日本最新開發(fā)的綠色船舶

秦 琦

日本最新開發(fā)的綠色船舶

秦 琦

近年來，世界各國對環(huán)保的關(guān)注越來越多，航運(yùn)界和造船界紛紛制定出各種規(guī)范以滿足日益嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保要求。新的排放規(guī)定為全球新造船市場提供了一次新的發(fā)展機(jī)遇。日本造船界認(rèn)為，對船廠而言，這是一次難得的機(jī)遇，通過開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)可以獲取其中的利益?；诖?，日本船廠和設(shè)計單位開發(fā)出了一系列綠色船舶技術(shù)產(chǎn)品。

“eFuture 13000C”集裝箱船

日本石川島播磨重工集團(tuán)（IHI）下屬的石川島播磨聯(lián)合海事公司（IHIMU）開發(fā)了一型節(jié)能環(huán)保型集裝箱船“eFuture 13000C”，可以降低約30%的溫室氣體排放。該船的主要減排技術(shù)包括：①提高推進(jìn)性能，減少21%的溫室氣體排放。主要措施為采用雙槳和雙鰭減小螺旋槳載荷，安裝靠近槳轂的球型舵以減少渦流，采用葉尖傾斜螺旋槳以提高推進(jìn)效率，將橋樓前移，在居住艙室表面配備首部罩以大幅降低風(fēng)阻，采用低摩擦船底涂層以減少船底摩擦阻力；②提高設(shè)備系統(tǒng)效率，可以減少10%的溫室氣體排放。主要措施為采用電控柴油機(jī)和可變噴嘴型渦輪增壓器，通過廢能回收系統(tǒng)利用主發(fā)動機(jī)、蒸汽渦輪和排氣機(jī)產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行發(fā)電；③利用自然能源，可以減少1%的溫室氣體排放。主要措施是在甲板集裝箱的最上層安裝太陽能板，其產(chǎn)生的電力儲存在船內(nèi)的鋰離子電池內(nèi)。

此外，IHIMU公司還開發(fā)了多種綠色船舶和設(shè)備，包括“eFuture 310T”型油船和“eFuture 56B”型散貨船，通過改進(jìn)推進(jìn)效率和有效利用廢氣能改善裝置的熱效率，及通過減少興波阻力和風(fēng)阻等措施來提高船舶的節(jié)能環(huán)保性。主要環(huán)保技術(shù)和設(shè)備包括先進(jìn)的反轉(zhuǎn)螺旋槳、節(jié)能設(shè)備、低摩擦涂層、電控低速柴油機(jī)、渦輪增壓器、廢熱回收系統(tǒng)、逆變器驅(qū)動輔機(jī)、鯨背甲板船首、低風(fēng)阻居住艙室等。

在燃料電池推進(jìn)船舶方面，IHIMU公司于2009年10月宣布將開發(fā)世界首艘充電型渡船，預(yù)計首艘實船可于2015年投入使用。該船約250噸，船上的蓄電池組采用5000kW大容量鋰電池，經(jīng)過6～8小時充電可以航行120公里。使用電力推進(jìn)后該船將實現(xiàn)CO2的零排放，而且節(jié)省了額外的輔機(jī)類設(shè)備，不過該船的造價預(yù)計比同規(guī)模的柴油機(jī)船高60%。

另外，IHIMU開發(fā)的反轉(zhuǎn)螺旋槳系統(tǒng)可以減少CO2、NOX、SOX的排放，節(jié)省10%的油耗，具有較高的冗余度，該技術(shù)在實船中的應(yīng)用已超過20年。

“MALS-14000CS”集裝箱船

三菱重工（MHI）集團(tuán)開發(fā)的“MALS-14000CS”集裝箱船采用了多種環(huán)保技術(shù)，可以減少35%的CO2排放量。該船采用的主要環(huán)保措施為：通過優(yōu)化船型設(shè)計，橋樓前移，廢氣煙囪布置在尾部，居住區(qū)以下空間也可以裝載集裝箱，匹配雙機(jī)雙軸推進(jìn)可以降低24%的CO2排放量；采用MHI和日本郵船共同開發(fā)的空氣潤滑系統(tǒng)，可以減少10%的CO2排放量；采用電控柴油機(jī)和安裝廢氣回收系統(tǒng)，可以減少5%的CO2排放量。據(jù)了解，“MALS-14000CS”未來還將安裝SOX吸收裝置以清除SOX，并通過安裝一套壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)一步提高船舶環(huán)保性。據(jù)了解，2010年4月，該空氣潤滑系統(tǒng)首次安裝在14538GT的重載運(yùn)輸船“邪馬臺”號上進(jìn)行測試，結(jié)果表明最多可以降低12%的能耗。

此外，MHI還開發(fā)出新一代16.5萬m3的MOSS型LNG船，該船采用連續(xù)的貨艙蓋，可以降低船體10%的用鋼量；采用MHI開發(fā)的“超燃?xì)廨啓C(jī)”推進(jìn)系統(tǒng)，與常規(guī)蒸汽輪機(jī)相比可以減少20%的油耗，降低15%的排放。該船總長約為290米，寬50.4米，設(shè)計航速約為19.5節(jié)。

