新型綠色智能18萬噸散貨船

中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司 石義靜 張金亮 姜 旭

近年來隨著環(huán)保法規(guī)的陸續(xù)出臺，對船舶環(huán)保節(jié)能方面的要求越來越高，MARPOL附則VI規(guī)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(jīng)規(guī)劃的三個排放控制區(qū)：珠江三角洲、長江三角洲和環(huán)渤海地區(qū)，2016年個別港口已經(jīng)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(jìn)入排放控制區(qū)港口的船舶需始終使用硫含量0.5%的燃料。關(guān)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(qū)或美國加勒比海排放控制區(qū)，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(qū)內(nèi)都對營運(yùn)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(shù)論壇（新型綠色智能CSR-H散貨船船型發(fā)布會）”上，中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司（CSDC）發(fā)布了“綠色智能18萬噸散貨船”，該船是CSDC研發(fā)的第四代好望角型散貨船。設(shè)計(jì)理念主要體現(xiàn)在節(jié)能降耗、安全、環(huán)境友好、運(yùn)營經(jīng)濟(jì)和高效以及減少維護(hù)等方面。本船已經(jīng)通過了中國船級社（CCS）船型評估，并取得原則性認(rèn)可。該船型主要特點(diǎn)如下：

1、 CSR-H升級

國際船級社協(xié)會油船散貨船結(jié)構(gòu)共同規(guī)范已于2015年7月1日正式生效。

從規(guī)范計(jì)算結(jié)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(qiáng)增加了部分內(nèi)底和底邊艙斜板的結(jié)構(gòu)尺寸。對于型材，基本上CSR-H都要比CSR要求高。引起結(jié)構(gòu)尺寸變化的主要原因有：抓斗加強(qiáng)、設(shè)計(jì)載荷、船體梁強(qiáng)度要求、規(guī)范最小值要求等幾個方面。從有限元計(jì)算結(jié)果來看，對于板材、舷側(cè)外板（肋骨區(qū)域）、外底板、底縱桁等結(jié)構(gòu)尺寸沒有達(dá)到CSR-H要求，其板厚的增加主要由屈曲強(qiáng)度引起。對于型材，重量增加較小。

結(jié)合有限元計(jì)算和規(guī)范計(jì)算，CSR-H較CSR船體結(jié)構(gòu)變化情況：板材重量增加量略大于型材；甲板、頂邊艙舷側(cè)外板、底邊艙舷側(cè)外板影響小，內(nèi)底板、底邊艙斜板、外底板、貨艙區(qū)舷側(cè)外板、頂邊艙斜板影響大；CSR-H規(guī)范對各艙影響從大到小順序?yàn)橹貕狠d艙、重貨艙、輕貨艙。

經(jīng)過升級之后，本船結(jié)構(gòu)重量增加約300噸，通過優(yōu)化升級線型，結(jié)構(gòu)吃水載重量可以達(dá)到179600噸，與上一代18萬噸船型基本相當(dāng)。

2、節(jié)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(yán)峻的市場環(huán)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(fā)升級的各個階段。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，大量船舶營運(yùn)特性得以反饋，船舶營運(yùn)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(fā)，即形成了新一輪螺旋上升的狀態(tài)。船東對于航行特性不單局限于單一吃水，而是關(guān)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(yīng)。

新一代18萬噸散貨船結(jié)合上一代該型船舶大量試航營運(yùn)數(shù)據(jù)，針對不同船東的營運(yùn)習(xí)慣，采用大數(shù)據(jù)模式，將港口、航道、營運(yùn)特征作為設(shè)計(jì)輸入，優(yōu)化船體線型，使不同吃水、不同航速、不同海況等因素形成內(nèi)在協(xié)調(diào)優(yōu)化，線型優(yōu)化借助CFD數(shù)字化手段，并結(jié)合水池試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)綜合船舶能耗達(dá)到最優(yōu)。艏部型線為直首。

