得了CCS的大力支持。CCS与设备厂商、设计部门等相关方面广泛交流合作，编写了智能船舶规范，为智能船舶的实船化奠定了基础。同时，CCS还充分调研了智能船舶相关的设备厂商、设计院、系统院和研究所，将智能船舶相关设备进行了梳理，针对各个智能船舶入级符号，确定了哪些设备厂商可以提供成熟的智能船舶设备，哪些设备尚不够完善，并提供了“船舶智能化及其它功能建议”，这大大缩短了我们智能船舶研发的周期，也为我们的设计指明了方向。

5、装载灵活高效

本船货舱大舱容设计，达到20万立方，满足装载大积载因数货物需求，并配备大开口侧拉式舱口盖，具备均质装载、隔舱装载、多港装卸等多种灵活的装载模式，满足船东各种个性化需求。为适应更高的货物装卸速率，本船配备两台3000m3/h的压载泵，以配合高效的装货需要。本船配有优化的装卸货程序，提高装卸货效率，节省港口停留时间。

6、未来展望

随着互联网、物联网、大数据和云计算等创新技术的发展，信息技术的应用贯穿于散货船设计、建造、营运、维护等全生命阶段。设计者从航线、港口、货品等方面，利用大数据分析为船东量身打造一型满足特定需求的18万吨绿色散货船，实现营运效益的最大化。船舶智能化是未来船舶另一大发展趋势，船舶设备的智能检测维护，伴随着智能化水平的提高，船舶上更多工作将被系统所取代，无人驾驶船舶将会是发展趋势。

随着排放要求的不断提高，以LNG为代表的清洁能源，也将越来越多的为船舶提供动力。核能、光伏光板、太阳能电池、生物能源、石墨烯也从概念逐渐向实际应用发展。

当前，受金融危机影响，散货船市场处于低谷期，但船舶设计的创新不会停滞，安全、节能、环保、高效的主题不会改变。该18万吨散货船船型充分体现了节能环保、安全高效和绿色智能的特点，具有很广阔的市场推广及应用前景。