北极东北航道经济性及未来发展趋势分析*

蔡梅江 曹 伟 胡 冰

（1.中石化中海船舶燃料供应有限公司 广州510623；2.中远海运特种运输有限公司 广州510627；3.武汉理工大学智能交通系统研究中心 武汉430063；4.武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心 武汉430063；5.中国远洋海运集团有限公司 上海200027；6.上海交通大学海洋工程国家重点实验室 上海2000240）

0 引 言

随着北极航线的季节性通航且可通航时间逐渐延长，北极通航问题逐渐引起世界各国关注。北极东北航道在通航条件上，较西北航道、北极点航道而言，岛屿数量少，海冰消融速度快，大部分海冰为一年冰，更加有利于船舶通航。据统计，全球近90%的货物通过海运方式运输到世界各地[1]，中欧作为当今世界上两大贸易市场，在全球海运占据重要地位，中欧航线也是世界上远洋运输的繁忙航线。长久以来，中欧航线一直是穿越马六甲海峡和苏伊士运河这一条传统航线。随着地缘政治和国际间贸易摩擦，更多航运公司将北极东北航道视为中欧航线的替代航线，北极东北航道的开通，对中欧航线形成了一定程度的补充。

北极地区拥有丰富的自然资源，拥有世界未探明石油储量的13%、未开采天然气储量的30%[2]。未来一旦开采，将会促进北冰洋海上货物运输的发展。目前关于北极通航经济性研究，主要集中于探讨海冰的影响、北极航线与传统航线的对比这2 个方面。骆巧云等[3]基于海冰因素的影响，分析北极航次集装箱运输的营运成本，寿建敏等[4]在基于航运经济成本的基础上，对不同规模船型穿越东北航道的经济性进行分析，王诺等[5]在北极通航的大背景下，对中欧航线在北极航线和传统航线2种条件下的经济性进行对比分析。本文通过传统航线与北极航线之间的对比，分析北极航线的经济效益和未来应用前景，结合船舶航次分析结果和目前北极东北航道的开发利用现状，对北极船型趋势和船舶冰级设计进行分析，并展望未来航道建设方向。

1 北极东北航道通航概况

1.1 航道历史通航统计分析

北极东北航道作为穿越北冰洋连接亚洲与西欧的最短海上通道，存在着重要的战略价值和潜在的海上运输和世界贸易经济效益。由于其航段大部分位于俄罗斯北部海域，因此也被俄罗斯联邦称作“北方海航道”（NorthernSea Route，NSR）。

根据俄罗斯北方海航道管理局官方数据显示，自2011—2019 年这9 年间，共计307 艘次船舶穿越了北方海航道，具体船舶通航数量见图1。其中2013 年船舶数量最多，达到了71 艘次，2011—2014年船舶通航数量大体上呈上升趋势，2015—2019年船舶数量较前面而言整体偏少，但仍处于上升趋势。究其原因，主要是北极航道探索热度逐渐消退和船舶商业化运营条件尚不成熟，但由于航道建设不断完善和冰区航行技术逐步提升，就船舶每年通航数量而言，仍处于不断上升的趋势。

图1 2011—2019年NSR船舶通航数量Fig.1 Transits through the NSR，2011—2019

船舶类型以2019年航次为例，对船舶类型进行统计分析，29 艘船舶穿越北极东北航道，共计37 个航次。船舶类型分布具体见图2，其中货船占比最高，共计14艘，其次为冷藏/渔船、油船；对所有船舶的冰区加强进行统计分析，船舶的冰级以Arc4 和Arc5为主。

图2 2019年穿越NSR船型分布Fig.2 Type of ships through the NSR，2019

自20 世纪80 年代以来，从北极海冰覆盖范围和冰厚的变化趋势来看，北极航道通航环境会逐渐改善。

1.2 国内历史航次统计分析

自2011 年底国家提出“海洋强国”发展战略以来，我国航运业稳步发展。2013年8月，中远海运集团所属“永盛”轮在太仓港装载货物后启航北极，开启了中国商船首航北极的“破冰之旅”。2013—2019年，中远海运集团一共派出17艘船，共计31航次，其中东行14个航次，西行17个航次。在北极东北航道31 个航次中，与航经马六甲海峡与苏伊士运河传统航线相比，共节省里程122,812 n miles，节省燃油12,149t/标准煤17,356t，共运输货物52.41万t。