新一代18萬噸散貨船節(jié)能聚焦于船-機(jī)-槳整體的協(xié)調(diào)優(yōu)化，在完成船體型線自身優(yōu)化同時，螺旋槳隨之升級，節(jié)能裝置則是船體與螺旋槳之間的潤滑劑和助推器，彌補(bǔ)船體和螺旋槳能量損失。新一代18萬噸散貨船槳前節(jié)能導(dǎo)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(shí)現(xiàn)營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益。該船主機(jī)為MAN的6G70ME-C9.5主機(jī)，在選擇主機(jī)類型和功率負(fù)荷時，是以螺旋槳功率、轉(zhuǎn)速匹配為核心，優(yōu)選各負(fù)荷區(qū)油耗最低的方案，較之上一代船型油耗減低約4%。

3、 環(huán)境友好

本船船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）達(dá)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(shè)計(jì)階段可以預(yù)留空間；

通過選取TIII排放主機(jī)，利用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）或選擇性催化還原系統(tǒng)（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(tǒng)；滿足防垃圾污染要求；配備高壓岸電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)船舶靠泊時的零排放；配備LED照明系統(tǒng)，應(yīng)用環(huán)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(zhì)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(jī)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(shè)計(jì)和優(yōu)化功能，在保證船舶、人員和貨物安全的條件下，設(shè)計(jì)和優(yōu)化航路、航速，使燃料消耗最低，并在整個航行期間不斷優(yōu)化；智能機(jī)艙具有狀態(tài)監(jiān)測、異常分析和故障診斷和為操作及維保養(yǎng)提供輔助操作決策的基本功能，并基于真實(shí)需求的維護(hù)與維修，降低檢驗(yàn)成本；智能能效管理系統(tǒng)根據(jù)船舶航行狀態(tài)、能效及耗能狀況在線監(jiān)測和自動采集數(shù)據(jù)，對船舶能效及能耗狀況進(jìn)行評估、報(bào)告和報(bào)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(jī)艙、智能能效管理三個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成船上數(shù)據(jù)與應(yīng)用的統(tǒng)一集成平臺，實(shí)現(xiàn)對船舶的全面監(jiān)控與智能化管理，并與岸基實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

考慮到船東的經(jīng)濟(jì)利益，智能船舶的研發(fā)對航路設(shè)計(jì)和優(yōu)化以及智能能效管理有所傾斜，制定了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，可以使船東在智能船舶的運(yùn)營中得到實(shí)實(shí)在在的收益。

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

智能船舶的研發(fā)工作獲得了CCS的大力支持。CCS與設(shè)備廠商、設(shè)計(jì)部門等相關(guān)方面廣泛交流合作，編寫了智能船舶規(guī)范，為智能船舶的實(shí)船化奠定了基礎(chǔ)。同時，CCS還充分調(diào)研了智能船舶相關(guān)的設(shè)備廠商、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)院和研究所，將智能船舶相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了梳理，針對各個智能船舶入級符號，確定了哪些設(shè)備廠商可以提供成熟的智能船舶設(shè)備，哪些設(shè)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(fā)的周期，也為我們的設(shè)計(jì)指明了方向。

5、裝載靈活高效

本船貨艙大艙容設(shè)計(jì)，達(dá)到20萬立方，滿足裝載大積載因數(shù)貨物需求，并配備大開口側(cè)拉式艙口蓋，具備均質(zhì)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(yīng)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(yōu)化的裝卸貨程序，提高裝卸貨效率，節(jié)省港口停留時間。

6、未來展望

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的應(yīng)用貫穿于散貨船設(shè)計(jì)、建造、營運(yùn)、維護(hù)等全生命階段。設(shè)計(jì)者從航線、港口、貨品等方面，利用大數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)營運(yùn)效益的最大化。船舶智能化是未來船舶另一大發(fā)展趨勢，船舶設(shè)備的智能檢測維護(hù)，伴隨著智能化水平的提高，船舶上更多工作將被系統(tǒng)所取代，無人駕駛船舶將會是發(fā)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?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展。

當(dāng)前，受金融危機(jī)影響，散貨船市場處于低谷期，但船舶設(shè)計(jì)的創(chuàng)新不會停滯，安全、節(jié)能、環(huán)保、高效的主題不會改變。該18萬噸散貨船船型充分體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、安全高效和綠色智能的特點(diǎn)，具有很廣闊的市場推廣及應(yīng)用前景。