绿色船舶开发技术与船舶工业的核心竞争力

绿色船舶科技开展

与我国船舶工业的核心竞争力陈映秋2021年12月2日、武汉内容1、国际航运节能减排的新局面

与我国政府应对新政1〕国际航运节能减排的新局面2〕我国政府应对新政1〕国际航运节能减排的新局面ECA在主要航线上布局——新的节能减排要求40%oftheworldfleet香港采用低硫油2021北极ECA全球船舶主要航线与容量及ECA的分布ECA航运环保问题已经列入国家环保重点方案

自2021年起，航行我国水域的船舶空气污染排放纳入到我国总量控制范围，将会下达减排指标，强行推行减排。2021年起，相关的新船发动机排放标准强制实施，对现有船舶将出台市场准入排放标准，制定更为严格的沿海与内河船舶燃油限制值。另外香港2021年成为ECA区将促使大陆考虑设立相应的ECA区〔2021年〕。

这一切使得中国船舶工业的适应性开展将带来巨大的挑战与机遇，要求在LNG燃料动力船方面对前面已经取得成绩之上重新考虑市场竞争问题，如考虑巴拿马运河2021年开通、北极通航、世界物流革命的根底上，加强LNG动力在油船、散货船、集装箱船方面的应用研发。经济危机〔油价变化〕与船舶大型化历程第一次船舶大型化第一次船舶大型化集装箱运输模式在开展油船大型化受到重创散货运输开展第二次船舶大型化第二次船舶大型化集装箱运输模式成熟油船大型化理性矿砂运输开展船舶大型化趋势继续11月29日，66.15美元/桶，跌势未能止住纽约油价调整期USD/桶（高位）USD/桶（低位）跌幅6个月后会弹比率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%???影响集装箱船大型化的因素影响因素内容概要环境（航道/港口）受到航道、港内水域、锚地水深限制，16.5m吃水的集装箱船需要19m水深，目前全球仅有少量港口可接纳超大型集装箱船，欧洲、远东港口比美洲港口条件略好，Airdraft对船舶的水面高度进行限制，高达61.5m的水面高度过不了纽约的Bayonne桥物流形式涉及到转运港的装卸机械能力，需考虑外伸距离与集装箱层数，超过300m长的船舶需要5-6部装卸机同时在1小时内进行120-150个箱子作业，9000TEU船需要进行18列箱宽、高17层箱的作业；需要Hub-Spoke网的布局（限制PortofCall），18000TEU需要24列集装箱宽度的装卸机械技术能力推进系统能力限制了船舶尺度增加，本世纪初，在超过8500TEU/25Kn（经济危机前的行业标准）的集装箱船上需要2台主机（不是船东所愿），直到今天，更强的机型被研发出来，船舶能力立刻发展到10000TEU以上，机器长度将影响到机舱设计，另外，桨的设计也颇费周折。当采取双机技术方案（具有冗余、可根据装载情况灵活使用功率）使得船舶能力可以达到15000-18000TEU，维护环节复杂性，由于目前国际物流链的速度降低，中海集团在订购18000TEU船时，改为了单机；日本三井MOLConfort事故表明船舶大型化在材料、建造技术上尚有问题经济因素尽管18000TEU船舶费用高昂（1.3-1.8亿美元），从Maesk的研究来看，要满足在21kn航速时达到节能37%的目标，单箱减少CO250%的指标，只有采用大船，在投资、运营、燃料费中寻求较优方案。在6000TEU以下时，每1000TEU的投资下降很小，即使在18000TEU船的投入上也只比6000TEU有5%的单位投资收益；在包括人员、管理、维护、保险等费用在内的运营成本中，前2项与6000TEU船差别很小，后2项则可能增加；在25kn航速下，每增加1000TEU，每日增加油耗31.8吨，似乎在燃油也没有油水可捞，然而，在“门对门”的整个物流链中，在大船日常费用比常规船1/4略低（约23%），集装箱费用（包括维护费18%）；港口费（大船拖轮费增加21%，缩短在港时间）；内陆运输（25%），其他（13%）5类费用中，,大船提高运营效率可获单箱费用（SlotCost）降低；因此大船（13000TEU以上）只能在主要物流线（East-Westroutes）上停靠4个MegaHub港（PortofCall）：如东南亚、地中海西、加勒比、中美西部。250-6000TEU作为支线船舶使用，这是大船省费用的主要理由主管当局政策节能减排环保的愈来愈严格小结2〕我国政府应对新政

