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未来船型创新路线图(Z.2014.1)

新闻来源:中国船检    浏览量:596 胡可一 2017-08-14
        市场低迷形势下航运公司运行成本的不断上升,以及温室气体等有害气体减排、压载水公约、国际船舶防污公约等绿色环保规定的日趋严格,对船型研发提出了更高的要求。针对当前的市场需求,哪些船型会成为未来市场的发展趋势呢?
        降低运营成本导向
        航运公司最关心的就是如何降低营运成本。那么,怎样通过设计和优化等手段来提高船舶的营运效率呢?从传统的节能方面来说,那就是低速航行。以某型集装箱船为例,假如航速从24.5节降为22.5节,日燃油消耗可降低23%。对于定长航线,日燃油消耗可降低17%。以两型相同尺度集装箱船为例,假如设计航速从23.1节降为19.2节,日燃油消耗可降低43%。对于定长航线,日燃油消耗可降低32%;球鼻艏设计兼顾低速航行的经济性和部分装载吃水的航速性能。
        提高船舶的营运效率和波浪中的性能。通过散货船典型航线波浪中航行性能数值分析,以及不同散货船球艏形式在波浪中的失速对比,可以有效地提高营运效率和波浪中的性能。
        还有就是船舶向大型化方向发展,旨在提高装载率降低单位运输成本。例如,马士基的18000TEU、淡水河谷的40万吨矿砂船、卡塔尔的Q-max和Q-Flex LNG船。
        然而,随着绿色环保要求的日趋严格,势必会带来成本上的增加。在航运和造船市场双双低迷的今天,怎样消化绿色成本的增量呢?一是减少船舶的压载水量。最大限度减少临时或永久性压载水不仅可降低推进功率减少排放,同时可减少处理压载水所需的能耗;二是对于6000辆级的汽车运输船(PCTC)增加0.25米船宽即可减少约3000吨永久压载水并达到同样的稳性,同时可减少约8.5%的推进功率;三是标准型的巴拿马集装箱船增加5米船宽即可在满载状态下不需要压载水;四是无压载水船舶(NOBS)和最少压载水船舶(MIBS)。
        北极航线效应
        随着全球气候的变暖,极地航线的开通逐渐变成了可能。据统计,2010年仅有4艘船只通行北极航线,2011年为34艘,而2012年已经增至46艘。根据俄罗斯海洋与内河运输公司提供的数据显示,2012年通航季节,经由北海航线运输的货物达到400万吨,其中过境运输120万吨,与2011年(82.08万吨)相比增长53%。预计2013年过境运输量将继续增加5%~6%。
        浮冰是通航的主要障碍,为充分利用北极航线,俄罗斯正在扩充破冰船船队规模。现有的核动力破冰船舰队将服役至2022~2025年,之后3艘新型核动力破冰船下水继续执行任务,第一艘将于2017年底交付,第二艘和第三艘分别将于2019年和2020年前交付。
        北极航线的安全性高,无低纬度海域常见的海盗,选择北极航线缩短运输距离就等于缩短了货物运输周期的和货物的运输成本。
        北极水域航线可大致分为三条:东北航线(主要航线大部分位于俄罗斯北部沿海的北冰洋离岸海域)/西北航线(主要位于加拿大北极群岛水域)/穿极航线(中央航线);东北航线是连接亚欧的捷径(宁波港至鹿特丹:经苏伊士,11848公里/35.8天;经东北航线,则仅为6577公里/19.9天,减少15.9天,比传统航线减少近一半时间);到2030年,北冰洋航线的运输量将占据亚欧贸易的1/4(数据源自韩国海事研究所)。南极水域目前主要以旅游、渔业和科考需求为主,尚无用于运输的航线。
        极地船设计建造的关键要素主要包括:材料设备须考虑到海冰、低温、高纬度作业的要求;结构冰区加强、双向破冰能力、极地的环保要求及高寒条件下的操作;救生设备的适用性(抗低温、耐寒)。
        日韩船企已经率先采取了行动。研发出适合极地航行的重点船型。其中,三星重工主要有:北极钻井船、破冰LNG船、破冰集装箱船、破冰FPSO;大宇造船海洋主要有:破冰油船和北极钻井船;三菱重工主要有:带有封闭甲板(芬兰Turku船厂的HIS技术)的MOSS型LNG船。为了勘探开发北极海域内储存的石油和天然气,未来20 年俄罗斯将建造各型船舶1000多艘。
        对船企而言,开发具有PC冰级的集装箱船(包括多用途集装箱船)、LNG船、油船和散货船有一定的现实意义。在有破冰船开道的情况下,极地航行船舶的冰级可降低至什么级别?季节性航行船舶的冰区要求?这些问题都是值得思考的。
        市场新格局影响
        巴拿马运河的扩建工程、亚欧干线集装箱船大型化发展,使集装箱船型的需求逐渐向两个极端集中。同时,南美-远东航线的铁矿石运输使散货船不断向大型化发展。
        巴拿马运河扩建工程于2009年8月开工,预计2014年第三个船闸可投入使用。新船闸允许通行的船舶为366米×48.8米×15.3米。新船闸完成后,船闸的通航能力将比目前提高50%以上。通过新巴拿马运河的集装箱船从以前的5000TEU提高到13000TEU。现有的大型LNG船也可以通过新巴拿马运河。用大型船舶通过拓宽的新巴拿马运河把集装箱、大豆、铁矿砂和LNG等货物运输到远东,其运输成本可比传统的70000吨级巴拿马船舶降低三分之一。
