船舶技術(shù)的綠色創(chuàng)新

本刊記者 崔 燕

受國際金融危機(jī)影響，2011年全球新船成交量同比下降55%，新船價(jià)格跌落至2008年金融危機(jī)爆發(fā)以來的最低水平。世界造船業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，國際規(guī)則不斷推陳出新，使船舶市場出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性變化。市場更加青睞以節(jié)能、綠色環(huán)保以及高技術(shù)高附加值類船舶。技術(shù)創(chuàng)新的重要性進(jìn)一步凸顯。那么韓國、日本、歐洲等先進(jìn)造船國家在政策和技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域有哪些新的動(dòng)向？

韓國：綠色增長戰(zhàn)略

韓國造船業(yè)起步于上世紀(jì)70年代，2003年一舉超過日本獲得世界第一造船大國的桂冠。此后，在繼續(xù)提高造船能力的同時(shí)，不斷致力于生產(chǎn)高附加值船舶，完成了由大變強(qiáng)的華麗轉(zhuǎn)身，并在海洋工程裝備方面獨(dú)占鰲頭。

2005年，韓國造船工業(yè)協(xié)會(huì)提出戰(zhàn)略目標(biāo)，到2020年，韓國所占世界造船市場份額要增至40%；在今后20～30年，韓國要保住世界第一造船大國的地位。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，韓國造船工業(yè)協(xié)會(huì)制定了“藍(lán)色海洋”發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)提出了加強(qiáng)新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)，即將主要力量集中于高技術(shù)、高附加值船和海洋工程設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，構(gòu)筑產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研發(fā)系統(tǒng)和高效運(yùn)作機(jī)制；將LNG船等高技術(shù)高附加值船關(guān)鍵配套設(shè)備和船用材料的研發(fā)與生產(chǎn)作為造船業(yè)界的共同任務(wù)；培養(yǎng)優(yōu)秀技術(shù)人員和技術(shù)工人；與海運(yùn)行業(yè)、鋼鐵行業(yè)加強(qiáng)合作，謀劃共同發(fā)展的雙贏模式；采用有利于造船工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展和多元化經(jīng)營的方式；充分利用政府的相關(guān)政策，增強(qiáng)造船企業(yè)競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益；進(jìn)一步提高韓國在世界船舶市場上的地位、作用和話語權(quán)等。

為了鞏固和進(jìn)一步提高韓國造船業(yè)的競爭力，韓國知識(shí)經(jīng)濟(jì)部提出了“綠色增長戰(zhàn)略”，一如既往地將科技戰(zhàn)略作為振興國家經(jīng)濟(jì)的重要手段。一是將開發(fā)智能（WISE）船舶等高附加值船舶技術(shù)作為“綠色技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要的新增長動(dòng)力”；二是選擇造船行業(yè)為繼汽車、建筑和光纖之后的“創(chuàng)新中心”，開展融合IT技術(shù)的未來型船舶核心技術(shù)研發(fā)。由現(xiàn)代重工集團(tuán)負(fù)責(zé)監(jiān)管“造船—IT”合作創(chuàng)新中心，中小IT企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)必要的IT設(shè)備，應(yīng)用于高附加值船舶上。

在新型配套產(chǎn)品方面，韓國的研發(fā)腳步也更加強(qiáng)勁。據(jù)了解，韓國現(xiàn)代重工和韓國電子通訊研究院（ETRI）共同開發(fā)的“有/無線船舶綜合管理網(wǎng)通訊系統(tǒng)（SAN）”，可以對(duì)船內(nèi)獨(dú)立管理的460余種配件、系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理，包括發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，并且能夠通過衛(wèi)星鏈接對(duì)船只的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，反饋信息。船只的一般性問題可通過SAN系統(tǒng)解決，嚴(yán)重問題如部件破損能夠直接將信息發(fā)送給航運(yùn)公司，零部件和維修人員將被直接派送至船只即將抵達(dá)的港口。

統(tǒng)計(jì)顯示，自2011年3月現(xiàn)代重工將該系統(tǒng)應(yīng)用到丹麥馬士基的集裝箱船上之后，接單量猛增。截止到2012年1月，僅在丹麥、希臘等歐洲國家就獲得69艘智能船訂單，從中國、新加坡以及沙特阿拉伯分別獲得25艘、10艘、6艘智能船訂單。