〔1〕航运强国的未来模式2021年世界航运物流模式(西欧为中心)Bi-directional2030年航运物流模式

(以中国为中心)

hubandSpoke

到2030年，集装箱运输极大增长在中东与远东，印度洋和亚太成为全球集装箱的贸易中心，在远东与拉丁美洲的集装箱运输也有极大的增长中国船队的增长由2021年占世界15%(1.5亿DWT〕到2030年的24%交通运输部即将出台促进邮轮运输开展的指导意见，进行上海、福建、天津、海南油轮试点示范，推进中资油轮与五星旗邮轮的开展(2)海运业已经列为我国经济社会开展

重要的根底产业1〕燃料革命——LNG与物流革命

将淘汰人类在50年间形成的优秀船型——重新洗牌SaferGreener&MoreEffective国际航运物流变化

各种联盟新变化集装箱运输联盟发生重大改组原因以规模求降低本钱低碳经济结果大型化继续,且愈演愈烈〔2021年有40艘超大型集装箱船投入营运〕G6-19000-22000TEU集装箱船M2正在订购6艘19000TEU船Maersk–SealandGrandalliance〔NYK,OOCL〕NewWorldalliance〔Hyundai，APL〕Unitedalliance〔Hanjin，CKY〕AmericanPresidentLinesHapagLloydHyundaiMerchantMarineMitsuiNipponOOCLP3G6MaerskLineMSCCMACGM2021年以前2021MaerskLineMSCM2近50%27.5%航运界必须跟上世界经济与中国开展的步伐1、气候变化与燃料革命清洁能源〔平安问题〕风——固体——液体——燃气——混合动力核能动力燃料电池2、北极航行与资源开发〔2021、6、5〕中远815-910试航非条件设计——气象变化规律、水深、地貌、海图〔高纬60覆盖10%〕3、低碳经济船舶大型化非均匀流极限载荷与水弹性下结构设计高强度钢利用/屈曲与工艺灾害风险CO2减少30%LNG燃料采用〔30%的ECA航程〕燃料〔LNG〕革命将淘汰人类在50年间形成的优秀船型——导致船舶研发重新洗牌地标港口地标港口Tier1ASingapore*BRotterdam*CFujairah*DHongKongEAlgeciras*FBusanGSanFranciscoHLosAngelesINewYork*JPanamaCanal–CristobalKPanamaCanal/BalboaLHouston*MGothenburg*NPiraeus*OSuezCanal/PortSaidPShanghai*QZeebrugge*RSouthampton*STokyoBay/YokohamaTier2TVancouver*ULasPalmasVNyn鋝hamn*WKochi(Cochin)XGladstoneYSydney未来全球LNG供给港口分布图

