三用工作船動力方案分析

中船重工經(jīng)濟研究中心 曹 林

三用工作船外觀設(shè)計

三用工作船（AHTS）是為海上石油工程提供多種特點作業(yè)服務(wù)的深水作業(yè)三用型守護船，航行于無限航區(qū)。它能低速巡航于海上石油平臺附近，為海上石油平臺提供多種物資和材料，能進(jìn)行拋起錨作業(yè)及進(jìn)行平臺和大型船駁的拖運作業(yè)，并具有一級對外消防滅火作業(yè)能力、海面消除油污作業(yè)能力、營救作業(yè)能力，能搭載獲救人員，以及能對儲油輪及到達(dá)的提油輪進(jìn)行拖帶和撈取油管作業(yè)，協(xié)助其進(jìn)行提油。

隨著海洋油氣開發(fā)正加速向深水、超深水領(lǐng)域進(jìn)軍，作為重要的海洋工程輔助船舶，AHTS也向著大型化和多功能化方向發(fā)展，這就對其動力系統(tǒng)提出了更高的要求。為此，各大主機廠商紛紛推出新產(chǎn)品以期在激烈的市場競爭中分得一杯羹。

主動力系統(tǒng)

1、雙機+雙槳。在雙機雙槳推進(jìn)方案中（圖1 所示），每臺主機通過高速軸連接至齒輪箱然后驅(qū)動螺旋槳。齒輪箱除推進(jìn)主軸外，另設(shè)有一根功率輸出軸，此功率輸出軸通過彈性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動軸帶發(fā)電機。

2、四機+雙槳。在四機雙槳動力方案中（圖2 所示），主機通過離合器及高彈性聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱連接。每臺齒輪箱除推進(jìn)主軸外，還設(shè)有兩根功率輸出軸，一根通過彈性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動軸帶發(fā)電機，另一根通過摩擦片離合器及彈性聯(lián)軸節(jié)拖動液壓泵、消防泵等裝置。

圖1 雙機雙槳

圖2 四機雙槳

3、柴-電混合推進(jìn)。近些年，有越來越多的AHTS開始采用柴-電混合推進(jìn)系統(tǒng)（圖3所示）。該動力方案融合了機械推進(jìn)和電力推進(jìn)，通常采用2臺主機+多臺輔機的組合方式。柴-電混合推進(jìn)系統(tǒng)可根據(jù)不同的工況，采用不同的動力方案，以使發(fā)動機的利用效率達(dá)到最優(yōu)。

圖3 柴電混合推進(jìn)

除了上述幾種主要推進(jìn)方式外，還有一些其它方式可供選擇，比如全電力推進(jìn)系統(tǒng)。

主機選型

AHTS與平臺供應(yīng)船最大的不同之處是自帶絞纜機，用來完成對海上設(shè)備拖帶和錨泊。系柱拉力是反映AHTS拖拽功能的首要指標(biāo)，與主機功率和推進(jìn)器的型式有很大的關(guān)系。國際上也通常以系柱拉力和主機總功率決定三用工作船的租船價格。

圖4 AHTS總功率與系柱拉力的線性關(guān)系

目前，AHTS所選用的主機主要為中大功率柴油機，單機功率集中在2MW ～5MW。對于采用柴-電混合推進(jìn)系統(tǒng)的AHTS，主機的單機功率通常較大，在8MW左右。需要指出的是，隨著海洋油氣開采逐步向深海挺進(jìn)，導(dǎo)致作業(yè)工作量和難度不斷加大，這對AHTS的功能要求越來越多，對發(fā)動機功率的需求也越來越大。從當(dāng)前的趨勢看，AHTS的柴油發(fā)動機將朝著大功率方向發(fā)展。

圖5 典型AHTS船型主機單機功率

市場競爭格局

從世界范圍來看，船用中速柴油機市場呈寡頭壟斷局面，Wartsila、MAN 和Caterpillar三家公司的市場份額合計達(dá)80%，Rolls-Royce、GE、 現(xiàn) 代 重 工、大發(fā)柴油機、新瀉動力和洋馬發(fā)動機在船用中速柴油機領(lǐng)域也有較好的業(yè)績表現(xiàn)。

在AHTS主機領(lǐng)域，以上9家公司依然主導(dǎo)整個市場。從企業(yè)的綜合競爭力來看，Wartsila、MAN、Caterpillar 和Rolls-Royce在海洋工程船柴油機領(lǐng)域市場份額較大，技術(shù)實力雄厚，品牌優(yōu)勢明顯，擁有較強的綜合實力，處于第一梯隊。具體來看，Wartsila、MAN、Caterpillar 和Rolls-Royce都是歐美老牌的船用柴油機供應(yīng)商，船用中速機領(lǐng)域市場份額大，多年的經(jīng)驗積累使得這四家企業(yè)在船東和船廠方面都擁有穩(wěn)定的品牌忠誠度。在海洋工程船中速機（主機）市場，Wartsila擁有近一半的份額，穩(wěn)居第一；其次是MAN和Caterpillar。近些年，由于Rolls-Royce公司針對海洋工程船舶系統(tǒng)集成能力的不斷提升，并且擁有自主設(shè)計的UT系列三用工作船，其Bergen品牌中速機在三用工作船市場的份額有顯著提高。

此外，目前GE、現(xiàn)代重工、新瀉動力、大發(fā)和洋馬均擁有自主品牌中速機產(chǎn)品，其質(zhì)量和技術(shù)水平也較為先進(jìn)，在海洋工程船中速機市場擁有一定的銷售業(yè)績。特別是現(xiàn)代重工和新瀉動力，其中速機產(chǎn)品在PSV、AHTS、FPSO、鉆井船等船型上銷售業(yè)績不斷提升，新瀉動力還專門針對海洋工程船開發(fā)研制新型柴油機，其未來的業(yè)績增長潛力不容小覷。