日本最新開發的綠色船舶

秦 琦

日本最新開發的綠色船舶

秦 琦

近年來，世界各國對環保的關注越來越多，航運界和造船界紛紛制定出各種規范以滿足日益嚴格的節能環保要求。新的排放規定為全球新造船市場提供了一次新的發展機遇。日本造船界認為，對船廠而言，這是一次難得的機遇，通過開發創新技術可以獲取其中的利益。基于此，日本船廠和設計單位開發出了一系列綠色船舶技術產品。

“eFuture 13000C”集裝箱船

日本石川島播磨重工集團（IHI）下屬的石川島播磨聯合海事公司（IHIMU）開發了一型節能環保型集裝箱船“eFuture 13000C”，可以降低約30%的溫室氣體排放。該船的主要減排技術包括：①提高推進性能，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阻，采用低摩擦船底涂層以減少船底摩擦阻力；②提高設備系統效率，可以減少10%的溫室氣體排放。主要措施為采用電控柴油機和可變噴嘴型渦輪增壓器，通過廢能回收系統利用主發動機、蒸汽渦輪和排氣機產生的廢熱進行發電；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，其產生的電力儲存在船內的鋰離子電池內。

此外，IHIMU公司還開發了多種綠色船舶和設備，包括“eFuture 310T”型油船和“eFuture 56B”型散貨船，通過改進推進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阻等措施來提高船舶的節能環保性。主要環保技術和設備包括先進的反轉螺旋槳、節能設備、低摩擦涂層、電控低速柴油機、渦輪增壓器、廢熱回收系統、逆變器驅動輔機、鯨背甲板船首、低風阻居住艙室等。

在燃料電池推進船舶方面，IHIMU公司于2009年10月宣布將開發世界首艘充電型渡船，預計首艘實船可于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，經過6～8小時充電可以航行120公里。使用電力推進后該船將實現CO2的零排放，而且節省了額外的輔機類設備，不過該船的造價預計比同規模的柴油機船高60%。

另外，IHIMU開發的反轉螺旋槳系統可以減少CO2、NOX、SOX的排放，節省10%的油耗，具有較高的冗余度，該技術在實船中的應用已超過20年。

“MALS-14000CS”集裝箱船

三菱重工（MHI）集團開發的“MALS-14000CS”集裝箱船采用了多種環保技術，可以減少35%的CO2排放量。該船采用的主要環保措施為：通過優化船型設計，橋樓前移，廢氣煙囪布置在尾部，居住區以下空間也可以裝載集裝箱，匹配雙機雙軸推進可以降低24%的CO2排放量；采用MHI和日本郵船共同開發的空氣潤滑系統，可以減少10%的CO2排放量；采用電控柴油機和安裝廢氣回收系統，可以減少5%的CO2排放量。據了解，“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進一步提高船舶環保性。據了解，2010年4月，該空氣潤滑系統首次安裝在14538GT的重載運輸船“邪馬臺”號上進行測試，結果表明最多可以降低12%的能耗。

此外，MHI還開發出新一代16.5萬m3的MOSS型LNG船，該船采用連續的貨艙蓋，可以降低船體10%的用鋼量；采用MHI開發的“超燃氣輪機”推進系統，與常規蒸汽輪機相比可以減少20%的油耗，降低15%的排放。該船總長約為290米，寬50.4米，設計航速約為19.5節。

在其它綠色船舶技術的開發應用方面，MHI也取得了多項研究成果。如：該公司建造的8083GT“Ferry Akebono”號渡船采用雙機單槳推進系統，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系統于2004年安裝在“Hamanasu”號客滾船上進行測試，結果表明5年的運營中油耗降低20%；開發了LNG燃料推進裝置，低速柴油驅動設備的直接噴氣系統即將開始測試；開發了多套熱能回收系統，動力渦輪發電機和混合渦輪增壓器；MHI開發的另外一些環保節能技術還在測試中，目前尚不具備經濟性，如6200車位的“Auriga Leader”號和6500車位的“Toreador”號汽車運輸船上分別安裝了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）宣布成功開發一型能夠減少30%碳排放量的6.6萬載重噸環保散貨船“Neo Supramax 66BC”號。據了解，該型船總長200米，寬36米，吃水12.9米，服務航速14節，尺度設計充分考慮了2014年巴拿馬運河拓寬后的狀況。新環保散貨船設計有高級型和標準型兩種，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用最終達到降低30%的碳排放。

