發(fā)展綠色海洋技術(shù) 支持海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展

高艷波,柴玉萍,劉玉新,王 芳

(國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112)

發(fā)展綠色海洋技術(shù) 支持海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展

高艷波,柴玉萍,劉玉新,王 芳

(國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112)

隨著全球性的能源短缺、環(huán)境污染和氣候變暖問(wèn)題日益突出,綠色技術(shù)的重要性和緊迫性日益凸顯。發(fā)展綠色海洋技術(shù),貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、支持海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是未來(lái)海洋技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)。文章將論述國(guó)內(nèi)外在綠色海洋可再生能源技術(shù)、綠色海洋生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、綠色造船技術(shù)及其自治式水下潛器技術(shù)的進(jìn)展。

發(fā)展;綠色海洋技術(shù);海洋經(jīng)濟(jì);可持續(xù)發(fā)展

1 發(fā)展背景

目前,世界經(jīng)濟(jì)正處于大調(diào)整大變革中,無(wú)論是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家,都想抓住綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的契機(jī),培育以低碳排放為特征的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展綠色海洋技術(shù),支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是未來(lái)海洋技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)。目前世界海洋強(qiáng)國(guó)都在大力發(fā)展綠色海洋技術(shù),其中在海洋可再生能源技術(shù)、海洋生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、造船技術(shù)及其自治式水下潛器技術(shù)的取得了令人矚目的成果,有力支持了綠色海洋技術(shù)的發(fā)展。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 綠色海洋可再生能源技術(shù)

海洋可再生能源技術(shù)已成為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要技術(shù)支撐和能源供給的重要保障,也成為發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)輸出的重要內(nèi)容之一。海洋可再生能源受重視的背景:一是低碳經(jīng)濟(jì)和國(guó)際溫室氣體排放路線圖;二是化石能源日益短缺。

英國(guó)最為典型,它有豐富的海洋可再生能源,潮汐能資源為歐洲的1/2,使用潮流發(fā)電裝置SeaGen能使英國(guó)所需電力的1/5從海洋中獲取;2003年英國(guó)首次提出低碳經(jīng)濟(jì)概念,2009年又發(fā)布了《英國(guó)低碳轉(zhuǎn)換計(jì)劃》,并重申:英國(guó)政府不僅要通過(guò)發(fā)展、應(yīng)用和輸出低碳技術(shù)創(chuàng)造新的商機(jī)和就業(yè)機(jī)會(huì),而且要在支持世界各國(guó)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展方面成為歐洲乃至世界的先導(dǎo)[1]?？稍偕茉吹拈_(kāi)發(fā)利用已使蘇格蘭地區(qū)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。英國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)海洋潮流能、波浪能和海上風(fēng)能,相關(guān)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。750千瓦級(jí)的離岸式波浪能轉(zhuǎn)換器已投入運(yùn)行,計(jì)劃總裝機(jī)容量2 250 kW;被稱為世界上第一個(gè)商業(yè)化的潮流發(fā)電裝置SeaGen,有可能帶來(lái)海洋能源利用領(lǐng)域的“革命”,到2015年英國(guó)基于SeaGen技術(shù)的潮流發(fā)電總功率將達(dá)到50萬(wàn)kW。2008年英國(guó)政府確定在10年內(nèi)建成33 000 MW風(fēng)力發(fā)電能力的目標(biāo),包括英吉利海峽在內(nèi)的全部英國(guó)大陸架上都將開(kāi)發(fā)風(fēng)力發(fā)電園區(qū),可向2 500萬(wàn)戶家庭供應(yīng)電力。2009年,繼Pelamis公司研制成功“海蛇”(Seasnake)波能發(fā)電裝置后,南安普頓大學(xué)又研制成功被稱為“巨蟒”的新型波浪能發(fā)電裝置。該裝置通身用橡膠制成,長(zhǎng)約200 m、直徑達(dá)7 m,重量輕,而“海蛇”則是不銹鋼、混凝土和橡膠的混合體。“巨蟒”由波能采集和轉(zhuǎn)換器兩大系統(tǒng)組成。由于橡膠材料的伸縮性,它捕獲海浪能的本領(lǐng)更強(qiáng),經(jīng)歐洲海洋能中心現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,“巨蟒”捕獲海浪能的能力約是“海蛇”的3倍,平均可達(dá)到1 MW的功率[2]。英國(guó)規(guī)劃到2011年時(shí),31%的電力生產(chǎn)來(lái)自于可再生能源,到2020年這一比例將進(jìn)一步提升至50%,其中由波浪和潮汐產(chǎn)生的電能將達(dá)到1 300 MW[3]。

