新型海洋裝備頻頻亮相，誰會是“明日之星”？

中國船舶集團經濟研究中心 徐曉麗 曾曉光

新型海洋裝備頻現，一個全新的海洋裝備時代已然到來！

十三屆全國人大四次會議表決通過的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出發展壯大戰略性新興產業，其中明確指出“聚焦新能源、高端裝備、海洋裝備等戰略性新興產業，加快關鍵核心技術創新應用，增強要素保障能力，培育壯大產業發展新動能”。近年來，我國在對傳統海洋油氣裝備持續深耕細作的同時，我們也一直奮力耕耘新興海洋裝備，并取得了豐碩成果，如海上風電的相關裝備，包括浮式風機、風電安裝船/平臺、風電運維船等，以及深遠海養殖的相關裝備——大型養殖平臺和養殖工船都取得了不俗的成績。放眼全球范圍內，在這兩個領域的裝備研發、建造水平也均處于多數并跑、少數領跑的態勢。

除此之外，許多以前處于概念階段的海洋新型裝備躍然而上，如以海上制氫為代表的海洋可再生能源利用裝備，LNG發電船、浮式火箭發射平臺等海洋空間資源利用裝備，以及海底/海上數據中心。以下將在細述海洋裝備的概念及分類的前提下，系統分析近來涌現的新型海洋裝備及其背后的推動因素，以及未來發展潛力。

海洋裝備的概念及分類

根據海洋活動對海洋裝備的需求分析，將海洋裝備分為海洋運輸裝備、海洋科考裝備、海洋開發裝備、海洋保護裝備四大類，每個大類下面的具體裝備體系如圖1所示。

圖1 海洋裝備總體分類架構

1、海洋運輸裝備

海洋運輸裝備主要指各類船舶。船舶是水上運輸和工程作業的主要工具，經過漫長的發展過程，現如今的船舶種類繁多、數目龐大。按照船舶用途來劃分，有民用船和軍用船；按照船體材料劃分，有木船、鋼船、水泥船和玻璃鋼船等；按照航行區域劃分，有遠洋船、近海船、沿海船和內河船等；按照動力裝置劃分，有蒸汽機船、內燃機船、汽輪機船、電動船和核動力船等；按照推進方式劃分，有明輪船、螺旋槳船、平旋推進器和風帆助航船等；按照航行方式劃分，有自航船和非自航船；按照航行狀態劃分，有排水型船和非排水型船。

2、海洋科考裝備

海洋科考裝備主要是指各類專門用于海洋資源、環境等科學調查和實驗活動的裝備，其主要載體是海洋測量與海洋科考船，以及布置在岸邊、海面、水下、海底的各類觀測、檢測裝備。從海洋活動流程來看，包括海洋進入和海洋探測兩個過程涉及到的裝備。

3、海洋開發裝備

海洋開發裝備主要指的是用于海洋油氣資源、海洋生物資源、海洋新能源、深海固體礦產資源的開發所應用的裝備，以及新型海洋空間資源利用裝備和海水資源綜合利用裝備。海洋開發裝備所包含的裝備體系較為復雜和龐大，是由原主要以海洋油氣開發為主的海洋工程裝備概念延伸而來。由于海洋資源種類豐富、儲量巨大，未來此類裝備的研發、利用與商業化將是重點發展方向之一。

4、海洋保護裝備

海洋保護裝備主要指海監船、海巡船、海警船等海洋維權裝備，應急救援船、打撈船等海洋保障裝備，以及溢油回收船、海洋垃圾回收裝置等海洋環保裝備。

誰是“明日之星”？

1、“新基建”——數據中心向海而來

數據中心是公認的高能耗行業，而一個數據中心每年的電力成本中，有41%都用于制冷，因此寒冷環境可大幅降低運營支出中的電費。雖然數據中心可以在高原或者寒帶地區建設，但是一方面數據中心建設在陸地上需要占用大量土地資源，并花費高額成本建設儲存；另一方面，由于沿海發達城市數據中心增長迅猛，導致類似資源矛盾尤為突出。因此，對于處在熱帶及部分溫帶地區的數據中心，沉入海底降溫以及將數據中心布置在海面上，用海水循環冷卻降溫，或將成為行之有效的解決方案。

