我國新能源船舶路在何方？

呂龍德

隨著船舶排放污染日益嚴重，減少或消除航運過程中廢氣、廢水、噪聲等影響，已經成為了行業(yè)乃至全人類的共識，而國際海事組織即將實施的“限硫令”則進一步加快了這個環(huán)保變革。要實現這一目標，傳統船用燃料的更替無可避免。也就是說，未來的船舶使用的必然是清潔環(huán)保和可再生能源。在這種形勢下，研發(fā)和應用新能源船舶也就應運而生了。但是，截至目前，清潔能源船在航運中所占比例很小，還難以全面鋪開。這里面的原因很多，既有技術上的不足，也有安全規(guī)則的缺失和配套設施的滯后等。盡管如此，新能源船舶代替?zhèn)鹘y能源船舶又是不可逆轉的。那么，新能源船舶成為航運主角還需要多久？而我國新能源船舶建造之路又應該怎么走？

新能源動力是大勢所趨

說到底，引發(fā)船舶動力革新是因為巨量排放污染，而直接推動船舶采用新能源則是各種嚴苛環(huán)保政策的實施。國際海事組織海上環(huán)境保護委員會早在第70次會議就通過了“強制執(zhí)行全球船用燃油硫排放上限為0.5%”的法規(guī)，而現行上限為3.5%。更為嚴厲的是，明年3月1日還開始實施船舶高硫油攜帶禁令。相比國際海事組織，許多國家嚴控船舶廢氣排放也是有過之而無不及，如已設立的波羅的海、北海、北美和美國加勒比海等四大排放控制區(qū)，最高船用燃料含硫量不能超過0.1%。

近年來，我國對船舶污染治理、減排限硫也是不斷打出重拳：2017年4月，交通運輸部頒布《推進交通運輸生態(tài)文明建設實施方案》，要求到2020年，京津冀、長三角、珠三角船舶硫氧化物、氮氧化物和顆粒物排放總量比2015年分別下降65%、20%和30%;2018年7月，國務院發(fā)布《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，提出推進船舶柴油機排放標準升級并擴大排放控制區(qū)。11月，《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實施方案》發(fā)布，要求2020年起海船進入風河控制區(qū)船用燃油硫含量不能大于0.1%。12月，交通運輸部頒布的《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實施方案》指出，在排放控制區(qū)內，分四階段推動船舶靠岸停泊期間使用硫含量≤0.5%m/m的燃油;2019年9月發(fā)布《交通強國建設綱要》，要求嚴格執(zhí)行國家和地方污染物控制標準及船舶排放區(qū)要求，推進船舶、港口污染防治。10月，海事局發(fā)布《2020年全球船用燃油限硫令實施方案》，除了響應國際“限硫令”，還規(guī)定2020年1月1日起進入我國內河船舶排放控制區(qū)不得使用含硫量超過0.1%的燃油。

此外，黨的十九大報告明確提出要“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”。各地緊跟步奏推出了相應措施落實，如廣東發(fā)布了《廣東省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)行動方案（2018-2020年）》，嚴格落實珠三角水域船舶排放控制區(qū)要求，推廣使用電動或天然氣船舶，推動內河船舶改造。

由此可見，從國際到國內，船舶減排都是大勢所趨，而要達成船舶排放環(huán)保的終極目標，研制和推廣應用新能源船舶既是最好方法，又是不可或缺的途徑。雖然新能源的范圍很廣，包括LNG、鋰電、風能、太陽能、核能和生物質能等，但從目前技術成熟度和可行性看，LNG船、鋰離子電池推進船、氫燃料船等應該潛力最大，也最有可能在將來得到廣泛應用。

LNG船看上去美好

LNG船的建造歷史達70多年，已應用于油船、郵輪、集裝箱船、汽車運輸船和超大型礦砂船等。目前，全球有163艘LNG動力船在營運，雖然因為制造成本高、加注站設施缺乏等因素而難以大面積應用，但其作為新能源船舶則是當前最成熟的一種，正如云浮珠港公司執(zhí)行董事黎耀初說，LNG在實際使用中的安全性、清潔性和環(huán)保性是得到驗證的，而且設備和系統的安全設計也日趨完善，產業(yè)前景已得到業(yè)界認可。