在歐洲地區(qū),海上風(fēng)能發(fā)電被普遍看好。歐盟《戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃》(SET)草案提出,要在2020年前努力實(shí)現(xiàn)風(fēng)電發(fā)電占所有供電的1/5。歐盟國(guó)家是傳統(tǒng)的風(fēng)電強(qiáng)國(guó),依靠逐步積累的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)有能力開(kāi)發(fā)技術(shù)難度更高的海上風(fēng)電設(shè)備,因此歐盟不少國(guó)家已經(jīng)把海上風(fēng)電作為未來(lái)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。雖然目前海上風(fēng)電提供的電力尚不足總量的0.3%,但歐盟仍欲將海上風(fēng)電總裝機(jī)容量從目前的15億W躍升至2030年的1 500億W[4]。

英國(guó)計(jì)劃到2030年海上風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到330億W。目前英國(guó)來(lái)自岸上及海上風(fēng)力發(fā)電站的電量足夠供應(yīng)150萬(wàn)家庭使用,其中,海上風(fēng)力發(fā)電量占總發(fā)電量的20%。2009年2月,英國(guó)能源與氣候變化部(department fo r energy and climate change)宣稱,在未來(lái)10年里將在海上新建5 000～7 000個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī),裝機(jī)容量250億W,相當(dāng)于25個(gè)大型燃煤發(fā)電廠。

英國(guó)離岸海上風(fēng)田“倫敦陣列”2009年開(kāi)工,計(jì)劃修建341座大型風(fēng)力渦輪機(jī),該風(fēng)田位于肯特郡和艾塞克斯郡的海岸,可產(chǎn)生100萬(wàn)kW的電力,為2012年的倫敦奧運(yùn)會(huì)提供足夠的電力,年可減排190萬(wàn)t二氧化碳。蘇格蘭羅賓里格(Robin Rig)海上風(fēng)田2010年投入運(yùn)營(yíng),距海岸約9 km,由60臺(tái)3 000 kW的風(fēng)機(jī)組成,年可發(fā)電5.5億kW·h,年減排23萬(wàn)t二氧化碳。在建的大加巴德海上風(fēng)田,采用140臺(tái)3 600 kW的風(fēng)電機(jī)組,總裝機(jī)容量50.4萬(wàn)kW,年減排100萬(wàn)t二氧化碳,2009年重點(diǎn)建設(shè)海上工程,計(jì)劃2011年商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2009年10月,英國(guó)能源技術(shù)研究所宣布,將投入2 000萬(wàn)英鎊研究海上浮動(dòng)風(fēng)電場(chǎng),運(yùn)用開(kāi)采石油的浮動(dòng)鉆井技術(shù)發(fā)展水深可達(dá)300 m的海上浮動(dòng)風(fēng)電場(chǎng)。挪威國(guó)家石油海德魯公司和國(guó)家電力公司正在與英國(guó)就建設(shè)近海浮動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電園項(xiàng)目進(jìn)行談判,計(jì)劃建設(shè)9個(gè)近海風(fēng)力發(fā)電園,設(shè)計(jì)裝機(jī)容量250億W,最高投資額3 000億挪威克朗。

德國(guó)也在大力發(fā)展海上風(fēng)電,計(jì)劃在2008—2020年投資7億英鎊,在漢堡近海建設(shè)30萬(wàn)kW的海上風(fēng)田,為全國(guó)提供30%的發(fā)電量。2009年8月開(kāi)工建設(shè)的阿爾法·文圖斯海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng),離岸45 km,歐洲現(xiàn)有海上風(fēng)電場(chǎng)離岸最遠(yuǎn)才20 km。9月,德國(guó)聯(lián)邦交通部長(zhǎng)蒂芬澤稱,政府打算在北海和波羅的海建40個(gè)海上風(fēng)電園,其中北海30個(gè),波羅的海10個(gè),總裝機(jī)容量為120億W,可滿足1 200萬(wàn)家庭用電需求,并為德國(guó)北部創(chuàng)造3萬(wàn)個(gè)工作崗位。

