清潔能源替代燃油、智能化系統(tǒng)替代人工，變革不僅席卷汽車領(lǐng)域，也在船舶領(lǐng)域方興未艾。氫燃料電池、磷酸鐵鋰電池、雙燃料動(dòng)力、油電混合動(dòng)力等多種動(dòng)力系統(tǒng)，用于客船、貨船、工程船舶、工作船舶等各類大小船舶，在內(nèi)河航運(yùn)、水域清潔、海上運(yùn)輸?shù)榷喾N場(chǎng)景中初露崢嶸。
中國(guó)造船業(yè)千帆競(jìng)發(fā)，追趕著綠色智能的時(shí)代浪潮。
低碳環(huán)保，船舶換上了新能源
最近，在長(zhǎng)江宜昌段，一艘游輪來(lái)往穿梭，引人注目。旅客上船后，無(wú)論在甲板上還是船艙內(nèi)，都聽(tīng)不到發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴，也聞不著刺鼻的柴油味，耳畔只聽(tīng)得風(fēng)浪聲聲，目之所及皆是醉人江景。
它就是“長(zhǎng)江三峽1”號(hào)，是一艘純電動(dòng)游輪，長(zhǎng)100米，寬16.3米，有4層樓高，由三峽集團(tuán)和湖北三峽旅游集團(tuán)合作研發(fā)建造，是個(gè)名副其實(shí)的“大家伙”。
這么大的船，得用多大的電池？
“‘長(zhǎng)江三峽1’號(hào)有4個(gè)電池倉(cāng)，配備720塊寧德時(shí)代磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包，載電量7500千瓦時(shí)，相當(dāng)于100多輛電動(dòng)汽車電池容量的總和，是全球電池容量最大的船舶電池，動(dòng)力全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化?！比龒{集團(tuán)三峽電能公司技術(shù)管理部業(yè)務(wù)經(jīng)理張?jiān)フf(shuō)。
電能替換柴油，沒(méi)了惱人的噪音和異味，也沒(méi)了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不時(shí)的震顫，船行更平穩(wěn)安靜。“電力源自三峽清潔水電，相比傳統(tǒng)動(dòng)力船舶，每年可替代燃油530噸，減少各類有害氣體排放1660噸，真正實(shí)現(xiàn)零排放?！睆?jiān)フf(shuō)。今年3月首航以來(lái)，“長(zhǎng)江三峽1”號(hào)已航行40余次，累計(jì)載客約3萬(wàn)人。
不僅是載客船舶，也不僅是磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。氫燃料、液化天然氣、甲醇等清潔能源替代傳統(tǒng)燃油，應(yīng)用于客船、貨船、工程船舶、工作船舶等各個(gè)領(lǐng)域的大小船舶，成為全球綠色低碳轉(zhuǎn)型趨勢(shì)下航運(yùn)業(yè)的新選擇。
“船舶是影響大氣和海洋環(huán)境的重要排放源之一，全球綠色低碳轉(zhuǎn)型趨勢(shì)下，船舶制造廠商必須不斷通過(guò)新技術(shù)、新設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，適應(yīng)市場(chǎng)變化?！敝袊?guó)船舶集團(tuán)廣船國(guó)際副總工程師何光偉說(shuō)。
前不久，廣船國(guó)際建造的4.99萬(wàn)噸甲醇雙燃料化學(xué)品船首制船在廣州完工交付，這是中國(guó)建造的第一艘采用甲醇雙燃料動(dòng)力的綠色船舶。
“它采用了甲醇雙燃料驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可采用燃油、燃油水合物、甲醇、甲醇水合物4種燃料模式驅(qū)動(dòng)。這艘船配置了前置導(dǎo)管、消渦鰭等多種節(jié)能裝置，有效提高推進(jìn)效率，節(jié)約能源消耗，降低船舶運(yùn)營(yíng)成本。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，可以減少75%的碳排放、15%的氮排放和99%的硫及顆粒物排放?！焙喂鈧フf(shuō)。
在清潔動(dòng)力船舶領(lǐng)域，廣船國(guó)際已布局多年，早在2017年就交付了國(guó)內(nèi)首艘千噸級(jí)純電動(dòng)零排放自卸船。據(jù)了解，目前廣船國(guó)際手持雙燃料動(dòng)力船舶訂單38艘，除甲醇雙燃料外，在建的還有采用LNG(液化天然氣)雙燃料、混合電力等方式推進(jìn)的船舶，該公司在綠色船舶設(shè)計(jì)建造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
“綠色環(huán)保、智能安全、靈活經(jīng)濟(jì)的船舶更受市場(chǎng)青睞，促使船舶制造不斷革新技術(shù)，也為中國(guó)造船企業(yè)打開(kāi)了新的市場(chǎng)空間。”何光偉說(shuō)。
“大塊頭”“小快靈”，都有“大智慧”
