1、绿色船舶科技发展绿色船舶科技发展与我国船舶工业的核心竞争力与我国船舶工业的核心竞争力陈映秋陈映秋20142014年年1212月月2 2日、武汉日、武汉内容内容1.1.国际航运节能减排的新局面与我国政府应国际航运节能减排的新局面与我国政府应对新政对新政2.2.与绿色船舶技术发展的相关热点与技术发与绿色船舶技术发展的相关热点与技术发展现状展现状3.3.歇后语歇后语1 1、国际航运节能减排的新局面、国际航运节能减排的新局面与我国政府应对新政与我国政府应对新政1）国际航运节能减排的新局面国际航运节能减排的新局面2 2）我国政府应对新政）我国政府应对新政1 1）国际航运节能减排的新局面）国际航运节能减排
2、的新局面 20202020年国际航运年国际航运CO2CO2应减少应减少30%30%，需要考虑低碳航运经济学，需要考虑低碳航运经济学问题问题边际成本与边际收益边际成本与边际收益如何规划如何规划20202020年减排与年减排与节能技术的布局？节能技术的布局？航运界选择何种节能减排技术呢？航运界选择何种节能减排技术呢？相同的节能减排技术能在不同的场所相同的节能减排技术能在不同的场所/船舶上产生同样的成本效率船舶上产生同样的成本效率（cost efficiency)cost efficiency)吗？吗？世界经济、燃料价格、学习效果（世界经济、燃料价格、学习效果（learning effectslea
3、rning effects）的不定性）的不定性 解决解决4 4个方面的问题个方面的问题20202020年年30%30%的新造船使用燃气机的新造船使用燃气机/双燃料发动机双燃料发动机假定情景（假定情景（LNGLNG价格为价格为HFOHFO的的60%60%）（）（ECAECA因素影响、大船比小船更有优势）因素影响、大船比小船更有优势）处理硫排放处理硫排放2.52.5亿吨（亿吨（ECAECA），采用），采用LNGLNG（30%30%的船舶）只能减少的船舶）只能减少0.20.2亿吨亿吨EEDIEEDI要求只能减少要求只能减少CO2CO2减排的减排的2/32/3（由油船（由油船/散货船散货船/集装箱船集
4、装箱船/海洋海洋支持船（不在支持船（不在Marpol ANNEX VIMarpol ANNEX VI范围内）承担），不再成为航运公范围内）承担），不再成为航运公司的额外成本，减速可能带来商务成本变化司的额外成本，减速可能带来商务成本变化LNGLNG成为船舶成本效率的选择，尤其在成为船舶成本效率的选择，尤其在ECAECA中航行时间超过航程中航行时间超过航程30%30%时（小型油船时（小型油船/杂货船）杂货船）ECAECA在主要航线上布局在主要航线上布局新的节能减排要求新的节能减排要求40%of the world fleet香港采用低硫油2015北极北极ECA全球船舶主要航线与容量及全球船舶主要
5、航线与容量及ECAECA的分布的分布ECA航运环保问题已经列入国家环保重点计划航运环保问题已经列入国家环保重点计划 自2015年起，航行我国水域的船舶空气污染排放纳入到我国总量控制范围，将会下达减排指标，强行推行减排。2016年起，相关的新船发动机排放标准强制实施，对现有船舶将出台市场准入排放标准，制定更为严格的沿海与内河船舶燃油限制值。另外香港2015年成为ECA区将促使大陆考虑设立相应的ECA区（2020年）。这一切使得中国船舶工业的适应性发展将带来巨大的挑战与机遇，要求在LNG燃料动力船方面对前面已经取得成绩之上重新考虑市场竞争问题，如考虑巴拿马运河2015年开通、北极通航、世界物流革命