2009年9月8日,挪威能源巨頭——挪威國(guó)家石油海德羅公司(StatoilHydro)宣稱,被稱為Hyw ind的世界首個(gè)海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電站在挪威北海正式啟用。Hyw ind高65 m,重達(dá)5 300 t,發(fā)電量為2.3 MW,位于挪威卡莫伊島(Karmoey)附近10 km處。發(fā)電機(jī)設(shè)置在一個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)上,由3根纜索與海底固定,壓艙物是水和巖石。Hyw ind用于水深120～700 m的離岸海域。項(xiàng)目總投資4億挪威克朗(約合6 600萬(wàn)美元)。2008—2025年,挪威將投資440億美元開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電。

美國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)波浪能,在建波浪能電站48個(gè),每年將發(fā)電21億kW·h。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬聲稱“美國(guó)準(zhǔn)備在新能源和環(huán)保問(wèn)題上重新領(lǐng)導(dǎo)世界”。美國(guó)點(diǎn)吸收離岸波能發(fā)電技術(shù)已向規(guī)?；蛯?shí)用化發(fā)展,2009年2月,美國(guó)海洋動(dòng)力技術(shù)公司(OPT)開(kāi)發(fā)的點(diǎn)吸收式波能發(fā)電浮標(biāo)(Pow erBuoy)陣列投入運(yùn)行,開(kāi)始為美國(guó)海軍的海底水聲監(jiān)聽(tīng)站供電。該裝置單機(jī)最大功率150 kW,多個(gè)浮標(biāo)可以隨意組合成陣列,目前該浮標(biāo)陣列總裝機(jī)容量約1萬(wàn)kW,錨泊在距新澤西海岸120 km、水深約1 006 m的海域,發(fā)出的電力經(jīng)波能發(fā)電分集器(Wave Hub)由水下電纜輸送到監(jiān)聽(tīng)站。該項(xiàng)技術(shù)解決了深海觀測(cè)和軍事設(shè)施的長(zhǎng)期供電問(wèn)題,標(biāo)志深海水下供電技術(shù)取得重大進(jìn)展。同時(shí),該技術(shù)可適應(yīng)不同波長(zhǎng)的波浪,可以與海上風(fēng)能和太陽(yáng)能互補(bǔ),提供更大功率和更穩(wěn)定的電能,被作為OPT旗艦產(chǎn)品重點(diǎn)開(kāi)發(fā),且OPT與美國(guó)海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已簽訂多個(gè)技術(shù)服務(wù)合同。

韓國(guó)重點(diǎn)發(fā)展潮汐、潮流和海上風(fēng)力電站。即將建成世界上規(guī)模最大的始華湖潮汐電站,裝機(jī)容量25.4萬(wàn)kW,可年替代石油86萬(wàn)桶;2008—2015年,將建設(shè)30萬(wàn)kW的潮流發(fā)電站和總?cè)萘繛?0萬(wàn)kW的海上風(fēng)力發(fā)電群。日本2008年研發(fā)出太陽(yáng)能和風(fēng)能相結(jié)合的30萬(wàn)kW“海上浮動(dòng)環(huán)保發(fā)電站”。

我國(guó)目前已具備發(fā)展大型潮汐能發(fā)電站的技術(shù)基礎(chǔ);潮流能發(fā)電技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)方面與世界先進(jìn)水平相差并不懸殊,均處于試驗(yàn)階段;波浪發(fā)電技術(shù)研究雖起步較晚,但發(fā)展很快;溫差能發(fā)電技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)方面與世界先進(jìn)水平有較大的差距;海洋風(fēng)能發(fā)電起步晚,核心技術(shù)不在我們手里;利用規(guī)模小于歐美。

2.2 綠色海洋生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)

近年來(lái),以海洋微藻為主的海洋生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究逐漸成為發(fā)達(dá)海洋國(guó)家的研究熱點(diǎn)。微藻富含多種脂質(zhì),硅藻的脂質(zhì)含量高達(dá)70%～85%,世界上有近10萬(wàn)種硅藻。全球石油俱樂(lè)部評(píng)估,1 hm2微藻年產(chǎn)96 000 L生物柴油,而1 hm2大豆只能生產(chǎn)446 L柴油。