2 海冰与北极航行经济性分析

2.1 海冰对北极航运经济性影响

目前北极航道的开发受海冰因素和船舶低冰级的制约，海冰的存在使得船舶北极航次需要额外考虑许多因素。在船舶建造方面，冰区加强型船舶在造价上较普通船舶有很大区别，主要体现在船体结构、主机及桨舵设施等特殊技术要求；在船舶航行方面，海冰影响着船舶的燃油经济性以及额外支出的破冰船护航费用；在船舶经营上，恶劣的北极冰区航行环境会导致船员薪资和船舶修理等费用的提升。

海冰对北极航行经济效益的影响主要体现为以下3个方面。

1）海冰的存在影响船舶设计和船体结构。船体结构上，冰区加强型船舶在不同程度上将直接导致船舶造价的提高，即船舶冰级越高，其造价相应越高；另一方面，低温环境会导致甲板结冰，影响船舶稳性，在低温条件下，机舱、管系等设备也会受到一定影响，需加装额外的加热或除冰设施。

2）海冰在船舶航行上对经济性影响较大。冰区航行时由于额外的冰阻力，对主机功率提出了更高的要求，这些将直接影响到燃油经济性。C Zhang 等[6]利用皮尔逊相关性分析方法，分析航速、风速、水温、海冰密集度等因素对燃油经济性的影响，结果表明冰区船舶航速是影响燃油消耗的最主要因素，其次为海冰密集度。另一方面，当船舶无法独立航行时，需额外支付破冰船引航费用。根据俄罗斯联邦法律规定，在某一特定海域不同冰情下，不同冰级的船舶会依据规定允许独立航行或者强制破冰船引航，在重度、中度、轻度3种冰情下，指导船舶航行规则。

3）在船舶经营方面，海冰会导致其成本的升高。北极水域属于高风险水域，船员冰区航行经验匮乏，相应的船员薪酬、船舶保险、船体维修等费用较普通船舶有所增加[7]。

2.2 中远北极航次经济性分析

“永盛”轮于2013年成功首航北极东北航道后，中远海运集团一直致力于北极东北航道的商业化探索，共计17艘船舶执行31航次的运输任务。在这17艘船舶当中，仅“永盛”轮以及“天健”“天恩”“天佑”4艘船舶具有Arc 4冰级，其余船舶无冰区加强，具体航次信息见表1。

根据上述介绍的船舶经济性影响因素，采用成本对比的方法，对各个航次的传统航线和北极航线的经济成本进行对比分析，计算航次运输的总成本。

在一般航次成本计算模型中，主要以下费用支出：燃油费、港口及运河费（冰区破冰船引航费用按照北方海航道船舶准入规则计算）、船员工资、保险费、船舶折旧费等。由于北极航线节省的主要为航行里程，相对应的节省船舶燃油消耗和航行时间，且船员工资、船舶保险费用、船舶折旧费等相对于传统航线提升不高，故不计入计算模型中。

因此计算模型主要包含3个部分：燃油费、运河费（破冰引航费用）、节省船期费用。各航次传统航线里程及北极航道里程见表1。在航行里程上，各航次较传统航线节省30%～40%，部分自欧洲至日本、俄罗斯至中国北方港口北极航线较传统航线在里程上的优势更为显著，节约里程达到50%左右。

根据钱作勤等[8]的研究，船舶每海里油耗可根据如下估算方法估算，散货船在普通水域燃油消耗0.12 t/n mile，浮冰水域由于要克服浮冰阻力，燃油消耗翻倍，即0.24 t/n mile。据国家海洋环境预报中心海冰预报信息显示，每年夏季浮冰水域主要集中于维利基茨基海峡区域、桑尼科夫海峡区域、拉普捷夫海部分海域以及东西伯利亚海部分海域。其中2013年、2015年、2016年冰情严重，估计浮冰水域里程700 n mile；2017年、2018年、2019年冰情比较乐观，海冰主要集中于利亚霍夫群岛和北地群岛水域，实际影响维利基茨基海峡区域和桑尼科夫海峡区域，估计浮冰水域里程200 n mile。燃油费用根据海事服务网2020 年1 月1 日公布的港口燃油价格，IF380为280.55 美元/t。