6、的基础上，加强LNG动力在油船、散货船、集装箱船方面的应用研发。经济危机（油价变化）与船舶大型化历程经济危机（油价变化）与船舶大型化历程第一次船舶大型化第一次船舶大型化第一次船舶大型化第一次船舶大型化集装箱运输模式在集装箱运输模式在发发展展油船大型化受到重创油船大型化受到重创散货运散货运输发展输发展第二次船舶大型化第二次船舶大型化第二次船舶大型化第二次船舶大型化集装箱运输集装箱运输模式模式成熟成熟油船大型化理性油船大型化理性矿砂运输发展矿砂运输发展船舶大型化趋势继续船舶大型化趋势继续1111月月2929日，日，66.1566.15美元美元/桶，桶，跌势未能止住跌势未能止住纽约油价调整期纽约油价
7、调整期USD/USD/桶（高位）桶（高位）USD/USD/桶（低位）桶（低位）跌幅跌幅6 6个月后会弹比率个月后会弹比率2008/7-2009/3147.2733.20-78%35%2011/5-2011/10114.8374.95-35%88%2012/3-2012/6110.5577.28-30%70%2014/6-2014/12107.6866.15-40%?影响集装箱船大型化的因素影响集装箱船大型化的因素影响因素影响因素内容概要内容概要环境环境（航道航道/港口）港口）受到航道、港内水域、锚地水深限制，受到航道、港内水域、锚地水深限制，16.5m16.5m吃水的集装箱船需要吃水的集装箱船
8、需要19m19m水深，目前全球仅有少量港口可接纳超大型水深，目前全球仅有少量港口可接纳超大型集装箱船，欧洲、远东港口比美洲港口条件略好，集装箱船，欧洲、远东港口比美洲港口条件略好，Air draftAir draft对船舶的水面高度进行限制，高达对船舶的水面高度进行限制，高达61.5m61.5m的水面高度的水面高度过不了纽约的过不了纽约的BayonneBayonne桥桥物流形式物流形式涉及到转运港的装卸机械能力，需考虑外伸距离与集装箱层数，超过涉及到转运港的装卸机械能力，需考虑外伸距离与集装箱层数，超过300m300m长的船舶需要长的船舶需要5-65-6部装卸机同时在部装卸机同时在1 1小时小
9、时内进行内进行120-150120-150个箱子作业，个箱子作业，9000TEU9000TEU船需要进行船需要进行1818列箱宽、高列箱宽、高1717层箱的作业；需要层箱的作业；需要Hub-SpokeHub-Spoke网的布局（限制网的布局（限制Port of CallPort of Call），），18000TEU18000TEU需要需要2424列集装箱宽度的列集装箱宽度的装卸机械装卸机械技术能力技术能力推进系统能力限制了船舶尺度增加，本世纪初，在超过推进系统能力限制了船舶尺度增加，本世纪初，在超过8500TEU/25Kn8500TEU/25Kn（经济危机前的行业标准）的集装箱船上需（经济危
10、机前的行业标准）的集装箱船上需要要2 2台主机（不是船东所愿），直到今天，更强的机型被研发出来，船舶能力立刻发展到台主机（不是船东所愿），直到今天，更强的机型被研发出来，船舶能力立刻发展到10000TEU10000TEU以上，机器长以上，机器长度将影响到机舱设计，另外，桨的设计也颇费周折。当采取双机技术方案（具有冗余、可根据装载情况灵活使用度将影响到机舱设计，另外，桨的设计也颇费周折。当采取双机技术方案（具有冗余、可根据装载情况灵活使用功率）使得船舶能力可以达到功率）使得船舶能力可以达到15000-18000TEU15000-18000TEU，维护环节复杂性，由于目前国际物流链的速度降低，中海
11、集团在，维护环节复杂性，由于目前国际物流链的速度降低，中海集团在订购订购18000TEU18000TEU船时，改为了单机；日本三井船时，改为了单机；日本三井MOL MOL ConfortConfort事故表明船舶大型化在材料、建造技术上尚有问题事故表明船舶大型化在材料、建造技术上尚有问题经济因素经济因素尽管尽管18000TEU18000TEU船舶费用高昂（船舶费用高昂（1.3-1.81.3-1.8亿美元），从亿美元），从MaeskMaesk的研究来看，要满足在的研究来看，要满足在21kn21kn航速时达到节能航速时达到节能37%37%的目标，的目标，单箱减少单箱减少COCO2 2 50%50%
