王補(bǔ)法

平湖市華海造船有限公司

一、引言

綠色船舶是指采用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)來設(shè)計(jì)和制造船舶，在其使用直至報(bào)廢后的回收階段，均能夠達(dá)到其預(yù)定的性能，實(shí)現(xiàn)資源再利用、節(jié)能減排、降低對(duì)環(huán)境和人體污染的目標(biāo)。動(dòng)力系統(tǒng)作為為船舶提供動(dòng)力的重要裝置，是船舶制造中的關(guān)鍵組成部分，對(duì)船舶的性能和產(chǎn)生的收益起決定性作用。而動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)是廠商提供全面的專業(yè)技術(shù)和專業(yè)人員的豐富工程經(jīng)驗(yàn)以及完善的服務(wù)理念為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的制造和使用過程以及售后提供針對(duì)性的解決方案，目前動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)已經(jīng)逐漸成為船舶行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。

二、動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展背景

集成系統(tǒng)的理念于20世紀(jì)80年代被西方發(fā)達(dá)國(guó)家提出并且實(shí)現(xiàn)在船舶制造上的應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，瑞典TPIBON、法國(guó)CATIA、澳大利亞Maxsurf等集成軟件也逐漸應(yīng)用在船舶行業(yè)，自此船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被推上了一個(gè)從未企及的新高度，這也為后續(xù)各國(guó)船舶產(chǎn)業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)集成化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在最初的動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)方面，波蘭推出的ENGINE78程序系統(tǒng)在各國(guó)船舶制造業(yè)產(chǎn)生了較大影響，是由船舶研究所和大學(xué)的共同設(shè)計(jì)研究成果，在散貨船的柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中應(yīng)用居多。與此同時(shí)，美國(guó)船舶研究所開發(fā)的HYDROCOMP軟件，是由計(jì)算機(jī)輔助推進(jìn)，多在船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，其技術(shù)和軟件均可以稱為當(dāng)時(shí)的佼佼者。

國(guó)際上集成系統(tǒng)的推進(jìn)對(duì)世界各地船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有十分重要的意義，對(duì)其他國(guó)家的船舶制造業(yè)起到了模范作用，提供了技術(shù)支持，推動(dòng)了世界船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展浪潮。集成系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用對(duì)船舶制造業(yè)的自身制造業(yè)提供了便捷之處，改變了多個(gè)零件單獨(dú)制造的生產(chǎn)弊端，將需要用到的設(shè)備集成設(shè)計(jì)一套制造，在設(shè)備的生產(chǎn)制造、維修保養(yǎng)方面提供了巨大便捷，省時(shí)省力，降低了制造中的損耗和風(fēng)險(xiǎn)，提高了船體制造的效率，增加了船舶制造業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為船舶產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展埋下伏筆。

三、國(guó)內(nèi)綠色船舶動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)存在的問題

雖然在國(guó)際上動(dòng)力系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)的提出對(duì)船舶企業(yè)產(chǎn)生了極大的推動(dòng)力，但我國(guó)目前仍處在發(fā)展中國(guó)家，信息技術(shù)發(fā)展不足以支撐新型集成系統(tǒng)的制造，導(dǎo)致我國(guó)的船舶制造水平低于國(guó)際先進(jìn)發(fā)展水平，船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在很大的局限性。目前我國(guó)船舶動(dòng)力系統(tǒng)存在的不足主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1.對(duì)綠色船舶理念不夠重視

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)綠色船舶理念極度重視，首先在政策上給予船舶發(fā)展強(qiáng)有力的扶持，其次大規(guī)模投入資金和技術(shù)人員，才能夠在集成系統(tǒng)方面獲得具有戰(zhàn)略性意義的成果。我國(guó)目前對(duì)船舶制造業(yè)的技術(shù)和硬件方面均不夠重視，對(duì)船舶制造業(yè)的發(fā)展和研發(fā)并沒有積極引導(dǎo)和科學(xué)地規(guī)劃，才導(dǎo)致我國(guó)綠色船舶發(fā)展緩慢，與走在國(guó)際造船業(yè)前沿的發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸拉開距離。

