綠色船舶開(kāi)發(fā)技術(shù)與船舶工業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力

綠色船舶科技開(kāi)展

與我國(guó)船舶工業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力陳映秋2021年12月2日、武漢內(nèi)容1、國(guó)際航運(yùn)節(jié)能減排的新局面

與我國(guó)政府應(yīng)對(duì)新政1〕國(guó)際航運(yùn)節(jié)能減排的新局面2〕我國(guó)政府應(yīng)對(duì)新政1〕國(guó)際航運(yùn)節(jié)能減排的新局面ECA在主要航線上布局——新的節(jié)能減排要求40%oftheworldfleet香港采用低硫油2021北極ECA全球船舶主要航線與容量及ECA的分布ECA航運(yùn)環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)列入國(guó)家環(huán)保重點(diǎn)方案

自2021年起，航行我國(guó)水域的船舶空氣污染排放納入到我國(guó)總量控制范圍，將會(huì)下達(dá)減排指標(biāo)，強(qiáng)行推行減排。2021年起，相關(guān)的新船發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)施，對(duì)現(xiàn)有船舶將出臺(tái)市場(chǎng)準(zhǔn)入排放標(biāo)準(zhǔn)，制定更為嚴(yán)格的沿海與內(nèi)河船舶燃油限制值。另外香港2021年成為ECA區(qū)將促使大陸考慮設(shè)立相應(yīng)的ECA區(qū)〔2021年〕。

