船舶技術的綠色創新

本刊記者 崔 燕

受國際金融危機影響，2011年全球新船成交量同比下降55%，新船價格跌落至2008年金融危機爆發以來的最低水平。世界造船業面臨前所未有的挑戰。與此同時，國際規則不斷推陳出新，使船舶市場出現了結構性變化。市場更加青睞以節能、綠色環保以及高技術高附加值類船舶。技術創新的重要性進一步凸顯。那么韓國、日本、歐洲等先進造船國家在政策和技術研發領域有哪些新的動向？

韓國：綠色增長戰略

韓國造船業起步于上世紀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，在繼續提高造船能力的同時，不斷致力于生產高附加值船舶，完成了由大變強的華麗轉身，并在海洋工程裝備方面獨占鰲頭。

2005年，韓國造船工業協會提出戰略目標，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。為實現上述目標，韓國造船工業協會制定了“藍色海洋”發展戰略，同時提出了加強新技術、新產品的研發，即將主要力量集中于高技術、高附加值船和海洋工程設備關鍵技術的研發，構筑產學研聯合研發系統和高效運作機制；將LNG船等高技術高附加值船關鍵配套設備和船用材料的研發與生產作為造船業界的共同任務；培養優秀技術人員和技術工人；與海運行業、鋼鐵行業加強合作，謀劃共同發展的雙贏模式；采用有利于造船工業穩步發展和多元化經營的方式；充分利用政府的相關政策，增強造船企業競爭力，提高經濟效益；進一步提高韓國在世界船舶市場上的地位、作用和話語權等。

為了鞏固和進一步提高韓國造船業的競爭力，韓國知識經濟部提出了“綠色增長戰略”，一如既往地將科技戰略作為振興國家經濟的重要手段。一是將開發智能（WISE）船舶等高附加值船舶技術作為“綠色技術產業的一個重要的新增長動力”；二是選擇造船行業為繼汽車、建筑和光纖之后的“創新中心”，開展融合IT技術的未來型船舶核心技術研發。由現代重工集團負責監管“造船—IT”合作創新中心，中小IT企業開發和生產必要的IT設備，應用于高附加值船舶上。

在新型配套產品方面，韓國的研發腳步也更加強勁。據了解，韓國現代重工和韓國電子通訊研究院（ETRI）共同開發的“有/無線船舶綜合管理網通訊系統（SAN）”，可以對船內獨立管理的460余種配件、系統進行綜合管理，包括發動機動力系統和導航系統，并且能夠通過衛星鏈接對船只的狀態進行實時管理，反饋信息。船只的一般性問題可通過SAN系統解決，嚴重問題如部件破損能夠直接將信息發送給航運公司，零部件和維修人員將被直接派送至船只即將抵達的港口。

統計顯示，自2011年3月現代重工將該系統應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，第一次技術革命的主導技術是蒸汽機動力技術，第二次是電力技術，第三次是電子科技。而當代的科學發展則表現出群體突破的態勢，起核心作用的已不是一兩門科學技術，而是由信息科技、生命科學和生物技術、納米科技、新材料與先進制造科技、航空航天科技、新能源與環保科技等構成的高科技群體。

中船重工技術研究中心王傳榮指出，未來的船舶技術將向超級綠色環保技術、超級智能化技術方向發展。“綠色”從設計、建造、配套、營運、拆解等全方位綜合考量船舶的“環保、能效、安全、舒適”；“智能”從應用物聯網等智能體系，實現船舶及船用設備全生命周期內的實時在線運行維護管理。

日本：信息化與產業融合

日本自上世紀50年代打破歐洲造船業一統天下的局面后，就把發展造船業作為一項國家戰略，從政策措施、競爭戰略以及研發項目等方面積極推動造船產業的發展。2004年，日本國土交通省就“造船產業競爭戰略”展開了研討，主要包含六個方面。

1、2010年目標，要確保日本船舶工業具有負擔“世界海運造船中心”的任務和能力，全國要維持年建造1000萬總噸船舶的生產規模；

2、要擁有“領導世界海運造船發展”的技術能力，為承擔起“世界海運造船中心”的任務，將繼續在船舶綜合技術能力方面謀求“世界第一”，即在船舶產品經濟性、安全性、環保性等綜合技術水平居世界第一位，努力將日本新技術變成“國際標準”推向世界；

3、LCV（Life Cycle Value）計劃，又稱最高價值船舶MVS-2010，作為先導計劃，要求在2010年前具備設計、建造LCV能力。其宗旨是要使每個企業或群體都具備進行概念設計并批量建造“最有價值船舶”的能力，計劃包括如發動機、推進系統、船型等多項技術開發課題；

4、創新競爭環境，在國內制定相應的政策和措施，如國家的設備政策，技術開發政策等，要能使各企業在競爭中充分激發起“競爭意識”和活力，以利于維持日本造船業在國際競爭中強勁態勢，在國家層面上創造公平競爭條件。日本普遍認為，歐洲國家對將造船業作為支持對象，從國家政策層面給予補貼，因此，需要設法制定世界通用規則或公約，以保證公正、公平的競爭環境；

