中國造船業試水綠色智能



智慧航海（青島）投資建設的「智飛」號。
受訪企業供圖
 

中國船舶廣船國際甲醇雙燃料船首制船。
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三峽集團「長江三峽1」號電動游輪。
毛翔春攝

　　清潔能源替代燃油、智能化系統替代人工，變革不僅席捲汽車領域，也在船舶領域方興未艾。氫燃料電池、磷酸鐵鋰電池、雙燃料動力、油電混合動力等多種動力系統，用於客船、貨船、工程船舶、工作船舶等各類大小船舶，在內河航運、水域清潔、海上運輸等多種場景中初露崢嶸。
　　中國造船業千帆競發，追趕著綠色智能的時代浪潮。
　　
　　低碳環保，船舶換上了新能源
　　最近，在長江宜昌段，一艘游輪來往穿梭，引人注目。旅客上船後，無論在甲板上還是船艙內，都聽不到發動機轟鳴，也聞不著刺鼻的柴油味，耳畔只聽得風浪聲聲，目之所及皆是醉人江景。
　　它就是「長江三峽1」號，是一艘純電動游輪，長100米，寬16.3米，有4層樓高，由三峽集團和湖北三峽旅遊集團合作研發建造，是個名副其實的「大家夥」。
　　這麼大的船，得用多大的電池？
　　「『長江三峽1』號有4個電池倉，配備720塊寧德時代磷酸鐵鋰動力電池包，載電量7500千瓦時，相當於100多輛電動汽車電池容量的總和，是全球電池容量最大的船舶電池，動力全部實現國產化。」三峽集團三峽電能公司技術管理部業務經理張豫說。
　　電能替換柴油，沒了惱人的噪音和異味，也沒了柴油發動機不時的震顫，船行更平穩安靜。「電力源自三峽清潔水電，相比傳統動力船舶，每年可替代燃油530噸，減少各類有害氣體排放1660噸，真正實現零排放。」張豫說。今年3月首航以來，「長江三峽1」號已航行40餘次，累計載客約3萬人。
　　不僅是載客船舶，也不僅是磷酸鐵鋰動力電池。氫燃料、液化天然氣、甲醇等清潔能源替代傳統燃油，應用於客船、貨船、工程船舶、工作船舶等各個領域的大小船舶，成為全球綠色低碳轉型趨勢下航運業的新選擇。
　　「船舶是影響大氣和海洋環境的重要排放源之一，全球綠色低碳轉型趨勢下，船舶製造廠商必須不斷通過新技術、新設備的研發應用，適應市場變化。」中國船舶集團廣船國際副總工程師何光偉說。
　　前不久，廣船國際建造的4.99萬噸甲醇雙燃料化學品船首制船在廣州完工交付，這是中國建造的第一艘採用甲醇雙燃料動力的綠色船舶。
　　「它採用了甲醇雙燃料驅動系統，可採用燃油、燃油水合物、甲醇、甲醇水合物4種燃料模式驅動。這艘船配置了前置導管、消渦鰭等多種節能裝置，有效提高推進效率，節約能源消耗，降低船舶運營成本。經過驗證，可以減少75%的碳排放、15%的氮排放和99%的硫及顆粒物排放。」何光偉說。
　　在清潔動力船舶領域，廣船國際已布局多年，早在2017年就交付了國內首艘千噸級純電動零排放自卸船。據瞭解，目前廣船國際手持雙燃料動力船舶訂單38艘，除甲醇雙燃料外，在建的還有採用LNG（液化天然氣）雙燃料、混合電力等方式推進的船舶，該公司在綠色船舶設計建造領域達到世界領先水準。
　　「綠色環保、智能安全、靈活經濟的船舶更受市場青睞，促使船舶製造不斷革新技術，也為中國造船企業打開了新的市場空間。」何光偉說。
　　「大塊頭」「小快靈」，都有「大智慧」
　　和新能源汽車一樣，清潔能源在船舶領域的大規模應用也帶來船舶智能化程度的提高，新能源船舶越來越「聰明」。自動駕駛、自動作業等在汽車上逐漸推廣的複雜功能，也在船舶上實現應用。
　　通過遠程操控設置好作業任務，無人清潔船便沿著預定線路作業，不一會兒就滿載水草和漂浮物順利返航，環衛工人無需下水，只需在岸邊傾倒垃圾筐即可。電量低了，無人船也會自主返航、充電，再投入作業。
　　這是江南水鄉蘇州的日常。在這座水系四通八達的城市，水面環境維護任務繁重，依靠傳統人工方式打撈，不僅效率低、成本高，還有一定危險。
　　「兩名工人每日工作8小時，可以完成負責45畝水域的日常維護；而我們的小型無人駕駛清潔船smurf，即使98%的水域佈滿漂浮物，7.5小時內就能完成70畝水域清潔任務。在極端天氣下，傳統水域清潔方式面臨許多困難，無人船的應用可以改善安全性和效率問題。」歐卡智舶首席執行官朱健楠做了一番對比。