國(guó)家對(duì)船舶制造業(yè)的忽視導(dǎo)致我國(guó)目前船舶方面的人才少之又少，再加上現(xiàn)有工作人員對(duì)綠色船舶理念的不了解，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)信息不明確，無法勝任船舶制造的技術(shù)開發(fā)工作。另外我國(guó)政府對(duì)船舶制造業(yè)的資金方面也沒有充足的支持，在采購(gòu)原材料的時(shí)候只能從低價(jià)低檔次里面挑選，而環(huán)保節(jié)能材料普遍造價(jià)高，這也就直接導(dǎo)致我國(guó)的船舶對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，有較大的發(fā)展局限性。

2.缺乏配套方面的技術(shù)支持

在船舶制造中配套設(shè)備的先進(jìn)與否直接影響著船舶的節(jié)能性能，配套設(shè)備與船舶節(jié)能技術(shù)成正比，只有配套設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的改革創(chuàng)新，船舶節(jié)能技術(shù)才能夠隨之更新發(fā)展。對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家而言，已經(jīng)將大量的資金投入研發(fā)船舶配套技術(shù)中，自然能夠取得顯著成效并且高速發(fā)展，形成自己的節(jié)能技術(shù)體系。反觀我國(guó)，好比陷入一個(gè)惡性循環(huán)之中，由于政府的不重視，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)備投入都不足，研發(fā)團(tuán)隊(duì)力量較弱，規(guī)模相對(duì)較小，無法對(duì)船舶行業(yè)的現(xiàn)有研發(fā)成果進(jìn)行創(chuàng)新和突破。

國(guó)內(nèi)部分專業(yè)技術(shù)全面、對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)及其裝備有較深理解的廠家，在動(dòng)力系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)和供應(yīng)方面也逐步推出新的設(shè)計(jì)模式。60年代末我國(guó)便開始引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，將計(jì)算機(jī)投入使用到軟件設(shè)計(jì)和制造中，隨著我國(guó)在技術(shù)方面投入力度的加大，我國(guó)船舶技術(shù)發(fā)展的腳步也在加快，從依據(jù)我國(guó)自身的力量開發(fā)出我們熟知的CAD軟件，再到通過對(duì)引進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行分析研究最終成功研發(fā)出真正屬于中國(guó)的專業(yè)集成設(shè)計(jì)軟件，動(dòng)力系統(tǒng)集成不僅僅是簡(jiǎn)單的設(shè)備采購(gòu)、堆存供應(yīng)、接口協(xié)調(diào)，而是利用動(dòng)力系統(tǒng)集成廠家全面的專業(yè)技術(shù)、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和周到的服務(wù)理念，在全壽命周期內(nèi)，為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維護(hù)集成在船舶領(lǐng)域，動(dòng)力系統(tǒng)的整合從根本上提高了我國(guó)船舶制造業(yè)的發(fā)展水平，這也標(biāo)志著我國(guó)的工業(yè)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新高度。

四、綠色船舶動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)的創(chuàng)新方向

（一）環(huán)保高效化發(fā)展

節(jié)能高效是國(guó)際和國(guó)內(nèi)船舶制造業(yè)所追求的一個(gè)共同目標(biāo)，也是船舶動(dòng)力系統(tǒng)改革創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)之一。目前鼓勵(lì)船舶制造業(yè)在船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面應(yīng)用相較于傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)更加節(jié)能高效的電池蓄能柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，或者基于直流電網(wǎng)的電力推進(jìn)系統(tǒng)，以及在優(yōu)化改進(jìn)當(dāng)前技術(shù)設(shè)備的基礎(chǔ)上研發(fā)更加高效的智能系統(tǒng)設(shè)備。