我國LNG船探索始于2008年，主要包括兩大塊：一塊是內河的，另一塊是遠洋的。首先，對于內河LNG船，自從長江首艘LNG動力改造船“武拖輪302號”建成后，我國LNG船制造技術不斷得到提升和完善，并在2014年國家補貼政策推出后的幾年里迅速掀起改造新建熱潮。但隨著補貼到期，加之缺乏加注設施、建造成本高企等因素影響，許多項目被擱淺，最后歸于沉寂，更嚴重的是一些建好的LNG船也被棄運營或閑置。本刊主編、廣州船舶及海洋工程設計研究院首席專家徐文珊表示，廣東先后成立了清潔能源動力船產業(yè)聯盟，打造“大宗貨物綠色運輸北江示范項目”等，但恰逢國際能源價格波動、油氣價格倒掛、加注站等配套設施滯后，LNG船在珠江水運的推廣并未取得較大進展。采訪中，廣東凱力船艇股份有限公司董事長鐘永強也說，該公司曾在2016年獲得建造30艘LNG船訂單，后來因為市場問題船東放棄了訂造。

盡管如此，我國推廣LNG船的試點示范和配套設施建設工作并沒停止，有關部門先后推出了《長江干線京杭運河西江航運干線液化天然氣加注碼頭布局方案（2017-2025）》、《關于加快長江干線推進靠港船舶使用岸電和推廣液化天然氣船舶應用的指導意見》、《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)則（2018）》等政策。截至2018年底，我國已建和在建船舶加注站共20座，LNG船配套設施建設取得一定突破。雖然遠遠不夠，但進一步刺激了LNG船建設市場，如廣東就委托廣州船舶及海洋工程設計研究院（廣船院）開展《廣東省內河船舶動力改造方案》調查、編寫工作，計劃對300艘貨船進行LNG船改造，以進一步打造綠色珠江，助力粵港澳大灣區(qū)建設。目前，該方案已進入結題評審階段。曾有人預測，隨著配套設施增加、嚴格航運環(huán)境監(jiān)管及有利經濟預期，我國LNG船或在不久將來迎來新的建造浪潮。

其次，在LNG海船建造方面，我國從無到有，現在已進入了較強行列，而滬東中華更是排名“全球LNG船建造前十船廠”。自從2008年自主設計建造出第一艘遠洋LNG船“大鵬昊”號后，我國在LNG動力船制造上創(chuàng)造了系列的世界之最：金陵船廠交付了全球首制2.5萬噸LNG高壓雙燃料雜貨船;滬東中華建造全球首艘LNG動力23000TEU集裝箱船“達飛雅克薩德”號下水，并在最近舉行的中國國際海事展上推出全球最大25000TEU LNG動力集裝箱船獲DNV GL 認證;大船集團成功研制出全球首座封閉Mark Ⅲ型LNG船模擬艙……目前，國內能建造LNG遠洋船的船廠不在少數，而華南地區(qū)的廣船國際和黃埔文沖也是其中佼佼者，分別交付了世界首艘雙燃料高速客滾船“威斯堡”號和1400TEU雙燃料集裝箱船“北方”號等。

但不可否認的是，我國大型LNG船制造技術和LNG船發(fā)達國家還存在很大差距，不僅交付能力明顯不足，缺乏主要生產線和主要造船廠，許多核心技術依賴國外，如滬東中華的液化圍護系統的No96技術就來自法國GTT，而且關鍵配套設備國產化率低，大部分依靠進口，導致供貨期長、建造成本高。這也是中國造船今年在卡塔爾百艘LNG船大單競爭中顆粒無收的主要原因。

總的來說，目前的LNG船建造市場還處于“看起來很美”的階段，要真正火起來尚需時日，但隨著“限硫令”的實施，或許這種局面很快會被打破，而我國LNG船制造也有可能借此邁向更高發(fā)展。

鋰離子電池推進船順勢崛起

鋰離子電池推進船又稱為純電動船，它具有零排放、無噪音、高效節(jié)能的優(yōu)點。目前，純電動船舶的運營和建造市場主要集中在歐洲，這與它環(huán)保意識、法規(guī)及技術走在全球前列不無關系。杭州現代船舶設計研究院董事長黃佳林表示，當前鋰離子電池儲能系統的關鍵技術包括船舶電力系統組網技術、電力推進、大功率電力并網等技術都已實現重大突破。