和新能源汽車一樣，清潔能源在船舶領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用也帶來(lái)船舶智能化程度的提高，新能源船舶越來(lái)越“聰明”。自動(dòng)駕駛、自動(dòng)作業(yè)等在汽車上逐漸推廣的復(fù)雜功能，也在船舶上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
通過(guò)遠(yuǎn)程操控設(shè)置好作業(yè)任務(wù)，無(wú)人清潔船便沿著預(yù)定線路作業(yè)，不一會(huì)兒就滿載水草和漂浮物順利返航，環(huán)衛(wèi)工人無(wú)需下水，只需在岸邊傾倒垃圾筐即可。電量低了，無(wú)人船也會(huì)自主返航、充電，再投入作業(yè)。
這是江南水鄉(xiāng)蘇州的日常。在這座水系四通八達(dá)的城市，水面環(huán)境維護(hù)任務(wù)繁重，依靠傳統(tǒng)人工方式打撈，不僅效率低、成本高，還有一定危險(xiǎn)。
“兩名工人每日工作8小時(shí)，可以完成負(fù)責(zé)45畝水域的日常維護(hù)；而我們的小型無(wú)人駕駛清潔船smurf，即使98%的水域布滿漂浮物，7.5小時(shí)內(nèi)就能完成70畝水域清潔任務(wù)。在極端天氣下，傳統(tǒng)水域清潔方式面臨許多困難，無(wú)人船的應(yīng)用可以改善安全性和效率問(wèn)題?！睔W卡智舶首席執(zhí)行官朱健楠做了一番對(duì)比。
“我們?cè)谔K州落地的titan清潔船維護(hù)面積在100畝到150畝之間，配合無(wú)線充電岸基，無(wú)人駕駛清潔船成功取代人工。依靠船上搭載的水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊，還能對(duì)污染源進(jìn)行追蹤，更好保護(hù)這座水上城市?！敝旖￠f(shuō)，歐卡智舶的無(wú)人駕駛割草船、清潔船等成功取得多項(xiàng)技術(shù)突破，產(chǎn)品不僅獲得國(guó)內(nèi)客戶認(rèn)可，還走出國(guó)門落地10個(gè)海外國(guó)家?！?/p>
再把目光投向海上。在山東青島港至董家口港之間，滿載集裝箱的“智飛”號(hào)乘風(fēng)破浪。這是中國(guó)自主研發(fā)的首艘自主航行300TEU集裝箱船，是一艘油電混合動(dòng)力船。別看塊頭大就覺(jué)得是個(gè)“笨家伙”，它的“頭腦”一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單，弧形駕駛室控制臺(tái)，多種智能設(shè)備、行船數(shù)據(jù)、航海地圖等顯現(xiàn)了滿滿的“科技范兒”。
“‘智飛’號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)航行環(huán)境智能感知認(rèn)知、自主循跡、航線自主規(guī)劃、智能避碰、自動(dòng)靠離泊和遠(yuǎn)程遙控駕駛等功能，并通過(guò)5G、衛(wèi)星通信等多網(wǎng)多模通信系統(tǒng)，與港口、航運(yùn)、海事、航保等岸基生產(chǎn)、服務(wù)、調(diào)度控制、監(jiān)管等機(jī)構(gòu)和設(shè)施實(shí)現(xiàn)協(xié)同。”“智飛”號(hào)投資建設(shè)主體智慧航海(青島)科技有限公司董事長(zhǎng)姜海鷹說(shuō)。
無(wú)人化對(duì)航運(yùn)業(yè)有多重要？
“海上枯燥的工作環(huán)境和航海的危險(xiǎn)性，導(dǎo)致船舶管理成本高企和船員短缺，智能航運(yùn)對(duì)船東有巨大經(jīng)濟(jì)效益。而且，未來(lái)一個(gè)時(shí)期是全球智能航運(yùn)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的‘關(guān)鍵賽程’，誰(shuí)能率先突破智能航運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)并實(shí)現(xiàn)廣泛商業(yè)化應(yīng)用，誰(shuí)就掌握智能航運(yùn)發(fā)展的先機(jī)和主導(dǎo)權(quán)?！苯ｚ椪f(shuō)。
“‘智飛’號(hào)的示范應(yīng)用，標(biāo)志中國(guó)在船舶智能航行技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域走到了世界前列，是中國(guó)船舶由人工駕駛向自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)變、構(gòu)建基于船岸協(xié)同的智能航行與控制技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵一步?！睜款^“智飛”號(hào)智能航行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院智庫(kù)首席專家張寶晨說(shuō)?！爸秋w”號(hào)在山東港口間運(yùn)行過(guò)程中，還將探索集裝箱無(wú)人化碼頭的船岸協(xié)同作業(yè)，這對(duì)于打造智能航運(yùn)綜合示范區(qū)具有重要意義。
產(chǎn)業(yè)協(xié)同，劃出國(guó)產(chǎn)船舶的新航跡