2007年9月,美國(guó)Vertigro過(guò)程公司在德州El Paso的海藻研發(fā)中心正式啟動(dòng)商業(yè)運(yùn)營(yíng),開(kāi)始大量生產(chǎn)快速生長(zhǎng)的海藻,并以此作為原料,用于生物燃料的生產(chǎn)。目前生物反應(yīng)器工業(yè)化試驗(yàn)一直很順利,已證明閉環(huán)生物反應(yīng)器系統(tǒng)能成功地在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)海藻。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)高速海藻篩選設(shè)備可優(yōu)化海藻生長(zhǎng)條件。目前,Vertigro公司已與葡萄牙和南非的合作伙伴簽約,將海藻的工業(yè)化生產(chǎn)推向商業(yè)化應(yīng)用。美國(guó)猶他(U tah)州立大學(xué)的科學(xué)家,利用一種全新技術(shù)從藻類(lèi)中提取出了油,并將其轉(zhuǎn)化為生物柴油燃料,而且期望到2009年能得到在價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)力的生物柴油。同年,西班牙阿利坎特市生物燃料系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)出一種生物燃料系統(tǒng),在2 m3的水中每天生產(chǎn)6 kg的“生態(tài)石油”,這比種植大豆等生物燃料作物的效率要高數(shù)千倍,下一個(gè)目標(biāo)是建立一個(gè)以“生態(tài)石油”為燃料的電廠,發(fā)電能力為30 MW[5]。

2008年6月,美國(guó)藍(lán)寶石(Sapphire)能源公司宣布,以海藻為原料生產(chǎn)的辛烷值為91的可再生汽油將推向市場(chǎng),這一創(chuàng)新工藝以海藻為起始原料直接生產(chǎn)汽油。殼牌公司與美國(guó)夏威夷HR生物石油公司組建合資企業(yè)Cellena公司,在夏威夷建設(shè)利用海藻生長(zhǎng)和生產(chǎn)植物油用以轉(zhuǎn)化為生物燃料的中型裝置。西雅圖生質(zhì)柴油的母公司Imperium Renewables籌款1 000萬(wàn)美元,用于生物質(zhì)柴油的開(kāi)發(fā)。同年10月,英國(guó)碳基金公司(Carbon Trust)計(jì)劃耗資2 600萬(wàn)英鎊,開(kāi)發(fā)利用藻類(lèi)生產(chǎn)道路交通和航運(yùn)燃料。

2009年美國(guó)生物技術(shù)公司OriginOil表示,正在加快推進(jìn)一項(xiàng)以海藻為原料生產(chǎn)生物燃料關(guān)鍵技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。該技術(shù)使用超聲波和電磁脈沖來(lái)?yè)舸┖Ｔ寮?xì)胞壁,釋放海藻細(xì)胞內(nèi)所含的油,然后向海藻溶液中注入二氧化碳以降低溶液的p H值,同時(shí)分離出溶液中的生物質(zhì)油和水,所獲取的油料進(jìn)一步加工處理,水可以循環(huán)使用。一步法抽提工藝全過(guò)程只需幾分鐘,減少了投資和操作成本,與現(xiàn)有的海藻制油技術(shù)相比,不需要使用溶劑來(lái)抽提油。O riginOil已經(jīng)與Desmet Ballestra合作,以加快推進(jìn)一步法工藝的商業(yè)化進(jìn)程。美國(guó)A lgenol公司開(kāi)始在墨西哥Sonoran地區(qū)利用海藻制取1億加侖乙醇,計(jì)劃到2012年底增加到10億加侖乙醇,這相當(dāng)于美國(guó)現(xiàn)有乙醇生產(chǎn)能力的10%以上。A lgenol公司在美國(guó)馬里蘭州擁有世界上最大的海藻養(yǎng)殖場(chǎng),其目標(biāo)是研究這種微生物在海水或新鮮水中的生長(zhǎng),并進(jìn)行技術(shù)拓展,以達(dá)到在美國(guó)沿海建立海藻制乙醇生產(chǎn)基地的目的。

2008年,韓國(guó)海洋研究院和江原大學(xué)合作,利用韓國(guó)濟(jì)州地區(qū)的滸苔和孔石莼,成功生產(chǎn)了生物乙醇。滸苔是一種綠藻,通過(guò)光合作用生成原料淀粉,含有50%的碳水化合物,用作生物乙醇原料價(jià)值很高。從形成藍(lán)藻水華的孔石莼中萃取的淀粉生產(chǎn)的生物乙醇,比用石花菜生產(chǎn)的生物乙醇具有更高的濃度和萃取率。2009年,韓國(guó)海洋研究院宣布,研發(fā)出從海藻中提取生物乙醇的高壓液化技術(shù)(HPL T),通過(guò)壓力制造液體對(duì)海藻類(lèi)組織進(jìn)行完全的均質(zhì)化,成功地提取了作為乙醇原料的糖。研究小組還發(fā)現(xiàn),利用釀酒酵母SC1024的變異菌株可以生產(chǎn)出濃度為每升160 g的乙醇。以HPL T技術(shù)為基礎(chǔ)的生物乙醇提取技術(shù),已在韓國(guó)及美國(guó)、歐洲、中國(guó)和日本申請(qǐng)國(guó)際專(zhuān)利。據(jù)稱,這是世界上第一項(xiàng)用液體溶解海藻類(lèi)生物量的技術(shù)。