這一切使得中國(guó)船舶工業(yè)的適應(yīng)性開(kāi)展將帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，要求在LNG燃料動(dòng)力船方面對(duì)前面已經(jīng)取得成績(jī)之上重新考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，如考慮巴拿馬運(yùn)河2021年開(kāi)通、北極通航、世界物流革命的根底上，加強(qiáng)LNG動(dòng)力在油船、散貨船、集裝箱船方面的應(yīng)用研發(fā)。經(jīng)濟(jì)危機(jī)〔油價(jià)變化〕與船舶大型化歷程第一次船舶大型化第一次船舶大型化集裝箱運(yùn)輸模式在開(kāi)展油船大型化受到重創(chuàng)散貨運(yùn)輸開(kāi)展第二次船舶大型化第二次船舶大型化集裝箱運(yùn)輸模式成熟油船大型化理性礦砂運(yùn)輸開(kāi)展船舶大型化趨勢(shì)繼續(xù)11月29日，66.15美元/桶，跌勢(shì)未能止住紐約油價(jià)調(diào)整期USD/桶（高位）USD/桶（低位）跌幅6個(gè)月后會(huì)彈比率2008/7-2009/3147.2733.20-78%35%2011/5-2011/10114.8374.95-35%88%2012/3-2012/6110.5577.28-30%70%2014/6-2014/12107.6866.15-40%???影響集裝箱船大型化的因素影響因素內(nèi)容概要環(huán)境（航道/港口）受到航道、港內(nèi)水域、錨地水深限制，16.5m吃水的集裝箱船需要19m水深，目前全球僅有少量港口可接納超大型集裝箱船，歐洲、遠(yuǎn)東港口比美洲港口條件略好，Airdraft對(duì)船舶的水面高度進(jìn)行限制，高達(dá)61.5m的水面高度過(guò)不了紐約的Bayonne橋物流形式涉及到轉(zhuǎn)運(yùn)港的裝卸機(jī)械能力，需考慮外伸距離與集裝箱層數(shù)，超過(guò)300m長(zhǎng)的船舶需要5-6部裝卸機(jī)同時(shí)在1小時(shí)內(nèi)進(jìn)行120-150個(gè)箱子作業(yè)，9000TEU船需要進(jìn)行18列箱寬、高17層箱的作業(yè)；需要Hub-Spoke網(wǎng)的布局（限制PortofCall），18000TEU需要24列集裝箱寬度的裝卸機(jī)械技術(shù)能力推進(jìn)系統(tǒng)能力限制了船舶尺度增加，本世紀(jì)初，在超過(guò)8500TEU/25Kn（經(jīng)濟(jì)危機(jī)前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的集裝箱船上需要2臺(tái)主機(jī)（不是船東所愿），直到今天，更強(qiáng)的機(jī)型被研發(fā)出來(lái)，船舶能力立刻發(fā)展到10000TEU以上，機(jī)器長(zhǎng)度將影響到機(jī)艙設(shè)計(jì)，另外，槳的設(shè)計(jì)也頗費(fèi)周折。當(dāng)采取雙機(jī)技術(shù)方案（具有冗余、可根據(jù)裝載情況靈活使用功率）使得船舶能力可以達(dá)到15000-18000TEU，維護(hù)環(huán)節(jié)復(fù)雜性，由于目前國(guó)際物流鏈的速度降低，中海集團(tuán)在訂購(gòu)18000TEU船時(shí)，改為了單機(jī)；日本三井MOLConfort事故表明船舶大型化在材料、建造技術(shù)上尚有問(wèn)題經(jīng)濟(jì)因素盡管18000TEU船舶費(fèi)用高昂（1.3-1.8億美元），從Maesk的研究來(lái)看，要滿足在21kn航速時(shí)達(dá)到節(jié)能37%的目標(biāo)，單箱減少CO250%的指標(biāo)，只有采用大船，在投資、運(yùn)營(yíng)、燃料費(fèi)中尋求較優(yōu)方案。在6000TEU以下時(shí)，每1000TEU的投資下降很小，即使在18000TEU船的投入上也只比6000TEU有5%的單位投資收益；在包括人員、管理、維護(hù)、保險(xiǎn)等費(fèi)用在內(nèi)的運(yùn)營(yíng)成本中，前2項(xiàng)與6000TEU船差別很小，后2項(xiàng)則可能增加；在25kn航速下，每增加1000TEU，每日增加油耗31.8噸，似乎在燃油也沒(méi)有油水可撈，然而，在“門(mén)對(duì)門(mén)”的整個(gè)物流鏈中，在大船日常費(fèi)用比常規(guī)船1/4略低（約23%），集裝箱費(fèi)用（包括維護(hù)費(fèi)18%）；港口費(fèi)（大船拖輪費(fèi)增加21%，縮短在港時(shí)間）；內(nèi)陸運(yùn)輸（25%），其他（13%）5類費(fèi)用中，,大船提高運(yùn)營(yíng)效率可獲單箱費(fèi)用（SlotCost）降低；因此大船（13000TEU以上）只能在主要物流線（East-Westroutes）上?？?個(gè)MegaHub港（PortofCall）：如東南亞、地中海西、加勒比、中美西部。250-6000TEU作為支線船舶使用，這是大船省費(fèi)用的主要理由主管當(dāng)局政策節(jié)能減排環(huán)保的愈來(lái)愈嚴(yán)格小結(jié)2〕我國(guó)政府應(yīng)對(duì)新政

〔1〕航運(yùn)強(qiáng)國(guó)的未來(lái)模式2021年世界航運(yùn)物流模式(西歐為中心)Bi-directional2030年航運(yùn)物流模式

(以中國(guó)為中心)

hubandSpoke

到2030年，集裝箱運(yùn)輸極大增長(zhǎng)在中東與遠(yuǎn)東，印度洋和亞太成為全球集裝箱的貿(mào)易中心，在遠(yuǎn)東與拉丁美洲的集裝箱運(yùn)輸也有極大的增長(zhǎng)中國(guó)船隊(duì)的增長(zhǎng)由2021年占世界15%(1.5億DWT〕到2030年的24%交通運(yùn)輸部即將出臺(tái)促進(jìn)郵輪運(yùn)輸開(kāi)展的指導(dǎo)意見(jiàn)，進(jìn)行上海、福建、天津、海南油輪試點(diǎn)示范，推進(jìn)中資油輪與五星旗郵輪的開(kāi)展(2)海運(yùn)業(yè)已經(jīng)列為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)開(kāi)展