在材料選擇方面也要盡可能地選擇節(jié)能環(huán)保的材料，例如曾經(jīng)廣泛應(yīng)用在船舶內(nèi)艙的礦棉與玻璃棉，雖然防火、保溫與隔音效果非常好，但在廢棄后無法降解，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，為避免類似情況的發(fā)生，現(xiàn)代造船業(yè)必須使用新型節(jié)能環(huán)保材料。例如耐腐蝕鋼板和鋼管材料，對(duì)于貨輪、裝載原油等腐蝕物的船而言，利用耐腐蝕鋼板原料大大延長(zhǎng)了輪船的使用壽命，省去了清除處理的環(huán)節(jié)。另外可以使用新型環(huán)保涂料，既可以起到對(duì)船舶的保護(hù)作用，也可以減輕船的阻力提高其速度。

（二）低噪聲化發(fā)展

船舶在航行中產(chǎn)生的噪聲對(duì)船員的身體有極大的損傷，這需要引起科研人員的注意，注重將船舶制造向低噪聲化發(fā)展。這一說法本身也是有政策依據(jù)的，早在2012年10月，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布了《綠色船舶規(guī)范》，注明了綠色船舶中低噪聲的要求。根據(jù)整船的設(shè)計(jì)來看，低噪聲的處理要從船舶的動(dòng)力系統(tǒng)入手，包括動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建造、行駛中產(chǎn)生的系統(tǒng)性震動(dòng)等均需要做有效的降噪處理。

（三）資源可再生化發(fā)展

向資源可再生化發(fā)展也是綠色船舶動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的方向之一，自然界中有許多可再生資源，例如人們熟知的太陽(yáng)能和風(fēng)能，還有鮮為人知的波浪能和潮汐能等，都是可以開發(fā)利用在綠色船舶動(dòng)力技術(shù)上的可再生能源。太陽(yáng)能是通過調(diào)整好角度的太陽(yáng)帆將太陽(yáng)光線吸聚足夠多的量，轉(zhuǎn)化成電能，直接使用或者儲(chǔ)存在電池板上。日本是首個(gè)在船舶制造方面應(yīng)用太陽(yáng)能的國(guó)家，是應(yīng)用于一艘名為“御夫座領(lǐng)袖”的大型貨輪，值得一提的是這艘貨輪雖是首個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電船舶，但應(yīng)用得極為成功，在船上發(fā)電能力極強(qiáng)，哪怕陰天也能夠吸收到能量，并且自動(dòng)儲(chǔ)存，所以即便天黑了也不用擔(dān)心，儲(chǔ)存的電量完全能夠支持船舶繼續(xù)航行。

（四）設(shè)計(jì)技術(shù)輕量化發(fā)展

企業(yè)社會(huì)責(zé)任和協(xié)調(diào)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)船舶制造業(yè)的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求愈加嚴(yán)格，這使得船體重量增加，船舶制造企業(yè)面臨成本逐漸增加的挑戰(zhàn)，這也是船舶制造業(yè)的一個(gè)瓶頸，因此船舶制造業(yè)要致力于輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)此瓶頸進(jìn)行突破。設(shè)計(jì)技術(shù)輕量化發(fā)展的根本做法是在制造船體時(shí)采用高強(qiáng)度鋼，從而達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)重量的目的。

（五）系統(tǒng)集成化發(fā)展

集成系統(tǒng)的出現(xiàn)為船舶企業(yè)的制造提供了便利，為船體提供了將動(dòng)力系統(tǒng)整合制造的設(shè)計(jì)方案，既方便了船體制造也充分滿足了用戶對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的一系列要求，首先在選擇方面能夠根據(jù)系統(tǒng)匹配度和設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)性和適用性原則幫助用戶確定最合適的動(dòng)力系統(tǒng)，在這一過程中還能夠?yàn)橛脩粽撟C動(dòng)力系統(tǒng)方案，以達(dá)到縮短做工時(shí)間和提高制造效率以及經(jīng)濟(jì)效益的目的。系統(tǒng)集成化發(fā)展可以將船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，促進(jìn)其生產(chǎn)進(jìn)度，將協(xié)調(diào)和質(zhì)量監(jiān)控化繁為簡(jiǎn)，與此同時(shí)，在船舶的運(yùn)行過程中保證其售后服務(wù)。

