海洋工程船舶技術發展新趨勢

中國船舶重工經濟研究中心 趙宇欣

2015年上半年，以挪威Ulstein公 司、芬蘭瓦錫蘭公司為代表的具備較強研發實力的設計公司和船廠紛紛發布了新型海洋工程船舶設計，除了具備更高作業性能外，大部分新型裝備都聚焦在節能減排、提升效率等方面。

Ulstein是 一 家 設 計、 制 造能力兼備的造船集團，它設計的X-STERN型船在今年的挪威海事展上獲獎，該設計采用弓形船身，有效保護工作甲板、減少運輸途中的震動、提高船員的舒適性，降低了油耗，并極大地提高了操縱性、靈活性。另外，Ulstein還在OTC展會上發布了兩型起重船、一型完井修井船和一型鉆井船設計。芬蘭瓦錫蘭公司也發布了新型平臺供應船和三用工作船設計，兩款產品的最大特色是較其他產品可以大幅降低能耗；荷蘭Royal IHC船廠推出新型混合動力三用工作船，配置了先進的混合動力系統，通過一個智能的PMS網絡，不斷優化推進系統，始終能夠以最節省燃料的方式管理所有動力需求，顯著節省燃料；西班牙Sener公司開發了新型多用途水下支持船，采用柴電混合推進系統，提升效率。

圖1 “X-STER”船型和瓦錫蘭推出的新型平臺供應船

新型船舶設計聚焦節能減排，其主要原因是環境保護問題刻不容緩，許多國家和國際非政府組織都提高了對船舶氣體污染物排放控制的要求，且在未來幾年日益嚴格，而對于研發公司來說這既是挑戰又是機遇，早一步攻破技術堡壘就可能早一步占領市場先機。另外，在海工行業低迷的情況下，船東和運營商也希望通過優化船型設計，減少油耗的方式來節約成本，力爭在運營市場占據一席之地。

圖2 “AkerARC 130 A”破冰船

2014年，國際海事組織海事安全委員會通過了《極地規則》，將于2017年1月1日生效，屆時航行在極地區域的大多數船舶需要通過獲取證書來獲得在極地航行的資格。北極海域存儲著世界上30%的海洋石油資源，吸引著各國爭相研發適用于極地作業的海洋工程裝備，《極地規則》的生效也讓船廠和研究機構看到了市場機遇，今年上半年成交了4艘A1冰級多功能支持船和2艘B2冰級三用工作船，并有多型極地船舶和配套設備發布。

破冰船的研發方面，芬蘭AkerArctic公司開發了具有革命意義的破冰救援與應急船。該船首次采用不對稱的船體結構，不僅可以前后破冰，還可以以一定的傾角進行破冰，克服了船寬尺寸相對較小的不足。該船型寬為20.5米，船上的3臺全回轉推進器也呈不對稱排布，在斜角模式時能破出50米寬的航道。上半年該公司與俄羅斯Vyborg造船廠、三星重工等簽訂合同，在現有船型的基礎上提供破冰船和破冰穿梭油輪的設計方案。

2015年以來海工船舶配套產品不斷更新，向著高效率、高可靠性、高操縱性等方面發展。許多公司和研究機構發布了其優勢領域中的新型設備，擴大其產品系列的范圍。

1. 推進系統

ABB和Rolls-Royce掌握著船舶電力推進系統的先進技術，上半年兩家公司均推出了新型推進系統產品。ABB推出了吊艙推進系列的新成員——Azipod D型推進器，提升了操縱性，能夠將電機性能提升高達45%，從而降低最高可達25%的裝機功率，將為近海鉆探船、工程船、支援船和渡輪等船運市場提供更多選擇；Rolls-Royce也推出了新型永磁技術全回轉推進器，經過在挪威科技大學“Gunnerus”號研究船上進行的海試，與使用柴電混合技術的全方位推進器相比，這對推進器在不同船速下可以節約7 ～13%的功率。另外，Rolls-Royce上半年交付了它的第1000套推進器產品，其業務能力可見一斑。兩家公司均在原有的系列推進產品基礎上發布了更高端、更先進的推進裝備，為鞏固市場地位加強技術儲備。