我國(guó)海洋生物質(zhì)能發(fā)展目前已解決了海帶、紫菜和裙帶菜等海藻的大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù),開(kāi)展了螺旋藻、鹽藻和小球藻等微藻的藻種選育、大規(guī)模培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)化工作,在大型海藻栽培和微藻養(yǎng)殖的某些方面達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平,積累了一批具有產(chǎn)能前景的藻種資源。

2.3 綠色造船技術(shù)

專(zhuān)家預(yù)計(jì),涉足綠色技術(shù)造船市場(chǎng)的公司將引領(lǐng)造船和海上運(yùn)輸業(yè),生態(tài)友好船舶可以為全球的二氧化碳排放減少3.3%。船舶節(jié)能減排技術(shù)方面的研發(fā),主要包括船型設(shè)計(jì)、船舶輔助能源和可再生能源利用以及綜合利用各種措施。各國(guó)船企正采取多種措施,發(fā)展生態(tài)友好船舶技術(shù),努力實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。國(guó)際海事組織正在制訂船舶減少溫室氣體排放的標(biāo)準(zhǔn)。

目前,以節(jié)能環(huán)保為代表的低碳船舶技術(shù)正成為韓國(guó)和日本造船業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)。尤其是在當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)成為熱潮的背景下,這一技術(shù)將成為競(jìng)爭(zhēng)法寶。韓國(guó)和日本越是在產(chǎn)業(yè)低谷時(shí)期,越注重研發(fā)高科技的低碳船舶產(chǎn)品,這是支持韓國(guó)和日本船企領(lǐng)先全球造船產(chǎn)業(yè)的秘籍。

2009年以來(lái),韓國(guó)主要造船企業(yè)已經(jīng)在“低碳”船舶領(lǐng)域有所突破。三星重工公布了建造環(huán)保船的計(jì)劃,宣布了開(kāi)發(fā)可以減少30%溫室氣體排放的生態(tài)友好船等3項(xiàng)重大戰(zhàn)略,并成為全球第一家宣布了建造開(kāi)發(fā)生態(tài)友好船、減少溫室氣體排放詳細(xì)計(jì)劃及倡導(dǎo)綠色造船的企業(yè),主要技術(shù)包括:設(shè)計(jì)形狀最佳、可以使燃油效率最大化的船舶,開(kāi)發(fā)包括熱回收系統(tǒng)和低溫燃燒裝置在內(nèi)的可以提高能源效率的技術(shù),開(kāi)發(fā)液化天然氣和氫燃料電池以及二氧化碳收集技術(shù),應(yīng)用綠色技術(shù)開(kāi)發(fā)13 000標(biāo)箱級(jí)集裝箱船。STX造船海洋成功研發(fā)出“綠色之夢(mèng)”生態(tài)環(huán)保船舶;三星造船開(kāi)發(fā)出“三星最優(yōu)航線評(píng)估系統(tǒng)”軟件;現(xiàn)代重工開(kāi)發(fā)出柴電混合動(dòng)力巡邏艦。韓國(guó)大宇造船與德國(guó)船用柴油機(jī)生產(chǎn)商MAN Diesel合作,將大宇的低溫高壓氣體供應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)與MAN Diesel的4T50 M E-GI低速柴油機(jī)主機(jī)結(jié)合,開(kāi)發(fā)可在非天然氣運(yùn)輸船上使用天然氣作為燃料的4T50M E-GI型主機(jī),以降低營(yíng)運(yùn)開(kāi)支和減少排放污染物,假如將有關(guān)主機(jī)應(yīng)用在一艘14 000箱集箱船上,每年將最少節(jié)省1 200萬(wàn)美元營(yíng)運(yùn)費(fèi)。這些船舶憑借更低的油耗、排放以及更高的推進(jìn)效率而受到各國(guó)船東的普遍歡迎,除價(jià)格手段外,節(jié)能、環(huán)保技術(shù)將成為韓國(guó)造船企業(yè)搶奪訂單的又一把利器[6]。