K〔PanamaCanal/Balboa〕与J〔PanamaCanal–Cristobal〕重合〔1〕LNG作为航运燃料与LNG加注过程没有被列入IMO的公约与标准中〔ISO〕。〔2〕关于LNG的加注的国际规那么框架，ISO只能在未来的共同标准与法律范围内考虑〔ISO标准〕；〔3〕加注过程与责任的定义没有包括在ISO/TC67/WG10中，在正在起草的IGFCode中，也仅是船对船的LNG加注，是不全面的〔IMO、ISO〕。〔4〕LNG作为货物与作为燃料区别的概念模糊〔ISO〕。〔5〕LNG燃料舱的连接与断开过程没有写入正在起草的IGFCode中与ISO/TC/67/WG10中〔IMO、ISO〕。〔6〕国家层面的法规缺乏，约束了采用当前最好实践经验的适合小型LNG加注站的指导性文件/标准的制定。〔7〕缺乏港口关于LNG加注过程的共同指导性文件。〔8〕缺乏LNG运输与燃料动力船的船员培训要求。〔9〕缺乏LNG作为航运燃料标准的规定。〔10〕缺乏LNG作为燃料时对硫成分测量的标准/指导性文〔11〕缺乏LNG作为燃料的平安抽样标准。〔12〕缺乏在LNG供给装置与LNG受注船之间的通信与过程监控〔包括应急关闭〔ESD〕〕设备规格化的标准。〔13〕缺乏用于气体测量的规程与设备。〔14〕应该制定操作指导性文件减少与甲烷〔methane〕排放有关对环境的负面影响。

极地可能储藏的油气占全球的1/4，其他稀有金属、海洋资源、渔业资源储量也极大，愈来愈显现出其商业价值冰区船舶性能试验技术拖曳冰池设计论证操纵性冰池设计论证冰水池测试技术冰区船性能预报技术设计方案冰力学试验室设计论证模型冰制作及力学性能测试技术冰载荷测试技术冰区船快速性测试技术冰区船操纵性测试技术冰区船推进器性能测试技术冰区船航速预报技术冰区船破冰能力预报技术冰区船操纵性预报技术冰区船推进器性能预报技术冰区船结构性能预报技术冰水池设计论证试验方法试验规程预报方法冰区海工装备试验技术冰载荷预报技术冰区船舶总体设计技术船型设计技术推进器设计技术冰区船舶设计技术船体结构设计技术低温材料应用技术低温甲板设备与防冻技术减振降噪设计技术极地通导技术IMO公约与规范极地通航环境条件分析极地环保与GHGISO及国家标准应急对策破冰船概念设计方案破冰与抗冰能力设计技术动力与设备关键技术标准与规范低温环境动力系统设计技术操纵性设计技术冰区集装箱船（4000TEU）概念设计方案冰区油船（AFRAMAX）概念设计方案冰区散货船(巴拿马型)概念设计方案设计方法风险分析标准与规范两条航线东北航道由西向东：北海、俄罗斯北极沿岸、北冰洋巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海、楚科奇海、白令海峡在俄罗斯北部沿岸2800km称为北部航道——视为“国内〞航线通航船舶急剧增长西北航道由东向西：白令海峡、美国阿拉斯加北部海域、戴维斯海峡、加拿大北极群岛、波弗特海通航船舶逐年增加〔小船居多〕年份2006200720082009201020112012通航艘数1119202021典型的北极航线〔夏秋之交〕ToChina1–YugorskyStrait2–KaraStrait3–CapeZhelaniya4–VilkitskyStrait5–ArcticCape6–DmitryLaptevStrait7–SannikovStrait8–northoftheNewSiberianIslands9–DeLongStrait10–BeringStrait作业环境和条件低温下的船体与设备的维护问题？低温下与冰脊环境下的船体强度问题？例：船冰数学模型必须依靠冰水池模型试验建立船舶运动；冰特性、冰材料非线性；断裂与接触力学行为；船舶冰载荷冰水池模型试验与仿真分析冰水池的工作内容冰的特性冰失效过程与力学特征冰船交互模型验证冰载荷确实定分析工作需要数值仿真进行佐证比较实船与模型试验的结果研究其联系参数采用大数据理论解决〔实船/模型〕缺乏试验资料的难题传统的冰的理论模型需要压缩/弯曲强度的证明新的模型需要更多的冰特性资料冰的剪切强度冰脊内冰粒粘结强度后面四项需要附加的水池试验验证，构成了一个“test-analysis〞循环过程IACS、FSICR、CLASSRules的联系与区别IACS北极水域常年航行〔多年冰〕北极水域夏季航行〔1年冰〕FSICR北极水域夏季航行〔1年冰〕效劳有限状态水平〔冰带区域〕CLASSRules标准引入了FSICR，不能覆盖多年冰情况缺乏非条件设计思维冰规范冰载荷板失效的有限状态骨材失效的有限状态FSICR时常发生的载荷小变形发生弯曲下微小变形IACSPC极端载荷塑性破坏在弯曲、剪切作用下坍塌IACS、FSICR区别船级社的极地船舶标准开展与航运公司责任极地船舶的概念设计过程