縱觀歷史，第一次技術(shù)革命的主導(dǎo)技術(shù)是蒸汽機(jī)動(dòng)力技術(shù)，第二次是電力技術(shù)，第三次是電子科技。而當(dāng)代的科學(xué)發(fā)展則表現(xiàn)出群體突破的態(tài)勢，起核心作用的已不是一兩門科學(xué)技術(shù)，而是由信息科技、生命科學(xué)和生物技術(shù)、納米科技、新材料與先進(jìn)制造科技、航空航天科技、新能源與環(huán)保科技等構(gòu)成的高科技群體。

中船重工技術(shù)研究中心王傳榮指出，未來的船舶技術(shù)將向超級(jí)綠色環(huán)保技術(shù)、超級(jí)智能化技術(shù)方向發(fā)展?！熬G色”從設(shè)計(jì)、建造、配套、營運(yùn)、拆解等全方位綜合考量船舶的“環(huán)保、能效、安全、舒適”；“智能”從應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等智能體系，實(shí)現(xiàn)船舶及船用設(shè)備全生命周期內(nèi)的實(shí)時(shí)在線運(yùn)行維護(hù)管理。

日本：信息化與產(chǎn)業(yè)融合

日本自上世紀(jì)50年代打破歐洲造船業(yè)一統(tǒng)天下的局面后，就把發(fā)展造船業(yè)作為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略，從政策措施、競爭戰(zhàn)略以及研發(fā)項(xiàng)目等方面積極推動(dòng)造船產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2004年，日本國土交通省就“造船產(chǎn)業(yè)競爭戰(zhàn)略”展開了研討，主要包含六個(gè)方面。

1、2010年目標(biāo)，要確保日本船舶工業(yè)具有負(fù)擔(dān)“世界海運(yùn)造船中心”的任務(wù)和能力，全國要維持年建造1000萬總噸船舶的生產(chǎn)規(guī)模；

2、要擁有“領(lǐng)導(dǎo)世界海運(yùn)造船發(fā)展”的技術(shù)能力，為承擔(dān)起“世界海運(yùn)造船中心”的任務(wù)，將繼續(xù)在船舶綜合技術(shù)能力方面謀求“世界第一”，即在船舶產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性等綜合技術(shù)水平居世界第一位，努力將日本新技術(shù)變成“國際標(biāo)準(zhǔn)”推向世界；

3、LCV（Life Cycle Value）計(jì)劃，又稱最高價(jià)值船舶MVS-2010，作為先導(dǎo)計(jì)劃，要求在2010年前具備設(shè)計(jì)、建造LCV能力。其宗旨是要使每個(gè)企業(yè)或群體都具備進(jìn)行概念設(shè)計(jì)并批量建造“最有價(jià)值船舶”的能力，計(jì)劃包括如發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)系統(tǒng)、船型等多項(xiàng)技術(shù)開發(fā)課題；

4、創(chuàng)新競爭環(huán)境，在國內(nèi)制定相應(yīng)的政策和措施，如國家的設(shè)備政策，技術(shù)開發(fā)政策等，要能使各企業(yè)在競爭中充分激發(fā)起“競爭意識(shí)”和活力，以利于維持日本造船業(yè)在國際競爭中強(qiáng)勁態(tài)勢，在國家層面上創(chuàng)造公平競爭條件。日本普遍認(rèn)為，歐洲國家對(duì)將造船業(yè)作為支持對(duì)象，從國家政策層面給予補(bǔ)貼，因此，需要設(shè)法制定世界通用規(guī)則或公約，以保證公正、公平的競爭環(huán)境；

5、追求規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，從造船成本、附加值、工期等競爭因素看，韓國、中國具有成本優(yōu)勢，日本不僅在附加值和工期方面保持了一定優(yōu)勢，同時(shí)要求企業(yè)具有相當(dāng)規(guī)模；

6、研究開發(fā)新產(chǎn)品，利用本國集聚的造船業(yè)、海運(yùn)業(yè)、船用設(shè)備工業(yè)、大學(xué)研究機(jī)構(gòu)、船級(jí)社（協(xié)會(huì)）等海事群體共同協(xié)作的研發(fā)方式開發(fā)新產(chǎn)品。