面對(duì)世界競(jìng)爭(zhēng),日本船業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是發(fā)展專(zhuān)利技術(shù),占據(jù)船舶技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位。近5年來(lái),日本造船專(zhuān)利總數(shù)占世界造船總專(zhuān)利數(shù)的32%,位居世界第一。2009年“御夫座領(lǐng)袖號(hào)”太陽(yáng)能貨船試航成功,全新環(huán)保概念貨柜船設(shè)計(jì)可減少69%的二氧化碳排放量。日本三菱重工與日本郵船(N YK)合作,研發(fā)船底噴射氣泡技術(shù),期望通過(guò)“空氣潤(rùn)滑系統(tǒng)”,降低航行時(shí)的水阻力,實(shí)現(xiàn)降低10%二氧化碳排放量的目標(biāo)。日本旭洋船廠采用了半球形SSS船首建造2 000車(chē)位的純汽車(chē)運(yùn)輸船,預(yù)計(jì)其風(fēng)阻力將比傳統(tǒng)的方形PCC船首減少50%,在北太平洋海洋和大氣狀況下運(yùn)行時(shí),理論上每年可以節(jié)省800 t燃油和減少2 500 t二氧化碳排放。日本郵船設(shè)計(jì)研發(fā)了集裝箱船模型“超級(jí)環(huán)保船2030”,船全長(zhǎng)352 m,甲板上被太陽(yáng)能發(fā)電板覆蓋,8張伸出的船帆像翅膀可將風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥屏?采用可拆卸的集裝箱式燃料電池作為主要?jiǎng)恿υ?這使船體重量減少了約兩成,相比現(xiàn)在以柴油機(jī)為動(dòng)力的船舶可減少近7成的二氧化碳排放。日商船三井公司研發(fā)環(huán)保型混合動(dòng)力汽車(chē)運(yùn)輸船,將于2012年下水,該船采用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和鋰電池技術(shù)的混合電源系統(tǒng),在遠(yuǎn)洋航行中可以減少5成的二氧化碳排放;靠港停泊時(shí)由電池為船舶供電,關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組,可實(shí)現(xiàn)在港灣內(nèi)航行以及裝卸時(shí)的零排放。日本東京大學(xué)日前制訂了開(kāi)發(fā)新概念風(fēng)力助推船舶新計(jì)劃,目標(biāo)是在3年內(nèi)完成新船型設(shè)計(jì)和進(jìn)行商業(yè)化推廣,新概念船將以風(fēng)力作為主要?jiǎng)恿?傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)為輔助動(dòng)力,采用碳復(fù)合材料制造的大型靈活風(fēng)帆自動(dòng)航行系統(tǒng),一艘好望角型散貨船將需要9張帆,每張帆的面積1 000 m2。

近幾年,國(guó)際海事組織(IMO)已經(jīng)和正在制定實(shí)施一系列貫徹節(jié)能、減排、安全、環(huán)保和質(zhì)量要求的國(guó)際造船新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)。如,船舶共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(CSR)、新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EED I)、涂層新標(biāo)準(zhǔn)(PSPC)、目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)(GBS)和壓載水管理公約(BMW)等,這是對(duì)各國(guó)船舶工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)提出的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。日本和韓國(guó)等造船國(guó)家都把研究新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范,開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型船舶作為其占領(lǐng)和搶奪未來(lái)市場(chǎng)的關(guān)鍵。

