新型綠色智能18萬噸散貨船

中船重工船舶設計研究中心有限公司 石義靜 張金亮 姜 旭

近年來隨著環保法規的陸續出臺，對船舶環保節能方面的要求越來越高，MARPOL附則VI規定全球含硫量限值到2020年1月1日需減至0.5%。截止2016年1月1日我國已經規劃的三個排放控制區：珠江三角洲、長江三角洲和環渤海地區，2016年個別港口已經施行硫含量0.5%的燃料要求，2017年船舶停留時間超過2小時的所有港口施行了硫含量0.5%的燃料要求，2018年進入排放控制區港口的船舶需始終使用硫含量0.5%的燃料。關于氮氧化物排放的控制要求，2016年1月1日或以后建造的且在北美排放控制區或美國加勒比海排放控制區，以及2021年1月1日或以后建造的且在波羅的海或北海排放控制區內都對營運船舶提出了控制要求。壓載水排放公約將于2019年9月正式生效。

2017年12月5日，在“2017中國船級社海事技術論壇（新型綠色智能CSR-H散貨船船型發布會）”上，中船重工船舶設計研究中心有限公司（CSDC）發布了“綠色智能18萬噸散貨船”，該船是CSDC研發的第四代好望角型散貨船。設計理念主要體現在節能降耗、安全、環境友好、運營經濟和高效以及減少維護等方面。本船已經通過了中國船級社（CCS）船型評估，并取得原則性認可。該船型主要特點如下：

1、 CSR-H升級

國際船級社協會油船散貨船結構共同規范已于2015年7月1日正式生效。

從規范計算結果來看，對于板材，基本上滿足CSR的都滿足CSR-H，只是抓斗加強增加了部分內底和底邊艙斜板的結構尺寸。對于型材，基本上CSR-H都要比CSR要求高。引起結構尺寸變化的主要原因有：抓斗加強、設計載荷、船體梁強度要求、規范最小值要求等幾個方面。從有限元計算結果來看，對于板材、舷側外板（肋骨區域）、外底板、底縱桁等結構尺寸沒有達到CSR-H要求，其板厚的增加主要由屈曲強度引起。對于型材，重量增加較小。

結合有限元計算和規范計算，CSR-H較CSR船體結構變化情況：板材重量增加量略大于型材；甲板、頂邊艙舷側外板、底邊艙舷側外板影響小，內底板、底邊艙斜板、外底板、貨艙區舷側外板、頂邊艙斜板影響大；CSR-H規范對各艙影響從大到小順序為重壓載艙、重貨艙、輕貨艙。

經過升級之后，本船結構重量增加約300噸，通過優化升級線型，結構吃水載重量可以達到179600噸，與上一代18萬噸船型基本相當。

2、節能高效

雖然國際能源價格起起伏，且目前處于低迷期，但是在嚴峻的市場環境下，船東對于低能耗的追求是一直不變的，甚至是苛刻的，這一要求始終貫穿于船型研發升級的各個階段。

隨著大數據技術的發展，大量船舶營運特性得以反饋，船舶營運者也對船舶的航行特性越來越明晰，將信息和需求回歸到新船型的研發，即形成了新一輪螺旋上升的狀態。船東對于航行特性不單局限于單一吃水，而是關注不同吃水、不同航速時的船舶能耗，以及不同海況下的船舶響應。

新一代18萬噸散貨船結合上一代該型船舶大量試航營運數據，針對不同船東的營運習慣，采用大數據模式，將港口、航道、營運特征作為設計輸入，優化船體線型，使不同吃水、不同航速、不同海況等因素形成內在協調優化，線型優化借助CFD數字化手段，并結合水池試驗驗證，實現綜合船舶能耗達到最優。艏部型線為直首。

新一代18萬噸散貨船節能聚焦于船-機-槳整體的協調優化，在完成船體型線自身優化同時，螺旋槳隨之升級，節能裝置則是船體與螺旋槳之間的潤滑劑和助推器，彌補船體和螺旋槳能量損失。新一代18萬噸散貨船槳前節能導管和槳后消渦鰭的搭檔配置，能在不增加過多成本的前提下，滿足降低油耗的目的，實現營運的經濟效益。該船主機為MAN的6G70ME-C9.5主機，在選擇主機類型和功率負荷時，是以螺旋槳功率、轉速匹配為核心，優選各負荷區油耗最低的方案，較之上一代船型油耗減低約4%。