早在幾年前，我國就把大力推動純電動船舶發(fā)展列入了《船舶配套產業(yè)能力提升行動計劃（2016-2020）》和《船舶工業(yè)深化結構調整加快轉型升級行動計劃（2016-2020年）》。去年9月，國家交通運輸部又出臺意見，要求“加快研究純電動貨船，實現電動貨船靠泊接用岸電并進行充電”。我國純電動船技術發(fā)展速度非?？?，已然走在了世界前沿，并推出了應用于沿江沿海的各種實船：2019年1月，廣船國際交付了全球首艘2000噸級純電動散貨船“河豚”號，填補了世界同噸位級內河雙電驅動散貨船的市場空白;5月，我國首艘純電動航道快艇“長江航道電001”在武昌下水;10月，江蘇金洋造船有限公司承建的全國首艘京杭運河千噸級純電動運輸船“中天電運001”順利下水;11月，中船七一二所交付了國內第一艘純電動客船“君旅號”……

目前，全球有在運營和擬建純電動船為155艘，而我國僅有20多艘。造成純電動船難以大規(guī)模推廣普及，既有相關標準缺失、充電設施不完善、電網供電能力有限和商業(yè)模式不清晰等問題，又有技術及成本的制約因素，如“河豚”號搭載26噸電池，續(xù)航僅為80公里，難以滿足長距離、大噸位的航運需求。這也是現階段難以向遠洋航運發(fā)展的一個重要障礙。另外，船舶電動化不是簡單的動力系統更換，因為純電動船所需的能源系統、動力系統、推進系統與傳統的內燃機推動大相徑庭，眾多技術難關亟待攻克。

但是，隨著儲能設備成本逐步降低，尤其是磷酸鐵鋰動力電池管理系統日益完善，我國純電動船的研發(fā)必然走向縱深發(fā)展，絕不會僅限于目前浙江、江蘇、廣東等船運交通大省，而未來在安全性、實用性和經濟性等方面也必定會有根本提升。值得強調的是，廣東正大力推進純電動船發(fā)展，除了廣州市港務局等單位聯合發(fā)文補貼電動船充電樁建設，廣東海事局也抓緊為純電動船應用制定和完善相關法規(guī)，廣船院則針對珠江游純電動船進行方案論證，就純電動船產業(yè)化、產業(yè)配套、技術方案等形成報告。

氫動力船研制顯端倪

12月3日，由廣船院牽頭研發(fā)的中國首艘氫燃料試點船舶設計方案在第20屆中國國際海事展獲頒CCS的AIP證書，引起了業(yè)界極大關注和興趣。據該院高級工程師李明敏介紹，此船是一艘2000噸級定點航線內河自卸貨船，具有續(xù)航力強、可靠、安全等特點，目前已完成總體方案、氫系統、發(fā)電系統等設計和風險評估工作，后續(xù)將啟動氫系統、船用燃料電池等系統驗證工作。

其實，船舶采用氫燃料動力早已不是新奇事：德國于2009年率先研發(fā)出全球首艘氫動力船舶;2017年，比利時建造了全球第一艘通過認證的雙燃料氫動力渡輪。更令人振奮的是，斯坦福大學最近推出了通過太陽能、電極和海水成功制造出氫燃料的研究成果。徐文珊首席專家認為，氫燃料電池或是未來船舶動力首選。氫是容易獲得的可再生資源，氫燃料電池作為船舶動力的續(xù)航時間比鋰電池更長。此外，氫燃料電池的振動噪音低，便于模塊化設計、安裝和維護。

我國開展氫燃料電池船舶開發(fā)比較早，上海海事大學于2005年就推出了以氫燃料電池為動力的游艇“天翔1號”。近年，隨著《交通強國建設綱要》、《產業(yè)結構調整指導目錄（2019）征求意見稿》等支持政策出臺，我國不管是氫能產業(yè)，還是氫動力船研究都呈欣欣發(fā)展態(tài)勢，譬如：中江氫能以東方造船為基地，將打造集研發(fā)、生產、改裝、集成于一體的新型氫燃料電池船舶基地，為銅陵市的“氫動長江”計劃添磚加瓦。