我國(guó)也在采取多種措施,積極發(fā)展節(jié)能環(huán)保船舶,并認(rèn)真研究國(guó)際海事組織(IMO)的國(guó)際造船新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)。例如,中遠(yuǎn)集團(tuán)計(jì)劃在油輪上設(shè)計(jì)、安裝一套由剛性鋁制翼狀太陽(yáng)能電池板構(gòu)成的高30 m的新型風(fēng)帆,并能夠自動(dòng)偵測(cè)風(fēng)向和太陽(yáng)光而調(diào)整最佳角度,船舶可借風(fēng)力推動(dòng),預(yù)計(jì)可因此節(jié)省2～4成的燃油消耗,同時(shí)可為船上設(shè)備提供總電力的5%,通過(guò)電腦連接至現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng),感應(yīng)器會(huì)自動(dòng)適應(yīng)風(fēng)向、風(fēng)速調(diào)整太陽(yáng)能帆,幫助船舶到達(dá)目的地;大連船舶重工集團(tuán)在對(duì)新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)計(jì)算、實(shí)船能效指數(shù)驗(yàn)證、市場(chǎng)機(jī)制的深入探討的基礎(chǔ)上,形成了新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)船能效指數(shù)驗(yàn)證的相關(guān)規(guī)定,為“低碳”船開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ),并通過(guò)先進(jìn)的船型設(shè)計(jì)技術(shù),高效的船、機(jī)、槳匹配,先進(jìn)船舶余能利用等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使新研發(fā)的船舶產(chǎn)品具備先進(jìn)的低碳特點(diǎn),率先考慮了新船能效設(shè)計(jì)指數(shù),先后開(kāi)發(fā)出新型32萬(wàn)t超大型油船、11萬(wàn)t阿芙拉型成品油船、15.9萬(wàn)t蘇伊士大型原油船,不僅提高了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的原創(chuàng)能力,而且贏得了市場(chǎng)。

2.4 自治式水下潛器技術(shù)

早在20世紀(jì)末,美國(guó)海軍海洋局就是用百千克量級(jí)的小型自治式水下潛器技術(shù)(autonomous underw ater vehicle,AUV)替代幾千千克量級(jí)的調(diào)查用潛器,從而大大節(jié)省海洋調(diào)查用燃料、人力、時(shí)間。美國(guó)伍茲霍爾研究所(W HO I)首先研制出小型的無(wú)人潛航器REMUS,使AUV技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。其中REMUS100型凈重僅31 kg,最大航程164 km,可搭載多種傳感器。目前已形成了潛水深度100 m、600 m、6 000 m的產(chǎn)品系列,并有130多艘出售給世界30多個(gè)國(guó)家。該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)我國(guó)禁售。水下滑翔器(autonomous underw ater glider,AUG)是AUV系列的一種新模式,美國(guó)已開(kāi)發(fā)出Slocum、Slocum-E等4種AUG,2008年美國(guó)海軍訂購(gòu)了100余套淺海型AUG[7]。

美國(guó)海軍1999年提出了發(fā)展無(wú)人潛航器計(jì)劃。在2004年的美國(guó)防務(wù)政策指南中,無(wú)人潛航器承擔(dān)東亞復(fù)雜海域環(huán)境下的反潛任務(wù)。2005年發(fā)布了新的《無(wú)人潛航器總體規(guī)劃》。在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和ISR(情報(bào)、偵察、監(jiān)視)系統(tǒng)中,無(wú)人潛航器將執(zhí)行偵察和監(jiān)聽(tīng)、跟蹤和預(yù)警、探雷和滅雷、聲誘餌、目標(biāo)探測(cè)與定位、通信中繼與導(dǎo)航、電子或水聲干擾、生化環(huán)境探測(cè)和水下攻擊等任務(wù)。美國(guó)戰(zhàn)略和預(yù)算評(píng)估中心的資深分析家,把發(fā)展無(wú)人潛航器提高到保持美國(guó)“優(yōu)勢(shì)制海權(quán)”的戰(zhàn)略地位。據(jù)預(yù)測(cè),到2020年前后,美軍將擁有由1 000套以上無(wú)人潛航器,并組成水下無(wú)人艦隊(duì)?！盁o(wú)人潛航器總體規(guī)劃(UUV M aster Plan)”制訂了未來(lái)50年內(nèi)UUV軍事應(yīng)用的藍(lán)圖;美國(guó)國(guó)防部部長(zhǎng)辦公室2007—2032年無(wú)人系統(tǒng)路線圖(unmanned system s roadmap)包含了UUV的未來(lái)發(fā)展及應(yīng)用指南。美國(guó)的海上軍事戰(zhàn)略是近海作戰(zhàn),無(wú)人潛航器艦隊(duì)的實(shí)現(xiàn)有可能改變未來(lái)海軍作戰(zhàn)模式。近年來(lái),美國(guó)海軍又提出了“綠色艦隊(duì)計(jì)劃”,盡可能減少艦船和武器裝備的能耗,組織力量研究各種低能耗的海上武器裝備,研究在潛艇中利用溫差能技術(shù),研究利用海洋中的微生物使海水中的二氧化碳轉(zhuǎn)變成能源的技術(shù)。