圖2 微軟海底數據中心

圖3 海蘭信海底數據中心部署場景

（1）海底數據中心

2018年6月，微軟在蘇格蘭海岸線附近的水域中實驗性地部署了全球第一個海底數據中心。該數據中心為集裝箱樣式，由法國軍用艦艇和潛艇制造商Naval Group設計并建造，采用與潛艇相同的冷卻技術。放置在水下35.7米處的巖質海床，通過海底電纜與陸上操作中心相連。該數據中心擁有12個機架，包含864臺服務器。在海底運行了2年后，微軟在2020年6月將其打撈上岸進行分析。經研究人員評估，其各方面的性能要優于傳統的數據中心，并且在水中的故障率是在陸地的八分之一。

2021年1月，我國首個海底數據中心完成樣機測試，并公布了相應實驗數據：PUE值可達1.076，達到世界先進數據中心能效水平。該數據中心樣機由海蘭信聯合廣船國際打造，廣船國際負責冷卻系統的管路設計以及管路和圓筒形罐體的建造。樣機為長5.76米、直（外）徑3.05米的圓柱體結構，艙內裝有4個機柜，單機柜功率35kW，在海底運行了約40天。

（2） 海上數據中心

圖4 疑似谷歌海上數據中心

谷歌在2009年就申請了“基于水面的數據中心”專利。根據描述，該數據中心將配置基于海洋能利用的發電機，以及1到2個海水降溫系統。據美國科技媒體報道，谷歌可能正在加州沿海的一艘駁船上建設該海上數據中心，但截至目前尚未實際建成。

2021年1月，吉寶集團宣布，吉寶岸外與海事將徹底退出海上鉆井平臺建造業務，并將重心轉向基礎設施項目和海洋可再生能源。吉寶集團已于2019年年中發布了海上數據中心的概念，并與2020年4月開始展開聯合調研及測試，利用澳大利亞物流企業拓領控股的物流基地實施海上數據中心的測試。吉寶計劃未來將海上數據中心設置在類似于鉆井平臺的基臺上，充分利用海上大型結構物設計建造方面的豐富技術經驗。

2、海洋空間資源利用裝備得到廣泛重視

（1）LNG發電船/系統

2009年，土耳其能源集團Karadeniz就投資建造了全球第一艘發電船，并成立了發電船運營公司Karpowership。自2010年以來，Karpowership已擁有25艘發電船，總裝機容量超過4100兆瓦。另外有4400兆瓦的發電船正在建造中。這些船大部分都采用雙燃料發動機，可用駁船儲存及岸基輸送的重油和天然氣發電，主要用于非洲國家以及古巴、中東和亞洲等電力供應缺乏的區域。隨著環保要求日益嚴苛，Karpowership也開始考慮采用更為環保的LNG作為燃料來替換高污染排放燃料。2019年8月，聯手日本商船三井共同研發LNG發電船，主要方式為通過一座LNG-FSRU為發電船提供再氣化的LNG。2021年1月，惠生海工投資開發的240MW浮式燃機聯合循環電站項目在其南通基地順利開工建造，該浮式發電項目也是由一艘LNG-FSRU+天然氣發電駁船組成。

除此之外，還有一種將LNG氣化裝置+天然氣發電裝置融合在一座裝備上的LNG發電船，稱為浮式再氣化發電船（Floating Storageand Re-gasification Power Plant，FSRP），也得到了廣泛研究和應用。2014年10月，全球首艘FSRP“Hummel”號在德國漢堡港投入使用，為靠港船舶提供電力供應。2017年，三星重工推出了500MW級FSRP，采用SEP-T500GC設計，集成了聯合循環發電設施、基于GTT Mark III薄膜型技術的LNG貨物圍護系統和再氣化裝置。2018年，惠生海洋工程有限公司宣布其最新研發的300兆瓦FSRP獲得英國勞氏船級社頒發的原則性認可證書。