在其它綠色船舶技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用方面，MHI也取得了多項研究成果。如：該公司建造的8083GT“Ferry Akebono”號渡船采用雙機(jī)單槳推進(jìn)系統(tǒng)，這種布置在沿海船舶中首次采用，可以分別減少13.3%的CO2和24.3%的NOX；世界首套混合定距槳吊艙推進(jìn)系統(tǒng)于2004年安裝在“Hamanasu”號客滾船上進(jìn)行測試，結(jié)果表明5年的運(yùn)營中油耗降低20%；開發(fā)了LNG燃料推進(jìn)裝置，低速柴油驅(qū)動設(shè)備的直接噴氣系統(tǒng)即將開始測試；開發(fā)了多套熱能回收系統(tǒng)，動力渦輪發(fā)電機(jī)和混合渦輪增壓器；MHI開發(fā)的另外一些環(huán)保節(jié)能技術(shù)還在測試中，目前尚不具備經(jīng)濟(jì)性，如6200車位的“Auriga Leader”號和6500車位的“Toreador”號汽車運(yùn)輸船上分別安裝了40kW和10kW的太陽能板。

“neo Supramax 66BC”散貨船

2010年，三井工程與造船公司（MES）宣布成功開發(fā)一型能夠減少30%碳排放量的6.6萬載重噸環(huán)保散貨船“Neo Supramax 66BC”號。據(jù)了解，該型船總長200米，寬36米，吃水12.9米，服務(wù)航速14節(jié)，尺度設(shè)計充分考慮了2014年巴拿馬運(yùn)河拓寬后的狀況。新環(huán)保散貨船設(shè)計有高級型和標(biāo)準(zhǔn)型兩種，其中高級型可以降低21%的碳排放（以t/m計算），另外可以通過軟件和硬件的應(yīng)用最終達(dá)到降低30%的碳排放。

三井工程與造船公司開發(fā)的環(huán)保型船舶和設(shè)備還有，可以減少30%CO2排放的VLCC和靈便型散貨船，主要的減排途徑為：通過優(yōu)化船型設(shè)計減少10%的排放，通過改進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)減少10%的排放，通過涂層和其他措施減少10%的排放；2010年該船廠為Lepta航運(yùn)公司建造了1艘17.7萬載重噸散貨船“Leo Felicity”號，該船布置有日用柜、沉淀柜、污油柜各2組，可以在進(jìn)出硫排放控制區(qū)時方便地轉(zhuǎn)換，主機(jī)采用三井-MAN B&W 6S70MC-C型柴油機(jī)，滿足IMO關(guān)于廢氣的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；MES還開發(fā)了環(huán)保型鐵礦石運(yùn)輸船“Brasil Maru”號，該船采用最新的電腦模擬技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)了極好的推進(jìn)性能，主機(jī)也滿足IMO的廢氣排放規(guī)定。此外，MES還研制廢熱能利用設(shè)備和系統(tǒng)、壓載水設(shè)備等。

17.7萬m3 MOSS型LNG船

川崎重工下屬的坂出船廠為東京LNG運(yùn)輸船公司建造的1艘17.7萬m3的MOSS型LNG船安裝有先進(jìn)的再加熱蒸汽輪機(jī)“川崎URA裝置”，可以通過將高壓渦輪機(jī)中出來的蒸汽重新送回鍋爐進(jìn)行再加熱處理，然后送至中壓渦輪機(jī)，以獲得更高的熱效率，與傳統(tǒng)蒸汽輪機(jī)相比可以節(jié)省15%的燃料消耗。此外，該船還通過優(yōu)化船體型線、安裝節(jié)能設(shè)備（如配有反向減搖鰭的半導(dǎo)管系統(tǒng)，配有減搖鰭的球型舵）等措施提高推進(jìn)效率。通過以上節(jié)能措施，該船運(yùn)輸每單元貨物的能效比普通LNG船約提高20%。該LNG船總長300米，型寬52米，8.5萬載重噸，設(shè)計吃水11.5米，航速為19.5節(jié)。

川崎重工開發(fā)了一型18萬載重噸的節(jié)能型散貨船，該船采用多種節(jié)能技術(shù)提高燃油效率，包括采用1臺兩沖程節(jié)能柴油機(jī)，1個高效螺旋槳，配有反向減搖鰭的半導(dǎo)管系統(tǒng)，配有減搖鰭的球型舵（該設(shè)備還被用于川崎5.8萬載重噸系列等散貨船上）等。此外，該型船還配置有雙殼燃油艙和電力甲板機(jī)械，可以防止海上污染。據(jù)了解，2009年11月～2010年6月，川崎重工共交付了4艘該型散貨船。

SK船首

2010年6月，日本新來島船塢公司成功開發(fā)了環(huán)保型船首SK，該項目開始于2007年，采用最新的理論計算優(yōu)化了水線以上的船首形狀，通過分散船首的入射波進(jìn)而減小了船首的興波阻力。經(jīng)過水池試驗驗證，SK船首最多可以減少30%的波浪阻力，達(dá)到降低能耗和減少CO2排放的效果。此外，目前該船廠還與九州大學(xué)共同研究高效螺旋槳K3，該螺旋槳和SK船首將作為一種標(biāo)準(zhǔn)配置應(yīng)用到中型散貨船上。