當前，國際上采用氫燃料電池的船舶規(guī)模還很小，也沒有任何有效的實際經驗數據可供參考，而我國氫燃料船更是處于摸索階段，與國際先進水平差距較大，現有專利對核心技術涉及較少。在降低損耗和成本、提高效率和材質及穩(wěn)定性、改善工藝和電能質量等方面，我國氫燃料船舶技術研發(fā)要走的路還很長。對此，徐文珊首席專家認為，近期需攻克“高壓氣態(tài)儲氫+質子交換膜燃料電池”船用技術，實現氫動力船示范運營;中期應研發(fā)高效儲氫技術、氫內燃料機，使其應用于多種短途中小型船舶;遠期則進一步研發(fā)船用固體氧化物燃料電池，逐步研發(fā)長續(xù)航中大型船舶。

此外，甲醇用作船舶清潔替代燃料也有著光明前景，世界上一些國家已較早打造了甲醇燃料船的應用實例，如瑞典船舶管理公司首批甲醇雙燃料船已通過10000小時的運行試驗。2019年9月，江龍船艇聯合廣西玉柴、天津大學成功研制了中國首艘柴油甲醇雙燃料旅游休閑船“江龍?zhí)枴?，開創(chuàng)了我國甲醇動力船艇研發(fā)新篇章。

未來向哪發(fā)力？

作為新能源船舶，不管是LNG船，還是純電動船、氫燃料船，現階段在法規(guī)和技術上仍存在這樣或那樣的不足，大規(guī)模推廣還面臨很多困難，但其發(fā)展之勢不可阻擋且不可逆轉。那么，面對新風向，中國造船業(yè)應從哪些方面發(fā)力，才能搶得新能源船舶發(fā)展先機，在這場船舶動力變革大潮中實現快人一步呢？

首先，在國家層面，要從政策和資金上給予階段性扶持，如延續(xù)對新建LNG船舶及現有船舶LNG動力整體更新改造的補貼政策，并根據實際情況適當提高補貼標準。對電動船和氫燃料船等其它新能源船舶研發(fā)，也希望在起步階段能推出一些資金鼓勵政策;在基礎配套設施上，要完善LNG加注站和充電樁等配套設施建設，不僅需要有國家專項資金支持，還要鼓勵相關企業(yè)積極響應和參與。另外，要提高新能源船舶的關鍵船配國產化率，對新能源船舶給予優(yōu)先通航和通航費用減免，制定和完善新能源船舶相關標準和法規(guī)。

其次，船舶行業(yè)要瞄準船舶設計、建造工藝，集中力量進行攻關，加強與國外先進同行交流，加快技術創(chuàng)新步伐，降低建造成本，掌握核心技術，打造真正有吸引力和競爭力的新能源船舶。比如，在LNG船研制上要突破發(fā)達國家的封鎖，建立自主知識產權的開發(fā)貨物維護系統;船配企業(yè)要大力開展關鍵設備和配套系統的研發(fā)，通過技術創(chuàng)新和引進相結合、企業(yè)并購重組、收購海外企業(yè)及加強國際交流等形式，掌握關鍵技術，開發(fā)出新能源船的配套裝置，助力我國新能源船舶發(fā)展。

第三，造船行業(yè)不但要借助高校、研究院所和船級社支持，還要與航運、能源供應等產業(yè)建立戰(zhàn)略聯盟，構建全產業(yè)鏈整合的發(fā)展模式，集聚各領域優(yōu)勢力量，形成示范性項目，共同推動新能源船舶建造與應用。

最后，作為新型船舶尤其是純電動船和氫動力船，無論是技術成熟度、應用歷史等方面，與傳統船舶都是無可比肩，所以新能源船舶建造企業(yè)要拓寬營銷渠道，做好全過程的服務溝通工作，以質量和口碑打開和擴大市場。

漫江碧透，百舸爭流。新能源船舶主宰航運業(yè)的步伐是誰都阻擋不了的。在這場機遇與挑戰(zhàn)并存的盛宴中，造船業(yè)只要順應趨勢，積極進取，銳意創(chuàng)新，就一定能脫穎而出走在行業(yè)發(fā)展的前列。面向未來，中國造船業(yè)必將在新的契機中迎來輝煌燦爛的明天，造船強國夢一定會照進現實！