5、追求規模經濟效益，從造船成本、附加值、工期等競爭因素看，韓國、中國具有成本優勢，日本不僅在附加值和工期方面保持了一定優勢，同時要求企業具有相當規模；

6、研究開發新產品，利用本國集聚的造船業、海運業、船用設備工業、大學研究機構、船級社（協會）等海事群體共同協作的研發方式開發新產品。

除了造船產業競爭戰略，日本國土交通省還通過制定詳細的4年短期研發項目和2050年中長期科研戰略，為本國船企給予支持和幫助。其中4年短期研發項目主要包括：船型開發、減少摩擦阻力、提高螺旋槳效率、提高柴油機效率、廢熱回收、航運行船效率化等。2050年中長期科研戰略則是將先進的信息化技術融入造船工業，搶占綠色智能、高附加值船舶市場份額。戰略實施分三個階段。

第一階段（2008～2020年）：采用4年短期計劃開發的成果建造新船舶，或以其中可供現有船舶使用的技術對船舶設備進行改造，實現減排30%的預期目標。

第二階段（2021～2040年）：全面應用上階段開發的技術，開發應用新型減排技術：高效柴油機+蓄電池（部分為燃料電池）的混合動力系統，吊艙推進器，生物柴油燃料，對船隊的整個運輸流程（包括陸地運輸）實行綜合航運管理，實現減排60%的目標。

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

除了加強船型方面的競爭優勢，日本還在新型配套產品研發方面下了大力量，日本造船協會專門組織成立了一個由研究所、船級社、船東、造船企業和鋼鐵生產商組成的技術研究小組。經過三年時間，成功揭開了貨油艙內腐蝕、腐蝕產生的機理以及腐蝕過程，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，開始研發這種新型的耐腐蝕鋼，并獲得工程應用。

2004年6月，由三菱重工建造的“TAKAMING”號油船，內殼底部使用了耐腐蝕鋼板，運營五年，船內殼底部為點腐蝕，腐蝕深度一般在2～4毫米，極個別的點腐蝕深度接近5毫米；在甲板內部為均勻的腐蝕，腐蝕情況并不嚴重。大大地減少了船舶的耗損以及維護成本。

歐洲：瞄準未來發動機

歐洲作為造船產業的老牌選手，工業界一直采取聯合開發的手段，鞏固其在船舶設計建造關鍵技術和配套產品方面的領先地位。

據中船重工技術研究中心王傳榮介紹，早在2000年，歐盟就提出“Leader SHIP2015歐盟造船業計劃”。其核心內容為，提高研發和創新投資、對創新產品和創新流程實施補貼；在船舶設計和建造方面進行持續創新，提供更安全和更環保的船舶；促使制定更為嚴格的國際標準。

其中，最為著名的項目就是“船用超低排放高效燃燒發動機計劃（HERCULES）”。共有來自13個歐洲國家的38個機構參加；參與單位除兩大船用低速機品牌商MAN和瓦錫蘭外，還包括發動機零部件供應商、設備制造商、大學、研究機構、航運公司和船級社等。

項目主要用于研發高效清潔船用柴油機動力系統，以大幅減少航運中的二氧化碳的排放，計劃到2020年，通過將船用柴油機的燃油消耗降低10%，效率提高60%，來大幅減少二氧化碳的排放，同時實現減少70%氮氧化物排放和50%煙塵排放。項目總投資約8000萬歐元，分三個階段完成。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日啟動至2011年底完成，投資2600萬歐元；第三階段：計劃完成時間為2012～2014年，預計投資1700萬歐元。截止目前，HERCULES項目已經進行到第三階段，即實現接近零排放。

除了HERCULES項目外，面對日益嚴峻的減排形勢，歐洲工業界主要從優化船型、提高主機性能、采用新型推進系統與動力裝置等方面采取積極應對措施。

2010年，瓦錫蘭集團與ABB公司聯合瑞士Hug Engineering公司研發出了比傳統系統體積小80%的緊湊型SCR系統，并且新SCR系統可以在瓦錫蘭研發的主機上實現全系列安裝。2011年3月，曼恩公司首次在6S46MC-C8型船用低速柴油機（7000kW）上安裝了其研發的緊湊型SCR系統。該系統可將大型船用柴油機的NOX排放降低。2011年1月，曼恩公司與瑞典能源與環境技術公司（Opcon）簽訂合作協議，共同將Opcon公司的“Powerbox”廢熱回收技術和MAN公司柴油發動機整合，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 技術中，最好地回收利用低溫熱源的廢熱能量，研發低溫WHR。2011年11月，曼恩公司的集成其第二代廢氣再循環系統的6S80ME-C9型船機訂單，被應用在4500TEU集裝箱船上，該系統完全滿足IMO Tier III排放標準要求。

未來以LNG燃料作為動力系統將成為未來的發展重點。目前，LNG作為燃料已經被成功應用于挪威沿海運營的船舶，特別是短途運行的船舶。

世界上首艘由重燃油改裝成LNG燃料的成品油船“Bit Viking”號，瓦錫蘭對該船進行了整體改裝，包括：氣體燃料系統、管道系統、推進系統以及相關控制系統等。該船還采用了瓦錫蘭新型LNG儲罐系統，船舶在80%裝載工況下自運行12天。該船于2011年11月投入運營，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則進一步開展以LNG推進的新概念集裝箱船和滾裝船的研發項目。

另外，在新型動力體系例如太陽能、風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力的“星球陽光”號雙體船和“白鯨天帆”號風動力貨船，以及歐洲（STX）造船集團“Eoseas”號環保概念郵輪。