重要的根底產(chǎn)業(yè)1〕燃料革命——LNG與物流革命

將淘汰人類在50年間形成的優(yōu)秀船型——重新洗牌SaferGreener&MoreEffective國(guó)際航運(yùn)物流變化

各種聯(lián)盟新變化集裝箱運(yùn)輸聯(lián)盟發(fā)生重大改組原因以規(guī)模求降低本錢低碳經(jīng)濟(jì)結(jié)果大型化繼續(xù),且愈演愈烈〔2021年有40艘超大型集裝箱船投入營(yíng)運(yùn)〕G6-19000-22000TEU集裝箱船M2正在訂購(gòu)6艘19000TEU船Maersk–SealandGrandalliance〔NYK,OOCL〕NewWorldalliance〔Hyundai，APL〕Unitedalliance〔Hanjin，CKY〕AmericanPresidentLinesHapagLloydHyundaiMerchantMarineMitsuiNipponOOCLP3G6MaerskLineMSCCMACGM2021年以前2021MaerskLineMSCM2近50%27.5%航運(yùn)界必須跟上世界經(jīng)濟(jì)與中國(guó)開(kāi)展的步伐1、氣候變化與燃料革命清潔能源〔平安問(wèn)題〕風(fēng)——固體——液體——燃?xì)狻旌蟿?dòng)力核能動(dòng)力燃料電池2、北極航行與資源開(kāi)發(fā)〔2021、6、5〕中遠(yuǎn)815-910試航非條件設(shè)計(jì)——?dú)庀笞兓?guī)律、水深、地貌、海圖〔高緯60覆蓋10%〕3、低碳經(jīng)濟(jì)船舶大型化非均勻流極限載荷與水彈性下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高強(qiáng)度鋼利用/屈曲與工藝災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)CO2減少30%LNG燃料采用〔30%的ECA航程〕燃料〔LNG〕革命將淘汰人類在50年間形成的優(yōu)秀船型——導(dǎo)致船舶研發(fā)重新洗牌地標(biāo)港口地標(biāo)港口Tier1ASingapore*BRotterdam*CFujairah*DHongKongEAlgeciras*FBusanGSanFranciscoHLosAngelesINewYork*JPanamaCanal–CristobalKPanamaCanal/BalboaLHouston*MGothenburg*NPiraeus*OSuezCanal/PortSaidPShanghai*QZeebrugge*RSouthampton*STokyoBay/YokohamaTier2TVancouver*ULasPalmasVNyn鋝hamn*WKochi(Cochin)XGladstoneYSydney未來(lái)全球LNG供給港口分布圖

K〔PanamaCanal/Balboa〕與J〔PanamaCanal–Cristobal〕重合〔1〕LNG作為航運(yùn)燃料與LNG加注過(guò)程沒(méi)有被列入IMO的公約與標(biāo)準(zhǔn)中〔ISO〕?！?〕關(guān)于LNG的加注的國(guó)際規(guī)那么框架，ISO只能在未來(lái)的共同標(biāo)準(zhǔn)與法律范圍內(nèi)考慮〔ISO標(biāo)準(zhǔn)〕；〔3〕加注過(guò)程與責(zé)任的定義沒(méi)有包括在ISO/TC67/WG10中，在正在起草的IGFCode中，也僅是船對(duì)船的LNG加注，是不全面的〔IMO、ISO〕?！?〕LNG作為貨物與作為燃料區(qū)別的概念模糊〔ISO〕?！?〕LNG燃料艙的連接與斷開(kāi)過(guò)程沒(méi)有寫(xiě)入正在起草的IGFCode中與ISO/TC/67/WG10中〔IMO、ISO〕。〔6〕國(guó)家層面的法規(guī)缺乏，約束了采用當(dāng)前最好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的適合小型LNG加注站的指導(dǎo)性文件/標(biāo)準(zhǔn)的制定?！?〕缺乏港口關(guān)于LNG加注過(guò)程的共同指導(dǎo)性文件?！?〕缺乏LNG運(yùn)輸與燃料動(dòng)力船的船員培訓(xùn)要求?！?〕缺乏LNG作為航運(yùn)燃料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?！?0〕缺乏LNG作為燃料時(shí)對(duì)硫成分測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)/指導(dǎo)性文〔11〕缺乏LNG作為燃料的平安抽樣標(biāo)準(zhǔn)?！?2〕缺乏在LNG供給裝置與LNG受注船之間的通信與過(guò)程監(jiān)控〔包括應(yīng)急關(guān)閉〔ESD〕〕設(shè)備規(guī)格化的標(biāo)準(zhǔn)。〔13〕缺乏用于氣體測(cè)量的規(guī)程與設(shè)備。〔14〕應(yīng)該制定操作指導(dǎo)性文件減少與甲烷〔methane〕排放有關(guān)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