五、綠色船舶動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

（一）柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)集成創(chuàng)新與應(yīng)用

1.柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)簡(jiǎn)介

柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)是由國(guó)外引進(jìn)的新型動(dòng)力系統(tǒng)，再由我國(guó)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和突破，使之適合我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)并能夠投入使用。2009年，我國(guó)自主研發(fā)的PTL/PTO系統(tǒng)在粵?；疖囕喍傻耐度胧褂脴?biāo)志著我國(guó)進(jìn)入柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)代。柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的電機(jī)有四種發(fā)電模式，第一種是由PTO發(fā)電，第二種是由“電軸”輸出，第三種是由電機(jī)帶動(dòng)，第四種是由Booster輔助推進(jìn)。發(fā)電模式選擇性廣，無論使用哪一種發(fā)電模式都可以為船舶提供航行所需要的電量。

2.柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）啟用發(fā)電機(jī)助推的形式，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單無污染，為綠色船舶制造開啟新篇章。

（2）運(yùn)用柴電混合技術(shù)，給推進(jìn)系統(tǒng)多種選擇，保證船舶動(dòng)力裝置的安全性和防范措施。

（3）實(shí)現(xiàn)兩種能源的綜合運(yùn)用，體現(xiàn)不同助推動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)，提高航行效率。

（4）控制系統(tǒng)與能源利用得到優(yōu)化，促進(jìn)船舶制造業(yè)的智能化發(fā)展。

（5）通過使用柴電混合達(dá)到能源利用最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

3.柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

通過我國(guó)科研所以及一些科研高校對(duì)柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)的不斷研討分析和實(shí)踐探究的努力下，使得我國(guó)柴電混合動(dòng)力集成系統(tǒng)也有了快速的發(fā)展空間和成就。2012年《柴電混合動(dòng)力模塊設(shè)計(jì)方法》的頒發(fā)和混合動(dòng)力船舶結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研制成功以及柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立為我國(guó)柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開辟了道路并且積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)各類型的船舶應(yīng)用柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

（二）MT30燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)與性能

1.MT30燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)性能簡(jiǎn)介

MT30燃?xì)廨啓C(jī)是一種簡(jiǎn)單循環(huán)的艦用燃?xì)廨啓C(jī)，其功率為36MW和40MW兩種，熱效率能夠達(dá)到40%。將MT30燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力渦輪設(shè)置到最優(yōu)轉(zhuǎn)速，可以讓它的交流電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)頻率為60Hz的交流電，其中性能優(yōu)良的部件和備用件由Trent航空發(fā)電機(jī)提供。該技術(shù)在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)和單元體時(shí)講究精煉化，將船體部件的數(shù)量適量減少，但要做好維護(hù)措施提高其維修性。

2.MT30燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）技術(shù)先進(jìn)，MT30在Trent發(fā)動(dòng)機(jī)中吸取了大量先進(jìn)技術(shù)，例如通過葉片冷卻技術(shù)對(duì)船體的重要組成部件涂層達(dá)到保護(hù)的效果，幫助船舶渡過被污染的海域，增長(zhǎng)了船舶的航行壽命以及幫助船舶控制航行速度。

（2）MT30在制造的過程中將船體的安裝進(jìn)行了優(yōu)化精簡(jiǎn)，使用箱裝體進(jìn)行部件設(shè)計(jì)構(gòu)成，箱裝體結(jié)構(gòu)具有緊湊密集、減輕質(zhì)量、降低噪音的優(yōu)點(diǎn)。