3、 環境友好

本船船舶能效設計指數（EEDI）達到第二階段，滿足2024年要求；

提供低硫燃油方案解決硫氧化物排放控制問題，另外提供洗滌塔脫硫方案備選，設計階段可以預留空間；

通過選取TIII排放主機，利用廢氣再循環系統（EGR）或選擇性催化還原系統（SCR）滿足氮氧化物排放控制要求；

本船配備壓載水處理裝置，以滿足壓載水公約；綜合艙底水系統；滿足防垃圾污染要求；配備高壓岸電系統，可實現船舶靠泊時的零排放；配備LED照明系統，應用環保燈具的同時，亦降低了船舶的能耗；提供滿足拆船公約要求的有害物質清單。

4、智能化

智能船舶方向取得了CCS船級符號“i-Ship(N, M, E, I)”，即智能航行、智能機艙、智能能效管理和智能集成平臺。智能航行使船舶具備了航路設計和優化功能，在保證船舶、人員和貨物安全的條件下，設計和優化航路、航速，使燃料消耗最低，并在整個航行期間不斷優化；智能機艙具有狀態監測、異常分析和故障診斷和為操作及維保養提供輔助操作決策的基本功能，并基于真實需求的維護與維修，降低檢驗成本；智能能效管理系統根據船舶航行狀態、能效及耗能狀況在線監測和自動采集數據，對船舶能效及能耗狀況進行評估、報告和報警，為船舶能效管理提供輔助決策建議；智能集成平臺則集成了智能航行、智能機艙、智能能效管理三個系統的數據，形成船上數據與應用的統一集成平臺，實現對船舶的全面監控與智能化管理，并與岸基實現數據交互。

考慮到船東的經濟利益，智能船舶的研發對航路設計和優化以及智能能效管理有所傾斜，制定了切實可行的設計方案，可以使船東在智能船舶的運營中得到實實在在的收益。

為了滿足智能船舶與岸基之間大量的數據通訊的要求，配備了INMARSAT第5代的INMARSATGX衛星通信站，通信能力最大可達50M每秒，為智能船舶的通信提供了保障。

智能船舶的研發工作獲得了CCS的大力支持。CCS與設備廠商、設計部門等相關方面廣泛交流合作，編寫了智能船舶規范，為智能船舶的實船化奠定了基礎。同時，CCS還充分調研了智能船舶相關的設備廠商、設計院、系統院和研究所，將智能船舶相關設備進行了梳理，針對各個智能船舶入級符號，確定了哪些設備廠商可以提供成熟的智能船舶設備，哪些設備尚不夠完善，并提供了“船舶智能化及其它功能建議”，這大大縮短了我們智能船舶研發的周期，也為我們的設計指明了方向。

5、裝載靈活高效

本船貨艙大艙容設計，達到20萬立方，滿足裝載大積載因數貨物需求，并配備大開口側拉式艙口蓋，具備均質裝載、隔艙裝載、多港裝卸等多種靈活的裝載模式，滿足船東各種個性化需求。為適應更高的貨物裝卸速率，本船配備兩臺3000m3/h的壓載泵，以配合高效的裝貨需要。本船配有優化的裝卸貨程序，提高裝卸貨效率，節省港口停留時間。

6、未來展望

隨著互聯網、物聯網、大數據和云計算等創新技術的發展，信息技術的應用貫穿于散貨船設計、建造、營運、維護等全生命階段。設計者從航線、港口、貨品等方面，利用大數據分析為船東量身打造一型滿足特定需求的18萬噸綠色散貨船，實現營運效益的最大化。船舶智能化是未來船舶另一大發展趨勢，船舶設備的智能檢測維護，伴隨著智能化水平的提高，船舶上更多工作將被系統所取代，無人駕駛船舶將會是發展趨勢。

隨著排放要求的不斷提高，以LNG為代表的清潔能源，也將越來越多的為船舶提供動力。核能、光伏光板、太陽能電池、生物能源、石墨烯也從概念逐漸向實際應用發展。

當前，受金融危機影響，散貨船市場處于低谷期，但船舶設計的創新不會停滯，安全、節能、環保、高效的主題不會改變。該18萬噸散貨船船型充分體現了節能環保、安全高效和綠色智能的特點，具有很廣闊的市場推廣及應用前景。