極地可能儲(chǔ)藏的油氣占全球的1/4，其他稀有金屬、海洋資源、漁業(yè)資源儲(chǔ)量也極大，愈來(lái)愈顯現(xiàn)出其商業(yè)價(jià)值冰區(qū)船舶性能試驗(yàn)技術(shù)拖曳冰池設(shè)計(jì)論證操縱性冰池設(shè)計(jì)論證冰水池測(cè)試技術(shù)冰區(qū)船性能預(yù)報(bào)技術(shù)設(shè)計(jì)方案冰力學(xué)試驗(yàn)室設(shè)計(jì)論證模型冰制作及力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)冰載荷測(cè)試技術(shù)冰區(qū)船快速性測(cè)試技術(shù)冰區(qū)船操縱性測(cè)試技術(shù)冰區(qū)船推進(jìn)器性能測(cè)試技術(shù)冰區(qū)船航速預(yù)報(bào)技術(shù)冰區(qū)船破冰能力預(yù)報(bào)技術(shù)冰區(qū)船操縱性預(yù)報(bào)技術(shù)冰區(qū)船推進(jìn)器性能預(yù)報(bào)技術(shù)冰區(qū)船結(jié)構(gòu)性能預(yù)報(bào)技術(shù)冰水池設(shè)計(jì)論證試驗(yàn)方法試驗(yàn)規(guī)程預(yù)報(bào)方法冰區(qū)海工裝備試驗(yàn)技術(shù)冰載荷預(yù)報(bào)技術(shù)冰區(qū)船舶總體設(shè)計(jì)技術(shù)船型設(shè)計(jì)技術(shù)推進(jìn)器設(shè)計(jì)技術(shù)冰區(qū)船舶設(shè)計(jì)技術(shù)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)低溫材料應(yīng)用技術(shù)低溫甲板設(shè)備與防凍技術(shù)減振降噪設(shè)計(jì)技術(shù)極地通導(dǎo)技術(shù)IMO公約與規(guī)范極地通航環(huán)境條件分析極地環(huán)保與GHGISO及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)急對(duì)策破冰船概念設(shè)計(jì)方案破冰與抗冰能力設(shè)計(jì)技術(shù)動(dòng)力與設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范低溫環(huán)境動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)操縱性設(shè)計(jì)技術(shù)冰區(qū)集裝箱船（4000TEU）概念設(shè)計(jì)方案冰區(qū)油船（AFRAMAX）概念設(shè)計(jì)方案冰區(qū)散貨船(巴拿馬型)概念設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方法風(fēng)險(xiǎn)分析標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范兩條航線東北航道由西向東：北海、俄羅斯北極沿岸、北冰洋巴倫支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亞海、楚科奇海、白令海峽在俄羅斯北部沿岸2800km稱為北部航道——視為“國(guó)內(nèi)〞航線通航船舶急劇增長(zhǎng)西北航道由東向西：白令海峽、美國(guó)阿拉斯加北部海域、戴維斯海峽、加拿大北極群島、波弗特海通航船舶逐年增加〔小船居多〕年份2006200720082009201020112012通航艘數(shù)1119202021典型的北極航線〔夏秋之交〕ToChina1–YugorskyStrait2–KaraStrait3–CapeZhelaniya4–VilkitskyStrait5–ArcticCape6–DmitryLaptevStrait7–SannikovStrait8–northoftheNewSiberianIslands9–DeLongStrait10–BeringStrait作業(yè)環(huán)境和條件低溫下的船體與設(shè)備的維護(hù)問(wèn)題？低溫下與冰脊環(huán)境下的船體強(qiáng)度問(wèn)題？例：船冰數(shù)學(xué)模型必須依靠冰水池模型試驗(yàn)建立船舶運(yùn)動(dòng)；冰特性、冰材料非線性；斷裂與接觸力學(xué)行為；船舶冰載荷冰水池模型試驗(yàn)與仿真分析冰水池的工作內(nèi)容冰的特性冰失效過(guò)程與力學(xué)特征冰船交互模型驗(yàn)證冰載荷確實(shí)定分析工作需要數(shù)值仿真進(jìn)行佐證比較實(shí)船與模型試驗(yàn)的結(jié)果研究其聯(lián)系參數(shù)采用大數(shù)據(jù)理論解決〔實(shí)船/模型〕缺乏試驗(yàn)資料的難題傳統(tǒng)的冰的理論模型需要壓縮/彎曲強(qiáng)度的證明新的模型需要更多的冰特性資料冰的剪切強(qiáng)度冰脊內(nèi)冰粒粘結(jié)強(qiáng)度后面四項(xiàng)需要附加的水池試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)成了一個(gè)“test-analysis〞循環(huán)過(guò)程IACS、FSICR、CLASSRules的聯(lián)系與區(qū)別IACS北極水域常年航行〔多年冰〕北極水域夏季航行〔1年冰〕FSICR北極水域夏季航行〔1年冰〕效勞有限狀態(tài)水平〔冰帶區(qū)域〕CLASSRules標(biāo)準(zhǔn)引入了FSICR，不能覆蓋多年冰情況缺乏非條件設(shè)計(jì)思維冰規(guī)范冰載荷板失效的有限狀態(tài)骨材失效的有限狀態(tài)FSICR時(shí)常發(fā)生的載荷小變形發(fā)生彎曲下微小變形IACSPC極端載荷塑性破壞在彎曲、剪切作用下坍塌IACS、FSICR區(qū)別船級(jí)社的極地船舶標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展與航運(yùn)公司責(zé)任極地船舶的概念設(shè)計(jì)過(guò)程