第三代成品油船MR-III

2010年，尾道船廠交付了新開發(fā)的第三代成品油船（MR-III）“Maersk Murotsu”號。在MR-III型的最初設(shè)計方案中，尾道船廠考慮了4個設(shè)計主題，分別是環(huán)保、安全、操作、維護(hù)。在環(huán)保方面的設(shè)計為：在尾軸管上配置空氣密封系統(tǒng)，可以降低燃油泄漏的可能性；安裝新開發(fā)的“尾道平行鰭”，可以提高5%～6%的螺旋槳效率；采用“尾道直線船首”，可以減少興波阻力；上層建筑采用傾斜表面設(shè)計，可以減少16%的空氣阻力。據(jù)了解，MR-III型成品油船的居住室采用獨(dú)特的外形設(shè)計，不僅可以降低空氣阻力，而且外形優(yōu)美?！癕aersk Murotsu”號總長182.5米，型寬32.2米，吃水12.9米，5萬載重噸，服務(wù)航速15.3節(jié)，油艙容積為5.5萬m3。

30萬載重噸鐵礦石船

2010年，萬國船廠交付給Kemp海事公司1艘30萬載重噸Unimax型鐵礦石船“Oita Maru”號，該船安裝有1臺ME電控柴油機(jī)，通過電動調(diào)整燃料噴射和排氣閥以保證在任何載荷下維持最佳燃燒環(huán)境，從而降低油耗和排放。該船安裝有萬國船廠開發(fā)的抗浪球鼻（surf bulb）、超流導(dǎo)管（SSD）、斧型船首等節(jié)能設(shè)備，相比于普通大型鐵礦石船，該船可以極大地提高推進(jìn)效率，減少燃油效率。該船總長327米，寬55米，吃水21.4米，29.7736萬載重噸，航速14.5節(jié)。

8.3萬載重噸巴拿馬型散貨船

2010年，Sanoyas Hishino明昌公司交付了8.3萬載重噸巴拿馬型散貨船系列中的第12艘“Global Star”號。為了提高推進(jìn)效率，該船安裝有1臺低速長沖程MAN B&W 6S60MC-C型柴油機(jī)，并匹配1個高效螺旋槳。該船還安裝有該船廠擁有專利的Sanoyas前后鰭（STF）節(jié)能設(shè)備，最多可以節(jié)省6%的油耗，并減少CO2排放量。為了提高船舶的環(huán)保性，該船還采用了其他一些環(huán)保措施，比如燃油艙采用雙殼結(jié)構(gòu)，壓載艙采用無焦油涂層，為主機(jī)室提供一套獨(dú)立的艙底分離系統(tǒng)?！癎lobal Star”號總長229米，寬32.24米，吃水14.55米，服務(wù)航速為14節(jié)。據(jù)了解，Sanoyas公司還將STF等節(jié)能設(shè)備應(yīng)用在12萬載重噸散貨船和12.3萬m3的散裝碎木船等船型上。

2000車位汽車運(yùn)輸船

日本旭洋造船公司開發(fā)了一型2000車位的節(jié)能環(huán)保型汽車運(yùn)輸船，采用半球形船首和流線型船體，具有獨(dú)特的抗風(fēng)阻外形，與普通的汽車運(yùn)輸船相比，這種新型汽車運(yùn)輸船最大可以減少50%的風(fēng)阻。該船如果在北大西洋常規(guī)海洋氣候條件下航行，以75%的速度航行來計算，風(fēng)阻的降低可以使船舶每年節(jié)省800噸油耗，CO2的排放預(yù)計減少約2500噸。

零排放極限船（ZEUS）

日本國土交通省下屬的國家海事研究所（NMRI）目前正在開展國家零排放極限船（ZEUS）項目，該船采用電池作為動力源，因此不會產(chǎn)生排放。第一步是開發(fā)一型可以節(jié)省40%能耗的集裝箱船，主要研究內(nèi)容包括超寬雙槳船體，反作用力吊艙，流線型船首橋樓，空氣潤滑等。下一步研究內(nèi)容是電力推進(jìn)的使用，太陽能板和岸基電源系統(tǒng)的使用，這樣通過以上兩個階段的研究使船舶節(jié)能80%。該項目最終目標(biāo)是采用燃料電池以實現(xiàn)船舶的零排放。

另外，日本造船研究中心還在開展最少壓載水船舶（MIBS）設(shè)計項目，該項目獲得了日本國土交通省和日本船級社的資助。該項目下開發(fā)的船舶將比現(xiàn)有船舶減少80%的壓載水使用量，其中日本名村造船廠和大島造船廠分別開發(fā)MIBS油船和MIBS散貨船，預(yù)計最終設(shè)計將于2012年完成。除了減少壓載水，MIBS項目的另一目標(biāo)是提高船舶的效率和減少氣體排放，通過優(yōu)化船型和提高推進(jìn)效率可降低10%的能耗。