除了造船產(chǎn)業(yè)競爭戰(zhàn)略，日本國土交通省還通過制定詳細(xì)的4年短期研發(fā)項(xiàng)目和2050年中長期科研戰(zhàn)略，為本國船企給予支持和幫助。其中4年短期研發(fā)項(xiàng)目主要包括：船型開發(fā)、減少摩擦阻力、提高螺旋槳效率、提高柴油機(jī)效率、廢熱回收、航運(yùn)行船效率化等。2050年中長期科研戰(zhàn)略則是將先進(jìn)的信息化技術(shù)融入造船工業(yè)，搶占綠色智能、高附加值船舶市場份額。戰(zhàn)略實(shí)施分三個(gè)階段。

第一階段（2008～2020年）：采用4年短期計(jì)劃開發(fā)的成果建造新船舶，或以其中可供現(xiàn)有船舶使用的技術(shù)對(duì)船舶設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)減排30%的預(yù)期目標(biāo)。

第二階段（2021～2040年）：全面應(yīng)用上階段開發(fā)的技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用新型減排技術(shù)：高效柴油機(jī)+蓄電池（部分為燃料電池）的混合動(dòng)力系統(tǒng)，吊艙推進(jìn)器，生物柴油燃料，對(duì)船隊(duì)的整個(gè)運(yùn)輸流程（包括陸地運(yùn)輸）實(shí)行綜合航運(yùn)管理，實(shí)現(xiàn)減排60%的目標(biāo)。

第三階段（2041～2050 年）：以建造零排放船舶為終極目標(biāo)，采用以下新技術(shù)：燃?xì)廨啓C(jī)+燃料電池混合動(dòng)力型電力推進(jìn)技術(shù)；使用氫氣或酒精燃料（乙醇等）的電力推進(jìn)技術(shù)；以蓄電池航行為主的全電力推進(jìn)技術(shù)；超巨型+低速推進(jìn)船技術(shù)，減少80%排放量的目標(biāo)。

除了加強(qiáng)船型方面的競爭優(yōu)勢，日本還在新型配套產(chǎn)品研發(fā)方面下了大力量，日本造船協(xié)會(huì)專門組織成立了一個(gè)由研究所、船級(jí)社、船東、造船企業(yè)和鋼鐵生產(chǎn)商組成的技術(shù)研究小組。經(jīng)過三年時(shí)間，成功揭開了貨油艙內(nèi)腐蝕、腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理以及腐蝕過程，建立了油船貨油艙仿真測試方法。2002年，新日鐵基于上述研究成果，開始研發(fā)這種新型的耐腐蝕鋼，并獲得工程應(yīng)用。

2004年6月，由三菱重工建造的“TAKAMING”號(hào)油船，內(nèi)殼底部使用了耐腐蝕鋼板，運(yùn)營五年，船內(nèi)殼底部為點(diǎn)腐蝕，腐蝕深度一般在2～4毫米，極個(gè)別的點(diǎn)腐蝕深度接近5毫米；在甲板內(nèi)部為均勻的腐蝕，腐蝕情況并不嚴(yán)重。大大地減少了船舶的耗損以及維護(hù)成本。

歐洲：瞄準(zhǔn)未來發(fā)動(dòng)機(jī)

歐洲作為造船產(chǎn)業(yè)的老牌選手，工業(yè)界一直采取聯(lián)合開發(fā)的手段，鞏固其在船舶設(shè)計(jì)建造關(guān)鍵技術(shù)和配套產(chǎn)品方面的領(lǐng)先地位。

據(jù)中船重工技術(shù)研究中心王傳榮介紹，早在2000年，歐盟就提出“Leader SHIP2015歐盟造船業(yè)計(jì)劃”。其核心內(nèi)容為，提高研發(fā)和創(chuàng)新投資、對(duì)創(chuàng)新產(chǎn)品和創(chuàng)新流程實(shí)施補(bǔ)貼；在船舶設(shè)計(jì)和建造方面進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新，提供更安全和更環(huán)保的船舶；促使制定更為嚴(yán)格的國際標(biāo)準(zhǔn)。