——不定性與要求有限操作功能的聯(lián)系方法值得關(guān)注，可能成為船舶節(jié)能減排主流方向值得關(guān)注，可能成為船舶減排主流方向經(jīng)濟(jì)賬要算？？風(fēng)能煤石油石油/天然氣/風(fēng)能天然氣/風(fēng)能風(fēng)能時(shí)代石化能源時(shí)代石化能源/可再生能源混合時(shí)代風(fēng)帆技術(shù)示范應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究方向總布置及航行性能研究風(fēng)洞水池試驗(yàn)技術(shù)研究推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究控制策略及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程樣機(jī)與試驗(yàn)技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究實(shí)船安裝工藝精度控制節(jié)能指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性分析實(shí)船驗(yàn)證技術(shù)研究日本2021年船舶設(shè)計(jì)方案180kDWTBC日本-西雅圖目標(biāo)節(jié)能25%5.3年回收本錢主持：東京大學(xué)參加：NYK、MOL、KLINE、OshimaShipyard、Tadano、ClassNK各種風(fēng)帆效果比較圖Generation1Generation2Generation3Generation4附加慣性模型精品船型溫室氣體（GHG）有毒氣體能效指數(shù)IMOMEPC203（62）CO2(%)NOx(%)SOx(%)EEDI(%)中X值40萬(wàn)噸級(jí)礦砂船20滿足公約1520萬(wàn)噸級(jí)散貨船20滿足公約1511萬(wàn)噸級(jí)散貨船20滿足公約209.3萬(wàn)噸級(jí)散貨船20滿足公約2032萬(wàn)噸級(jí)原油船20滿足公約1516萬(wàn)噸級(jí)原油船20滿足公約155萬(wàn)噸級(jí)成品油船20滿足公約2011萬(wàn)噸級(jí)成品油船20滿足公約204600箱級(jí)集裝箱船20滿足公約20設(shè)計(jì)階段經(jīng)濟(jì)性分析主要參數(shù)（theprincipalparametersusedineconomicsanalysisatdesignstages）