三井工程與造船公司開發的環保型船舶和設備還有，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：通過優化船型設計減少10%的排放，通過改進推進系統減少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，可以在進出硫排放控制區時方便地轉換，主機采用三井-MAN B&W 6S70MC-C型柴油機，滿足IMO關于廢氣的環境標準；MES還開發了環保型鐵礦石運輸船“Brasil Maru”號，該船采用最新的電腦模擬技術進行開發，實現了極好的推進性能，主機也滿足IMO的廢氣排放規定。此外，MES還研制廢熱能利用設備和系統、壓載水設備等。

17.7萬m3 MOSS型LNG船

川崎重工下屬的坂出船廠為東京LNG運輸船公司建造的1艘17.7萬m3的MOSS型LNG船安裝有先進的再加熱蒸汽輪機“川崎URA裝置”，可以通過將高壓渦輪機中出來的蒸汽重新送回鍋爐進行再加熱處理，然后送至中壓渦輪機，以獲得更高的熱效率，與傳統蒸汽輪機相比可以節省15%的燃料消耗。此外，該船還通過優化船體型線、安裝節能設備（如配有反向減搖鰭的半導管系統，配有減搖鰭的球型舵）等措施提高推進效率。通過以上節能措施，該船運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，設計吃水11.5米，航速為19.5節。

川崎重工開發了一型18萬載重噸的節能型散貨船，該船采用多種節能技術提高燃油效率，包括采用1臺兩沖程節能柴油機，1個高效螺旋槳，配有反向減搖鰭的半導管系統，配有減搖鰭的球型舵（該設備還被用于川崎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械，可以防止海上污染。據了解，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了環保型船首SK，該項目開始于2007年，采用最新的理論計算優化了水線以上的船首形狀，通過分散船首的入射波進而減小了船首的興波阻力。經過水池試驗驗證，SK船首最多可以減少30%的波浪阻力，達到降低能耗和減少CO2排放的效果。此外，目前該船廠還與九州大學共同研究高效螺旋槳K3，該螺旋槳和SK船首將作為一種標準配置應用到中型散貨船上。

第三代成品油船MR-III

2010年，尾道船廠交付了新開發的第三代成品油船（MR-III）“Maersk Murotsu”號。在MR-III型的最初設計方案中，尾道船廠考慮了4個設計主題，分別是環保、安全、操作、維護。在環保方面的設計為：在尾軸管上配置空氣密封系統，可以降低燃油泄漏的可能性；安裝新開發的“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計，可以減少16%的空氣阻力。據了解，MR-III型成品油船的居住室采用獨特的外形設計，不僅可以降低空氣阻力，而且外形優美。“Maersk Murotsu”號總長182.5米，型寬32.2米，吃水12.9米，5萬載重噸，服務航速15.3節，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，通過電動調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境，從而降低油耗和排放。該船安裝有萬國船廠開發的抗浪球鼻（surf bulb）、超流導管（SSD）、斧型船首等節能設備，相比于普通大型鐵礦石船，該船可以極大地提高推進效率，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。

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。為了提高推進效率，該船安裝有1臺低速長沖程MAN B&W 6S60MC-C型柴油機，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）節能設備，最多可以節省6%的油耗，并減少CO2排放量。為了提高船舶的環保性，該船還采用了其他一些環保措施，比如燃油艙采用雙殼結構，壓載艙采用無焦油涂層，為主機室提供一套獨立的艙底分離系統。“Global Star”號總長229米，寬32.24米，吃水14.55米，服務航速為14節。據了解，Sanoyas公司還將STF等節能設備應用在12萬載重噸散貨船和12.3萬m3的散裝碎木船等船型上。

2000車位汽車運輸船

日本旭洋造船公司開發了一型2000車位的節能環保型汽車運輸船，采用半球形船首和流線型船體，具有獨特的抗風阻外形，與普通的汽車運輸船相比，這種新型汽車運輸船最大可以減少50%的風阻。該船如果在北大西洋常規海洋氣候條件下航行，以75%的速度航行來計算，風阻的降低可以使船舶每年節省800噸油耗，CO2的排放預計減少約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，因此不會產生排放。第一步是開發一型可以節省40%能耗的集裝箱船，主要研究內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。下一步研究內容是電力推進的使用，太陽能板和岸基電源系統的使用，這樣通過以上兩個階段的研究使船舶節能80%。該項目最終目標是采用燃料電池以實現船舶的零排放。

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。該項目下開發的船舶將比現有船舶減少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MIBS油船和MIBS散貨船，預計最終設計將于2012年完成。除了減少壓載水，MIBS項目的另一目標是提高船舶的效率和減少氣體排放，通過優化船型和提高推進效率可降低10%的能耗。