（3）維修耗時(shí)短，易操作，可靠性強(qiáng)，大大節(jié)省了船員的時(shí)間，優(yōu)化了船舶控制程序。

3.MT30燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

設(shè)計(jì)成功后的應(yīng)用初期，首先在兩臺(tái)船舶上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從啟停循環(huán)到耐久循環(huán)再到功能實(shí)驗(yàn)等等，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，次數(shù)多，但最終也取得了顯著成效，為我國(guó)船舶制造業(yè)提供了效率更高的技術(shù)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和我國(guó)科研人員的不懈努力，MT30燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)已經(jīng)在多種船型上使用，成為世界上各大船舶企業(yè)的首選動(dòng)力。

（三）LNG動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)

1.LNG動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的簡(jiǎn)介

LNG是指液化天然氣，一種不可再生的清潔資源，根據(jù)燃料多樣性和清潔性原則以及性能接近程度來看，可以用天然氣來替代柴油，作為柴油機(jī)的燃料，形成LNG燃料動(dòng)力裝置。LNG動(dòng)力系統(tǒng)相較于運(yùn)用柴油的燃料裝置系統(tǒng)來講對(duì)污染物的排放量能夠減少很多，甚至可以徹底阻斷氧化硫的排放。

2.LNG動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）清潔。利用LNG裝置系統(tǒng)可以大大降低船舶航行過程中產(chǎn)生的二氧化碳等污染物的排放量，毫不夸張地說，一艘貨船或者客船改用LNG裝置系統(tǒng)一年能夠減少千百噸的污染排放物。

（2）增加燃燒率。船舶上使用LNG裝置動(dòng)力系統(tǒng)能夠提高燃料的燃燒率。

（3）方便儲(chǔ)存。

3.LNG動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

自從LNG裝置系統(tǒng)被提出之后，我國(guó)多所船舶科研所和船舶制造業(yè)的專業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間致力于LNG裝置系統(tǒng)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用，嘗試將LNG裝置系統(tǒng)應(yīng)用于更多類型的船舶上。我國(guó)的這一項(xiàng)研究與韓國(guó)研發(fā)成功的稀燃技術(shù)有異曲同工之處，均為世界船舶行業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)，其節(jié)能減排效果也對(duì)生態(tài)環(huán)境而言有莫大的意義。

（四）復(fù)合能源動(dòng)力技術(shù)

復(fù)合能源動(dòng)力技術(shù)與上文提到的LNG裝置系統(tǒng)有異曲同工之妙，復(fù)合能源動(dòng)力技術(shù)是將包括LNG在內(nèi)的一些清潔能源、可再生能源以及傳統(tǒng)能源綜合應(yīng)用在船舶的動(dòng)力系統(tǒng)上，這樣做的好處是防止船舶動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)某一種能源燃料產(chǎn)生依賴，也能夠幫助船舶產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色船舶動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能減排的目標(biāo)。對(duì)于這一能源，我國(guó)中遠(yuǎn)船舶公司曾與國(guó)外公司合作探究在貨輪或郵輪上嘗試采用太陽(yáng)能風(fēng)帆，在航行過程中太陽(yáng)能風(fēng)帆會(huì)根據(jù)所吸聚太陽(yáng)的光線評(píng)測(cè)風(fēng)向和風(fēng)力，自動(dòng)調(diào)整最佳的角度，借助風(fēng)力推動(dòng)船舶。該項(xiàng)研究充分體現(xiàn)了綠色船舶的理念。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著世界環(huán)境保護(hù)組織對(duì)海域生態(tài)環(huán)境的重視和我國(guó)關(guān)于航海新政策的出臺(tái)，綠色船舶理念應(yīng)運(yùn)而生，并且逐漸成為船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。由于我國(guó)工業(yè)方面在世界發(fā)展中長(zhǎng)期處于落后狀態(tài)，因此為了順應(yīng)綠色發(fā)展的國(guó)際新形勢(shì)，我國(guó)要嚴(yán)格遵循并深刻理解綠色船舶的理念，增強(qiáng)節(jié)能環(huán)保意識(shí)，向著可持續(xù)發(fā)展的方向在船舶動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)方面加大經(jīng)濟(jì)投入力度，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，克服傳統(tǒng)工業(yè)的不足和技術(shù)難題，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)綠色、環(huán)保的航行之路。