        南美-远东铁矿石运输船舶的大型化。运费在铁矿石运输成本中占相当大的比重,南美- 远东铁矿石运输船舶的大型化是必然趋势。澳大利亚和巴西的铁矿石储量最大、品位相对较高,中国铁矿石储量的80%为贫矿,开采成本是国外矿山的3倍以上;中国铁矿石对外依存度目前仍保持在60%以上。中国城镇化的扩大和中国钢铁制成品对外出口的增加,使得中国成为未来全球各大铁矿石争夺的主要市场之一;中国航运企业和澳大利亚、巴西签署了包运合同,中国对超大型铁矿石运输船进入中国港口的限制解冻在即。
        美国页岩气的开发使美国从进口国变成了出口国。近年来美国页岩气勘探开发的发展速度惊人。2004年,美国页岩气井仅有2900口,2005年不过3400口,2007年暴增至41726口,到2009年,页岩气生产井数达到了98590口。而且,这种增长势头还在继续保持,2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。美国页岩气的大开发,提高了美国能源自给水平,美国60年来首次成为炼油产品出口国,美国在2009年已经超越俄罗斯成为最大的天然气生产国。
        国际能源署在2012年11月份发布了乐观的预测,美国在2017年将超过沙特成为最大的石油生产国,到2035年将实现能源自给自足。
        美国页岩气的开发和出口。低廉乙烷原料,乙烯成本优势明显;乙烯原料继续向轻质化、多元化发展;利用廉价天然气原料的丙烯(丙烷脱氢)项目。这些都使得液化气船的需求激增。
        由于环保的压力、双燃料主机技术的完善和LNG补给基础设施的日益完善,在非LNG运输船上采用LNG+HFO双燃料主机将成为主流。全球首艘纯天然气动力鱼饲料运输船MS“HØydal”,营运于挪威北部海域。另外Fjord Line两艘大型渡轮也采用了LNG+HFO双燃料主机推进。
        此外,海上维权所催生公务船需求的增加,必将影响船型的发展趋势。一方面,我们新整合的国家海洋局,海监+ 海关+ 海警+ 渔政,海事执法救援船舶需要大量的公务船。另一方面,近海巡逻舰、外贸轻护舰、外贸军辅船、远洋测控船、科学考察船、特种运输船;海洋科学考察船、极地考察船等外贸军船与军辅船需求。这些新需求所对应的产能需求包括,液化气船、中小尺度的特种船舶、极地航行船舶等。那么,新需求的成本上升是必然的,是否有对应船舶新需求的船舶价格增量?特种船舶的设计建造对船厂的设备设施、技术能力、技术工人素质和工种的配比要求较高;相对于扩大船型品种,对船型的专一是否也是一种转型方式?船厂大产能的复苏还是需要三大主流船型市场需求的复苏。新需求是否支持大产能?船型研发的3+N维空间,不仅仅关注船舶本身的三维空间,更应该考虑三维以外的附加N维空间:N1=进度、N2=成本、N3=流程、N4=工法等。
        绿色船舶的设计创新
        绿色环保要求不仅针对船舶本身而且针对造船全过程。其中主要包括,大气环境保护、减少温室气体等有害气体的排放、国际船舶压载水舱及沉积物管理公约的实施、国际船舶资源回收公约、国际船舶防污底公约、替代能源双燃料和纯气体船等。
        IMO新规范规则陆续生效。船舶能效指数(EEDI)和最小推进功率要求,对船型开发、创新型节能技术应用提出更高的要求。但为防止为获得较优的能效指数不能盲目降低船舶推进功率,船舶必须确保在恶劣海况下的操纵性所需的最小推进功率。GBS/SLA船舶设计建造面临全面更新,结构强度冗余、船舶建造档案SCF、船体结构材料无害化;综合安全评估(FSA)和等效替代设计,基于“事故和经验”的“描述性”方法“处方式”转向基于“性能标准”的“风险评估”方法。更加严格和贴近实际的稳性要求,完整稳性要求从静力学转变为动力学,分舱和破损稳性要求转变为基于目标的稳性标准。客船安全对安装有重要推进和电气设备的水密舱室提供双壳保护设计。压载水公约的实施,压载水处理技术和处理设备可靠性,新型压载水系统设计(溢流压载系统/ 无压载设计);石棉材料的控制,2009香港公约的实施对船舶有害材料应用限制,产品以0.1%为限制标准;船员舱室噪声控制,设计采用有效的声学设计和噪声预报技术、设备的振动噪声性能和可能采取的降噪措施;MLC公约实施:海员居住舱室布置最低要求、居住舱室净空高度。这些都对船舶建造和设计产生深远的影响。
        绿色环保节能措施的效果不能叠加,相互协调才能发挥最大的作用。如何化解船舶设计建造过程中的绿色成本增量,升级不加价还是不加价不升级?船舶的正常优化升级可视作绿色船舶的标签?绿色船舶的设计创新?法规引导型?绿色技术先导型?相对绿色是保证造船行业可持续发展的润滑剂,基于绿色船舶设计创新是造船行业转变增长方式的必由之路。
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