在國(guó)家“863”計(jì)劃的支持下,我國(guó)的自治式水下潛器技術(shù)有了很大的發(fā)展。從1992年起,繼成功研制了“探索者”后,又研制了實(shí)用型CR-0l、CR-02型(6 000 m),可以進(jìn)行多種深海資源調(diào)查[8]。

3 對(duì)策建議

實(shí)施綠色海洋技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略,促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,需要有相應(yīng)的措施作保障,需要有相應(yīng)的政策來(lái)引導(dǎo)和保護(hù)。為此,筆者提出關(guān)于加速我國(guó)綠色海洋技術(shù)發(fā)展的對(duì)策建議。

3.1 確立綠色海洋技術(shù)的戰(zhàn)略地位

研究制定相關(guān)規(guī)劃和政策,統(tǒng)一認(rèn)識(shí)、統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一安排和協(xié)同發(fā)展。切實(shí)做好發(fā)展綠色海洋技術(shù)的統(tǒng)籌規(guī)劃,把多元互補(bǔ)、潔凈化和可持續(xù)發(fā)展作為基本政策,把綠色海洋技術(shù)緊密地和國(guó)土資源開(kāi)發(fā)、國(guó)防建設(shè)和環(huán)境保護(hù)聯(lián)系起來(lái),以此來(lái)拉動(dòng)綠色海洋技術(shù)發(fā)展利用。

3.2 突出產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化示范開(kāi)發(fā)

加大項(xiàng)目支持和政策扶持力度,支持建立綠色海洋技術(shù)研發(fā)基地,提升自主研發(fā)和工業(yè)化配套技術(shù)研發(fā)能力;通過(guò)項(xiàng)目合作,選擇條件合適的企業(yè),建立綠色技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地,增強(qiáng)規(guī)?；a(chǎn)能力。創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研合作和運(yùn)行機(jī)制,推動(dòng)新興海洋產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。

3.3 選準(zhǔn)方向和重點(diǎn),結(jié)合我國(guó)海洋可再生能源分布特點(diǎn),利用適用技術(shù)因地制宜地開(kāi)發(fā)利用不同類(lèi)型的海洋可再生能源

借鑒國(guó)際上技術(shù)發(fā)展成果和經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國(guó)海洋能資源分布特點(diǎn)和技術(shù)成熟度,應(yīng)該在繼續(xù)保持我國(guó)在潮汐能技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先地位的基礎(chǔ)上,在不同資源類(lèi)型發(fā)展優(yōu)先性順序安排方面,當(dāng)前應(yīng)該海上風(fēng)能放在優(yōu)先發(fā)展地位,潮汐能次之,以下分別是潮流能、波浪能、海洋生物質(zhì)能、海洋溫差能和鹽差能。海洋溫差能和海洋生物質(zhì)能利用技術(shù)的研發(fā)要加大投資力度,擴(kuò)大研究規(guī)模。

3.4 加快原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新,推動(dòng)海洋生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

加強(qiáng)各單位的協(xié)作,圍繞富油微藻的篩選培育、微藻規(guī)模培育技術(shù)與設(shè)備、微藻產(chǎn)氫技術(shù)和生物柴油煉制等環(huán)節(jié),開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)。瞄準(zhǔn)國(guó)家目標(biāo),積極組織聯(lián)合申請(qǐng)國(guó)家項(xiàng)目,爭(zhēng)取國(guó)家、省等各類(lèi)科技計(jì)劃支持。

3.5 發(fā)展綠色造船業(yè),實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的“雙贏”

政府加大對(duì)企業(yè)的投資力度,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,支持與激勵(lì)重點(diǎn)發(fā)展高科技、高附加值、低污染的造船、修船、港口機(jī)械,讓企業(yè)和公眾今后在綠色造船業(yè)中切實(shí)受益。

3.6 加速發(fā)展AUV技術(shù),使其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

AUV已成為國(guó)際上最重要的探查和作業(yè)平臺(tái),且功能日益完善。建議我國(guó)組織力量,發(fā)展多功能、實(shí)用化AUV和配套作業(yè)工具,實(shí)現(xiàn)裝備之間的相互支持、聯(lián)合作業(yè)、安全救助,能夠順利完成水下調(diào)查、搜索、采樣、維修、施工和救撈等任務(wù)。

[1] 新華網(wǎng).英國(guó)發(fā)布“低碳”國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃[EB/OL].(2009-07-16)[2010-08-20].http://new s.xinhuanet.com/world/2009-07/16/content_11714821.htm.

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