全球最大、國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)首艘……在復(fù)雜程度高、綜合性強(qiáng)的船舶制造業(yè)，一項(xiàng)項(xiàng)重大創(chuàng)新的背后，往往是產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同攻關(guān)的結(jié)晶。拿“長(zhǎng)江三峽1”號(hào)來(lái)說(shuō)，其“全球電池容量最大的船舶電池”這個(gè)“全球之最”，就是這樣得來(lái)的。
“電池艙容積有限，配置過(guò)多電池，則會(huì)占用船舶過(guò)多體積和重量，影響整體設(shè)計(jì)建造。”張?jiān)フf(shuō)，“水域航行條件也比公路復(fù)雜得多，比如水汽侵蝕就會(huì)對(duì)動(dòng)力電池安全構(gòu)成威脅，保障大容量電池安全運(yùn)行至關(guān)重要。”
此外，避免電池組間的電磁干擾、大容量電池充電難等也是繞不開(kāi)的坎。張?jiān)⑴c了“長(zhǎng)江三峽1”號(hào)研究論證、項(xiàng)目管理等全過(guò)程，動(dòng)力系統(tǒng)是他花精力最多的部分?！拔覀兒痛霸O(shè)計(jì)單位、動(dòng)力系統(tǒng)集成單位、動(dòng)力電池供應(yīng)商等一起，共同進(jìn)行科研攻關(guān)?！睆?jiān)フf(shuō)。
“我們用大容量高能量密度磷酸鐵鋰體系電芯提供動(dòng)力，并對(duì)每顆電芯提供電壓和溫度監(jiān)測(cè)，全力保障‘動(dòng)力心臟’安全穩(wěn)定?！薄伴L(zhǎng)江三峽1”號(hào)動(dòng)力電池供應(yīng)商寧德時(shí)代相關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。
“在各方共同努力下，‘長(zhǎng)江三峽1’號(hào)在電池組連接方式、高壓互鎖與緊急關(guān)斷、耐高溫和防腐蝕處理等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，確保電池系統(tǒng)機(jī)械安全、電氣安全、環(huán)境安全和熱安全。”張?jiān)ソ榻B。
客觀地講，與發(fā)展更快的新能源汽車不同，電動(dòng)船舶仍處于市場(chǎng)發(fā)展初期?！澳壳皣?guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)電池、混合動(dòng)力船舶的認(rèn)可度有待提升。船舶電動(dòng)化發(fā)展急需國(guó)家政策導(dǎo)向和支持，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)攻克電力推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，掌握關(guān)鍵核心裝備生產(chǎn)能力，形成配套完善、運(yùn)作有序、自主可控的產(chǎn)業(yè)鏈體系?！焙喂鈧フf(shuō)。
“未來(lái)我們將持續(xù)開(kāi)發(fā)更有競(jìng)爭(zhēng)力的高安全、長(zhǎng)壽命動(dòng)力船舶電池，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)合作，加速對(duì)電機(jī)、電控、電池的綜合能力整合，提升三電整體性能，更好服務(wù)于電動(dòng)船舶。”寧德時(shí)代相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
智能化方面，交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院副研究員于巧嬋認(rèn)為，智能航運(yùn)各要素發(fā)展不均衡，航行保障、監(jiān)管、服務(wù)發(fā)展速度相對(duì)較慢，制約整體協(xié)調(diào)發(fā)展。“部分裝備器件自主化程度較低，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈條不完整，也限制了國(guó)產(chǎn)智能航行系統(tǒng)的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。”
不過(guò)，面對(duì)智能化船舶這片藍(lán)海，相關(guān)企業(yè)充滿期待。“提高船舶智能化水平乃至最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，將是航運(yùn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著云計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷突破，一些關(guān)鍵技術(shù)正在發(fā)展完善。作為中國(guó)企業(yè)，由衷盼望我們能在全球智能航運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)中留下自己的航跡。”姜海鷹說(shuō)。