1.貨物載荷（Cargopayload）12.其它每天成本（Otherdailyrunningcosts）*2.船舶成本（Shipcost）

13.燃料類型（Bunkeringpattern）

3.航速（Speed）

14.燃料（油）價(jià)格（Fuelprice）**4.在海上與港口燃油消耗量（Fuelconsumptionatseaandinports）15.港口費(fèi)（Portcharges）**5.續(xù)航力（Roundtripdistance）

16.運(yùn)價(jià)（Freightrate）*6.貨物裝載率（Cargohandlingrate）*17.貨物裝卸費(fèi)（Cargohandlingcharges）**7.靠港數(shù)量（Numberofportsofcall）*18.貼現(xiàn)率（Discountrate）*8.年航行天數(shù)（Servicedaysperyear）*19.折舊政策（Depreciationpolicies）*9.船舶使用壽命（Ship'slife）*20.信貸方式（Creditfacilities）*10.船員成本（Crewcosts）*21.補(bǔ)貼政策（Subsidies）*11.物流形式（Logisticspattern）*22.成本與貨運(yùn)的擴(kuò)充（Escalationofcostsandfreights）**（1）（2）（3）序號(hào)最低能效需求營(yíng)運(yùn)優(yōu)化能效產(chǎn)品選用1最低能效設(shè)計(jì)船隊(duì)優(yōu)化配置高效主機(jī)選擇2艙容優(yōu)化適當(dāng)減速機(jī)械優(yōu)化配置（如電推）3空船重量?jī)?yōu)化優(yōu)化航程（線）廢熱利用（WHR）產(chǎn)品4高效設(shè)備最優(yōu)（阻力最?。┛v傾清潔能源產(chǎn)品（如LNG）5提高裝載能力風(fēng)、波的利用風(fēng)能產(chǎn)品6降低船體（包括附體）阻力綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能產(chǎn)品7提高推進(jìn)效率能源再循環(huán)利用可再生能源產(chǎn)品……最終目標(biāo)具有時(shí)代特點(diǎn)的節(jié)能減排環(huán)保船舶——這也是綠色船舶的定義更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保更節(jié)能更智能集裝箱船大型化對(duì)單箱費(fèi)用減少的經(jīng)濟(jì)因素1、不是因?yàn)榇蟠?guī)模造成SlotCost下降；2、其關(guān)鍵因素是提高大船的航運(yùn)率，PortofCall數(shù)量少、減少了港口費(fèi)用、壓縮了航行天數(shù)3、因?yàn)檩d箱量大，可以供選擇范圍大，受到大物流中心青睞分析對(duì)象為FEA-EUR與FEA-US航線上的超大型集裝箱船右圖中計(jì)算是以14000TEU集裝箱船的單箱本錢作為分析根底與“經(jīng)濟(jì)〞船型〔3E〕相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)階段經(jīng)濟(jì)性分析主要參數(shù)（theprincipalparametersusedineconomicsanalysisatdesignstages）

1.貨物