——不定性与要求有限操作功能的联系方法值得关注，可能成为船舶节能减排主流方向值得关注，可能成为船舶减排主流方向经济账要算？？风能煤石油石油/天然气/风能天然气/风能风能时代石化能源时代石化能源/可再生能源混合时代风帆技术示范应用开发研究方向总布置及航行性能研究风洞水池试验技术研究推进系统关键技术研究控制策略及系统开发工程样机与试验技术结构设计关键技术研究实船安装工艺精度控制节能指标与经济性分析实船验证技术研究日本2021年船舶设计方案180kDWTBC日本-西雅图目标节能25%5.3年回收本钱主持：东京大学参加：NYK、MOL、KLINE、OshimaShipyard、Tadano、ClassNK各种风帆效果比较图Generation1Generation2Generation3Generation4附加惯性模型精品船型温室气体（GHG）有毒气体能效指数IMOMEPC203（62）CO2(%)NOx(%)SOx(%)EEDI(%)中X值40万吨级矿砂船20满足公约1520万吨级散货船20满足公约1511万吨级散货船20满足公约209.3万吨级散货船20满足公约2032万吨级原油船20满足公约1516万吨级原油船20满足公约155万吨级成品油船20满足公约2011万吨级成品油船20满足公约204600箱级集装箱船20满足公约20设计阶段经济性分析主要参数（theprincipalparametersusedineconomicsanalysisatdesignstages）

1.货物载荷（Cargopayload）12.其它每天成本（Otherdailyrunningcosts）*2.船舶成本（Shipcost）

13.燃料类型（Bunkeringpattern）

3.航速（Speed）

14.燃料（油）价格（Fuelprice）**4.在海上与港口燃油消耗量（Fuelconsumptionatseaandinports）15.港口费（Portcharges）**5.续航力（Roundtripdistance）

16.运价（Freightrate）*6.货物装载率（Cargohandlingrate）*17.货物装卸费（Cargohandlingcharges）**7.靠港数量（Numberofportsofcall）*18.贴现率（Discountrate）*8.年航行天数（Servicedaysperyear）*19.折旧政策（Depreciationpolicies）*9.船舶使用寿命（Ship'slife）*20.信贷方式（Creditfacilities）*10.船员成本（Crewcosts）*21.补贴政策（Subsidies）*11.物流形式（Logisticspattern）*22.成本与货运的扩充（Escalationofcostsandfreights）**（1）（2）（3）序号最低能效需求营运优化能效产品选用1最低能效设计船队优化配置高效主机选择2舱容优化适当减速机械优化配置（如电推）3空船重量优化优化航程（线）废热利用（WHR）产品4高效设备最优（阻力最小）纵倾清洁能源产品（如LNG）5提高装载能力风、波的利用风能产品6降低船体（包括附体）阻力综合实时监控太阳能产品7提高推进效率能源再循环利用可再生能源产品……最终目标具有时代特点的节能减排环保船舶——这也是绿色船舶的定义更经济更环保更节能更智能集装箱船大型化对单箱费用减少的经济因素1、不是因为大船规模造成SlotCost下降；2、其关键因素是提高大船的航运率，PortofCall数量少、减少了港口费用、压缩了航行天数3、因为载箱量大，可以供选择范围大，受到大物流中心青睐分析对象为FEA-EUR与FEA-US航线上的超大型集装箱船右图中计算是以14000TEU集装箱船的单箱本钱作为分析根底与“经济〞船型〔3E〕相关的参数设计阶段经济性分析主要参数（theprincipalparametersusedineconomicsanalysisatdesignstages）

1.货物