（2）浮式火箭發射平臺

20世紀90年代，由美國、烏克蘭、俄羅斯和挪威等國組建的海上發射公司，采用奧德賽移動式海上發射平臺，可在赤道水域的任何地點進行發射，能最大限度地發揮運載火箭的能力，具有較強的發射適應性和商業價值。2019年6月中國首次以民用船舶為發射平臺，在海上實施運載火箭發射技術試驗——長征十一號海射運載火箭將技術試驗衛星捕風一號A、B星及五顆商業衛星順利送入預定軌道。2020年9月，“德渤3”號打撈工程船作為海上發射平臺執行了長征十一號海射遙二火箭發射，該船總長159.6米，最大載重量20500噸，采用全電力推進，配備DP 1動力定位。

圖5 全球首個海上風電制氫試驗點—Q13a-A海上平臺

2021年1月， 據 外 媒 報 道，SpaceX從Valaris公司以350萬美元的單價購買了2座超深水半潛式鉆井平臺，并將其改造成浮式火箭發射平臺。SpaceX自2020年開始就已經公開招聘海上作業崗位，當時該公司發布消息表示：正在建立“一支由工程師和技術人員組成的團隊，旨在設計和建造一個海上火箭發射設施”。

3、海上風電制氫項目多處于概念及試運行階段

海上風電逐漸走向深遠海，新建輸電設施成本較高，而用電能來制氫，就可以利用已有的天然氣管道運輸氫氣。由于當前主要采用天然氣和煤炭來制氫，推動海上風電制氫不僅可以有效利用深遠海風能或廢電、棄電，提海上風能利用率，還可以降低制氫成本、減少二氧化碳排放。

全球范圍內已有多個國家開展了海上風電制氫項目的研究。2019年7月初，荷蘭能源公司海王星的Q13a-A海上平臺被選為全球首個海上風電制氫試驗點，項目名為PosHYdon，由荷蘭的多家機構及企業共同發起。項目將于2021年底之前正式生產。2019年10月，法國能源公司Engie旗下的Tractebel Engineering和Tractebel Overdick宣布將在德國建設一座400MW的海上風電制氫平臺，平臺裝置了可轉化海上風機電力的電解裝置和變壓器，以及一套海水淡化裝置以產生電解所需的超純水。2020年11月，新加坡能源公司Enterprize Energy與Tractebel Overdick簽署諒解備忘錄，正式加入該項目。2021年1月，西門子能源與西門子歌美颯發布了海上風電制氫的一個創新解決方案：將電解槽完全集成到海上風機中，以單機協同系統直接產生綠氫，計劃于2025或2026年全面示范。

國內目前的項目也仍處于招標或試驗性驗證階段。2020年9月，中海油海上制氫工藝技術研究招標公告發布海上制氫項目招標，項目旨在研究設計和優化海上風電制氫的工藝流程，提出技術和經濟可行性的邊界條件。研究完工期為2020年9月至2021年6月。此外，國內海上制氫項目還有青島藍谷的“青島深遠海200萬千瓦海上風電融合示范風場項目”，以及河北建投新能源有限公司投資的“沽源風電制氫綜合利用示范項目”。

據克拉克森，2020年以全球海上風電為主的海上可再生能源資本支出為510億美元，歷史首次超過了海上油氣開發資本支出（410億美元）約24%的份額。“因海而生，向海而興”，千百年來，海洋一直為人類帶來源源不斷的資源和活力。在繼海洋油氣開發產業之后，以海上風電開發為主的海洋可再生能源開發產業又冉冉升起。那么數據中心、LNG發電裝備、海上風電制氫……“明日之星”又會是哪一個呢？一切都未完待續。