其中，最為著名的項(xiàng)目就是“船用超低排放高效燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃（HERCULES）”。共有來自13個(gè)歐洲國家的38個(gè)機(jī)構(gòu)參加；參與單位除兩大船用低速機(jī)品牌商MAN和瓦錫蘭外，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)零部件供應(yīng)商、設(shè)備制造商、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、航運(yùn)公司和船級(jí)社等。

項(xiàng)目主要用于研發(fā)高效清潔船用柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，以大幅減少航運(yùn)中的二氧化碳的排放，計(jì)劃到2020年，通過將船用柴油機(jī)的燃油消耗降低10%，效率提高60%，來大幅減少二氧化碳的排放，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減少70%氮氧化物排放和50%煙塵排放。項(xiàng)目總投資約8000萬歐元，分三個(gè)階段完成。第一階段：于2002年開始，2007年9月完成，投資3300萬歐元；第二階段：于2008年9月1日啟動(dòng)至2011年底完成，投資2600萬歐元；第三階段：計(jì)劃完成時(shí)間為2012～2014年，預(yù)計(jì)投資1700萬歐元。截止目前，HERCULES項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行到第三階段，即實(shí)現(xiàn)接近零排放。

除了HERCULES項(xiàng)目外，面對(duì)日益嚴(yán)峻的減排形勢，歐洲工業(yè)界主要從優(yōu)化船型、提高主機(jī)性能、采用新型推進(jìn)系統(tǒng)與動(dòng)力裝置等方面采取積極應(yīng)對(duì)措施。

2010年，瓦錫蘭集團(tuán)與ABB公司聯(lián)合瑞士Hug Engineering公司研發(fā)出了比傳統(tǒng)系統(tǒng)體積小80%的緊湊型SCR系統(tǒng)，并且新SCR系統(tǒng)可以在瓦錫蘭研發(fā)的主機(jī)上實(shí)現(xiàn)全系列安裝。2011年3月，曼恩公司首次在6S46MC-C8型船用低速柴油機(jī)（7000kW）上安裝了其研發(fā)的緊湊型SCR系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將大型船用柴油機(jī)的NOX排放降低。2011年1月，曼恩公司與瑞典能源與環(huán)境技術(shù)公司（Opcon）簽訂合作協(xié)議，共同將Opcon公司的“Powerbox”廢熱回收技術(shù)和MAN公司柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整合，以減少燃料消耗和降低排放。雙方將研究如何在（Opcon）公司的Powerbox 技術(shù)中，最好地回收利用低溫?zé)嵩吹膹U熱能量，研發(fā)低溫WHR。2011年11月，曼恩公司的集成其第二代廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的6S80ME-C9型船機(jī)訂單，被應(yīng)用在4500TEU集裝箱船上，該系統(tǒng)完全滿足IMO Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

未來以LNG燃料作為動(dòng)力系統(tǒng)將成為未來的發(fā)展重點(diǎn)。目前，LNG作為燃料已經(jīng)被成功應(yīng)用于挪威沿海運(yùn)營的船舶，特別是短途運(yùn)行的船舶。

世界上首艘由重燃油改裝成LNG燃料的成品油船“Bit Viking”號(hào)，瓦錫蘭對(duì)該船進(jìn)行了整體改裝，包括：氣體燃料系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)以及相關(guān)控制系統(tǒng)等。該船還采用了瓦錫蘭新型LNG儲(chǔ)罐系統(tǒng)，船舶在80%裝載工況下自運(yùn)行12天。該船于2011年11月投入運(yùn)營，溫室氣體減排量減少了20%～25%，硫排放量為零，NOX減少90%，顆粒物排放減少了99%。

隨后，DNV、STX則進(jìn)一步開展以LNG推進(jìn)的新概念集裝箱船和滾裝船的研發(fā)項(xiàng)目。

另外，在新型動(dòng)力體系例如太陽能、風(fēng)能和燃料電池方面也展開了諸多的研究。德國研制出以太陽能為動(dòng)力的“星球陽光”號(hào)雙體船和“白鯨天帆”號(hào)風(fēng)動(dòng)力貨船，以及歐洲（STX）造船集團(tuán)“Eoseas”號(hào)環(huán)保概念郵輪。