表1 2013—2019 年北极航次汇总Tab.1 List of Arctic voyage since 2013—2019

传统航线中，苏伊士运河费用十分可观，在模型计算中，单次运河费及安保费用计17万美元。在破冰引航费用支出方面，根据2017年“莲花松”号破冰船引航费用，单次北方海航道引航费用计20 万美元。根据历史航次数据得知，与传统航线相比，北极航线节省10～15 d 船期，在此以1.35 万美元/d 计算。表2为每航次节省费用。

2条航线各航次成本见表2。2013—2019年共计节省航行时间871 d，节省航行里程122 812 n mile，根据此模型计算大约节省成本624.44万美元。

3 极地船舶的发展趋势

随着关于冰区航行的船级社规范、国际规则和指南等出台，以及北极东北航道通航条件的日益成熟，未来北极水域船舶活动将逐渐增加。在北冰洋这一特殊水域，以及未来航经北极东北航道的货运需求，极地船型将会有所改变。

3.1 极地商船船型发展趋势

在未来北极商业航行中，根据中远北极航次中船舶类型统计分析，76.4%的船舶类型为货船，并且货船还将持续作为北极东北航道的主要运输船型，往返中欧运输矿石、风机、纸浆等货物。

表2 北极航线节省费用一览表Tab.2 Schedule of cost savings in Arctic voyage

在“冰上丝绸之路”的战略下，YAMAL 液化天然气项目已实现投产运营，在此背景下，结合国内天然气供需和进口状况，未来北极东北航道LNG船舶的运输经济性逐渐凸显，东北航线经济性的优势不断扩大。在北极东北航道夏季无冰期越来越长的大背景下，在北极天然气运输、港口建设的大趋势下，未来LNG船将会穿越北极东北航道进行商业化运输。

在2019 年4 月北极国际论坛上，俄罗斯国家原子能公司提出了未来一系列设想，计划到2024年将北方海航道的货运量提至9 260 万t，主要为天然气、煤、石油等。在俄罗斯方面提出政策的基础上，结合目前北极航道的发展趋势来看，天然气、干散货、集装箱将成为未来经北极航道运输的主要货物。对于在极地实现集装箱班轮运输，还须考虑专用的极地集装箱船舶，并且其作业的形式也需作相应的研究和调整。

3.2 极地非商船船型发展趋势

在北极科学考察方面，极地科考船占据重要的战略地位，其破冰能力、运输能力、航行性能等决定了极地科考的能力[9]。科学考察的项目成果，可应用于航运公司在北极东北航道的商业化探索和运营。“雪龙2号”的成功下水不仅标志着我国北极科考水平的进步，也预示着未来建造更多的极地科考船。

随着北极船舶数量的增加，海上船舶事故不可避免。目前我国极地破冰船的数量较少，缺少冰区应急救援、溢油回收、船舶事故应急处置等救助船舶。

3.3 极地船舶冰级设计

船舶是极地航运的载运工具，船舶的冰级等级决定着船舶的冰区航行能力，影响着船舶的航行安全。张俊武等[10]对目前主流破冰船进行分析，认为目前极地破冰船的发展体现了破冰能力持续增强的特点。张羽等[11]针对环北及国家的破冰船技术进行分析，给我国未来破冰船的建造提出具体建议。寿建敏等[12]在分析冰级船舶保有量、船舶营运等环节，提出建设我国高冰级船队的对策。在传统航线和北极航线的经济性对比分析中，骆巧云等[13]发现冰区加强船和普通船的造价、引航费用、燃油价格是对经济效益影响最大的三大因素。同样，在不挂靠任何港口的条件下，考虑海冰因素的影响，对从我国中部沿海的上海至荷兰鹿特丹港的集装箱航线全年经济性进行分析，发现Arc5 冰级的集装箱船经济性最佳，而Arc7 冰级船由于船舶造价昂贵，全年运输周转量和年利润均低于前者。

从船舶航行安全性的角度来看，是否具备一定的抗冰能力是未来北极船舶设计的关键。根据表2，中远北极运输中45.2%的航次采用破冰船引航的作业模式，且船舶航行时间主要集中于7 至10 月份。由此可见，船舶自身的冰级对北极航次的航行安全和经济性影响巨大。由表2 可得，在有破冰船破冰引航的条件下，节省费用在大多数10 万美元以内，独立航行的条件下，节省费用在20～30万美元左右，因此航次的经济性受破冰船引航费用的影响较大。