圖3 Azipod D型推進器和Rolls-Royce新型永磁全回轉推進器

我國上半年在推進系統方面也多有建樹，相關領域技術研發雖然起步較晚，但已經取得了長足進步，目前國內走在技術前沿的機構包括中船重工第712研究所和中國南車株洲研究所。712所推出了低壓2800kW電力推進系統及關鍵設備，基本可以覆蓋未來我國大多數海工船舶的動力需求；4月，南車株洲研究所自主研制的船舶電力推進變頻驅動系統成功應用在煙臺中集來福士海洋工程有限公司建造的一艘5萬噸半潛船上，已經通過美國船級社的認證。兩家研究所再次打破國外壟斷，為我國實現海工船舶高端配套設備自主化再進一步。

2. 發動機設備

為應對越來越嚴格的排放控制法規，各個發動機廠商紛紛推出不同渠道的解決方案，例如采用氣體燃料達到減排目的的燃氣輪機和雙燃料發動機，以及采用尾氣處理方式的SCR（催化還原法）技術、乳化油處理技術、廢氣再循環技術等。

瓦錫蘭、德國MAN和日本新瀉電力系統公司分別推出了新型雙燃料發動機，均滿足IMO排放控制區最嚴格的Tier III氮氧化物排放法規。瓦錫蘭50DF雙燃料發動機能實現在LNG、乙烷、液化燃油或重油之間無縫轉換，而不需要對硬件進行任何修改并可以不中斷運行，為使用燃油的靈活性建立了一個新的標準；MAN公司的L35/44DF中速發動機在今年五月獲得型式批復證書，在氣體模式時滿足Tier III排放標準，能在100%全負荷運行時快速從氣體模式切換至柴油模式；新瀉28AHX-DF雙燃料發動機可同時減少柴油和LNG燃料消耗，額定功率320kW，轉速800轉/分，已通過日本船級社的全型號認證，即將用于日本首艘LNG燃料拖曳船。

3. 甲板機械

海工船舶對甲板機械的性能要求是非常高的，除了需要在有限空間發揮較強的工作能力，還要在復雜海況下保證高可靠性、操作性，以及盡量減小振動、噪音，保護船員安全。

圖4 50DF發動機和L35/44DF發動機

荷蘭HUISMAN公司作為一流的老牌起重機企業，今年上半年成功完成第一臺繩索變幅折臂起重機，起重能力900噸，完全采用電氣驅動，能在噪音低、維護少且無溢油風險的情況下，精準控制起重機及負載運動。此款起重機融合了普通基座式起重機和傳統折臂式起重機的優點，其主臂和折臂結構重量較輕，由而展現的負載曲線不亞于有固定起重臂的基座式起重機；并且它的可伸展折臂使其能在滿載時實現通常只有固定大臂才特有的起重高度。這款起重機在設計、制造、運作方面的突出創新而獲得2015海上支持期刊獎活動中的“年度創新獎”，未來有望廣泛應用于海工支持船舶領域。

圖5 HUISMAN公司繩索變幅折臂起重機

油價低迷影響著海工市場，但油價不可能一直在低位徘徊，因此全球針對海洋工程的技術革新從未停下，更加嚴格的強制性公約、規范也起到推波助瀾的作用，復雜的市場環境將淘汰一批落后技術和產能，海工產業面臨洗牌。雖然短期內難以復蘇，但海工市場被全球企業普遍看好，而穩住腳跟的最好途徑就是在相關領域擁有壟斷性技術，由此可見，市場是引領技術發展趨勢的重要因素，沒有市場需求的技術無法得到發展，市場是新技術的試金石。