　　「我們在蘇州落地的titan清潔船維護面積在100畝到150畝之間，配合無線充電岸基，無人駕駛清潔船成功取代人工。依靠船上搭載的水質監測模塊，還能對汙染源進行追蹤，更好保護這座水上城市。」朱健楠說，歐卡智舶的無人駕駛割草船、清潔船等成功取得多項技術突破，產品不僅獲得國內客戶認可，還走出國門落地10個海外國家。」
　　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」號乘風破浪。這是中國自主研發的首艘自主航行300TEU集裝箱船，是一艘油電混合動力船。別看塊頭大就覺得是個「笨傢伙」，它的「頭腦」一點也不簡單，弧形駕駛室控制臺，多種智能設備、行船數據、航海地圖等顯現了滿滿的「科技范兒」。
　　「『智飛』號能夠實現航行環境智能感知認知、自主循跡、航線自主規畫、智能避碰、自動靠離泊和遠程遙控駕駛等功能，並通過5G、衛星通信等多網多模通信系統，與港口、航運、海事、航保等岸基生產、服務、調度控制、監管等機構和設施實現協同。」「智飛」號投資建設主體智慧航海（青島）科技有限公司董事長姜海鷹說。
　　無人化對航運業有多重要？
　　「海上枯燥的工作環境和航海的危險性，導致船舶管理成本高企和船員短缺，智能航運對船東有巨大經濟效益。而且，未來一個時期是全球智能航運技術競爭的『關鍵賽程』，誰能率先突破智能航運關鍵技術並實現廣泛商業化應用，誰就掌握智能航運發展的先機和主導權。」姜海鷹說。
　　「『智飛』號的示範應用，標誌中國在船舶智能航行技術研發與應用領域走到了世界前列，是中國船舶由人工駕駛向自動駕駛轉變、構建基於船岸協同的智能航行與控制技術體系和標準的關鍵一步。」牽頭「智飛」號智能航行系統總體設計方案的交通運輸部水運科學研究院智庫首席專家張寶晨說。「智飛」號在山東港口間運行過程中，還將探索集裝箱無人化碼頭的船岸協同作業，這對於打造智能航運綜合示範區具有重要意義。
　　產業協同，劃出國產船舶的新航跡
　　全球最大、國際先進、國內首艘……在複雜程度高、綜合性強的船舶製造業，一項項重大創新的背後，往往是產業鏈協同攻關的結晶。拿「長江三峽1」號來說，其「全球電池容量最大的船舶電池」這個「全球之最」，就是這樣得來的。
　　「電池艙容積有限，配置過多電池，則會佔用船舶過多體積和重量，影響整體設計建造。」張豫說，「水域航行條件也比公路複雜得多，比如水汽侵蝕就會對動力電池安全構成威脅，保障大容量電池安全運行至關重要。」
　　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的坎。張豫參與了「長江三峽1」號研究論證、項目管理等全過程，動力系統是他花精力最多的部分。「我們和船舶設計單位、動力系統集成單位、動力電池供應商等一起，共同進行科研攻關。」張豫說。
　　「我們用大容量高能量密度磷酸鐵鋰體系電芯提供動力，並對每顆電芯提供電壓和溫度監測，全力保障『動力心臟』安全穩定。」「長江三峽1」號動力電池供應商寧德時代相關負責人說。
　　「在各方共同努力下，『長江三峽1』號在電池組連接方式、高壓互鎖與緊急關斷、耐高溫和防腐蝕處理等方面實現技術突破，確保電池系統機械安全、電氣安全、環境安全和熱安全。」張豫介紹。
　　客觀地講，與發展更快的新能源汽車不同，電動船舶仍處於市場發展初期。「目前國內市場對電池、混合動力船舶的認可度有待提昇。船舶電動化發展急需國家政策導向和支持，推動產業鏈相關企業攻克電力推進關鍵技術，掌握關鍵核心裝備生產能力，形成配套完善、運作有序、自主可控的產業鏈體系。」何光偉說。
　　「未來我們將持續開發更有競爭力的高安全、長壽命動力船舶電池，加強產業合作，加速對電機、電控、電池的綜合能力整合，提昇三電整體性能，更好服務于電動船舶。」寧德時代相關負責人表示。
　　智能化方面，交通運輸部水運科學研究院副研究員於巧嬋認為，智能航運各要素髮展不均衡，航行保障、監管、服務發展速度相對較慢，制約整體協調發展。「部分裝備器件自主化程度較低，產業創新鏈條不完整，也限制了國產智能航行系統的技術水準和市場競爭力。」
　　不過，面對智能化船舶這片藍海，相關企業充滿期待。「提高船舶智能化水準乃至最終實現無人化，將是航運業發展的必然趨勢。隨著雲計算、人工智慧和大數據等技術不斷突破，一些關鍵技術正在發展完善。作為中國企業，由衷盼望我們能在全球智能航運競爭中留下自己的航跡。」姜海鷹說。