自身具备抗冰能力的运输船舶在冰区航行时受恶劣冰情和天气的影响较小，未来船舶通航窗口期将达到6 个月，部分高冰级船舶理论上可实现全年通航，节省巨额的引航费用，同样在航行里程上的缩减，节省了船舶的船期，可以额外安排航次任务。与此同时，抗冰级船舶相对普通船舶来说，船舶造价相对增加。

4 北极航道应用开发方向

加强极地航海保障技术，是我国服务于世界航运、建设“海洋强国”的一项全新的基础性工作[14]。对于我国而言，目前极地活动正逐渐起步，主要为科学考察活动和商业航行。北极科考2年1次，“雪龙2号”的成功下水，未来有望实现1年1次，商业航行主要是中远海运特运公司承担，在通航条件逐渐改善的大背景下，船舶通航数量逐年增加。对于俄罗斯而言，北方海航道占据北极东北航道的主要航段，如何促进海上货物运输一直是俄罗斯未来基础设施建设的重点。早在2018年，俄罗斯承诺，将投资约400亿美元用于基础设施建设，包括修建新的铁路和扩大海港容量，进一步发展北方海航线，将货物运输量增加到8 000万t。

就上述北极东北航道的发展前景而言，结合以上北极东北航道经济效益分析结果，未来北极航道的开发和利用主要集中于极地新型船舶设计、航行保障服务、新型转运港口建设等方向。

4.1 极地新型船舶设计

北极航道开发将促进极地船舶自主设计、建造与配套技术的完善和提升，配套设施关键技术的培育，带动建立大型冰水池等科研基础设施，冰情预报技术，北极冰区船舶智能航行技术，低温材料、冰区船舶防寒、防污染等关键技术装备。逐步形成建造新型的极地运输船、科考船、邮船、渔船等建造能力，培育国家北极航道应急保障体系建设。北极航道开发将促进极地科考活动，为油气、矿物、渔业、旅游等资源开发提供平台，实现极地可持续发展战略。

4.2 极地航行保障服务

在航行保障服务方面，提高气象预报和海冰监测能力是北极船舶航行安全的重要。国内外学者在海冰遥感监测、船舶航行风险保障等方面取得了一定的研究成果[15]。2018 年4 月，中国科学院与芬兰签订了合作协议，协议提出共建北极观测联合研究中心的设想。观测数据是气象预报的基础，随着我国在极地科考的投入，未来建设应着重于极地气象数据观测和调查，加强相关观测系统的建设，并提高海冰、气象观测的精度和分辨率[16]。在综合信息服务数据展示方面，应以更多可视化的方式直观的展示给研究人员和船员[17]。

4.3 极地港口建设

从表1可以看出中远海运特运公司承担的北极航次任务中，西行航次目的港多在西欧地区，东行航次目的港主要集中在东北亚地区，越靠近北部，航程节省比例越大。

目前，欧洲辐轴式枢纽港多位于西欧地区，欧洲北部的货物到港后还需要北上进行支线运输，额外增加航行里程。在未来港口建设上，可依托俄罗斯北方海沿岸港口基本设施和中国强大的基础建设能力，建设新型枢纽港群，完成大型货物的输送和中转任务，提升北极东北航道的竞争力。目前中俄合作共建扎鲁比诺港、阿尔汉格尔斯克市的深水港口改造项目正处于稳步推进中。扎鲁比诺港是一个天然不冻港，位于俄罗斯远东地区，地理位置优越，除了计划建设港口本身，还将建设连接港口和各自腹地的铁路等运输路线，促进货物联运。

5 总 结

北极东北航道的建设和发展必将影响世界未来海上贸易格局，尤其是对中国与欧洲之间的海上运输影响巨大。相对于传统中欧航线，目前北极东北航道的经济性优势存在，但不明显，且受船舶自身冰级的影响较大。未来随着北极航行保障服务的完善、新型冰区加强船舶的建造和投入运营、辐轴式枢纽港口群的建设，北半球的海上运输物流体系将呈现新的格局。