12、的指标，只有采用大船，在投资、运营、燃料费中寻求较优方案。在的指标，只有采用大船，在投资、运营、燃料费中寻求较优方案。在6000TEU6000TEU以下时，每以下时，每1000TEU1000TEU的投资下降很小，即使在的投资下降很小，即使在18000TEU18000TEU船的投入上也只比船的投入上也只比6000TEU6000TEU有有5%5%的单位投资收益；在包括人员、管理、的单位投资收益；在包括人员、管理、维护、保险等费用在内的运营成本中，前维护、保险等费用在内的运营成本中，前2 2项与项与6000TEU6000TEU船差别很小，后船差别很小，后2 2项则可能增加；在项则可能增加；在25kn
13、25kn航速下，每增加航速下，每增加1000TEU1000TEU，每日增加油耗，每日增加油耗31.831.8吨，似乎在燃油也没有油水可捞，然而，在吨，似乎在燃油也没有油水可捞，然而，在“门对门门对门”的整个物流链中，在大船日的整个物流链中，在大船日常费用比常规船常费用比常规船1/41/4略低（约略低（约23%23%），集装箱费用（包括维护费），集装箱费用（包括维护费18%18%）；港口费（大船拖轮费增加）；港口费（大船拖轮费增加21%21%，缩短在港时，缩短在港时间）；内陆运输（间）；内陆运输（25%25%），其他（），其他（13%13%）5 5类费用中类费用中，,大船提高运营效率可获单箱费用
14、（大船提高运营效率可获单箱费用（Slot CostSlot Cost）降低；因此）降低；因此大船大船（1 13 3000TEU000TEU以上以上）只能在主要物流线（只能在主要物流线（East-West routesEast-West routes）上停靠）上停靠4 4个个Mega HubMega Hub港（港（Port of CallPort of Call）：如东）：如东南亚、地中海西、加勒比、中美西部。南亚、地中海西、加勒比、中美西部。250-6000TEU250-6000TEU作为支线船舶使用，这是大船省费用的主要理由作为支线船舶使用，这是大船省费用的主要理由主管当局政策主管当局政策节
15、能减排环保的愈来愈严格节能减排环保的愈来愈严格小结小结 全球的ECA已经在各个航线上布满，几乎没有空子可钻 节能减排环保技术的采用需要在新的油价下进行审视 中国的节能减排环保政策出现转变，不会再像过去那样拖国际技术政策的后腿 船舶大型化（尤其是集装箱船）继续发展，出现超大型化的趋势 超大型集装箱船的3-E（Economic、Environment-friendly、Energy saving）概念成为目前船舶绿色技术的先导2 2）我国政府应对新政）我国政府应对新政（1 1）航运强国的未来模式）航运强国的未来模式 20302030年国际经济造成已经应用年国际经济造成已经应用5050年的航运年的航
16、运物流模式的根本转变，中国将主导国际物物流模式的根本转变，中国将主导国际物流的形式与定价权流的形式与定价权 20302030年中国船队达到的规模将成为全球第年中国船队达到的规模将成为全球第一航运强国一航运强国 中国船队的节能安全环保技术将引领全球中国船队的节能安全环保技术将引领全球绿色船舶技术的发展趋势绿色船舶技术的发展趋势20102010年世界航运物流模式年世界航运物流模式 (西欧为中心西欧为中心)Bi-directional Bi-directional 20302030年航运物流模式年航运物流模式 (以中国为中心以中国为中心)hub and Spokehub and Spoke 到203
17、0年，集装箱运输极大增长在中东与远东，印度洋和亚太成为全球集装箱的贸易中心，在远东与拉丁美洲的集装箱运输也有极大的增长中国船队的增长由中国船队的增长由2010年占世界年占世界15%(1.5亿亿DWT）到到2030年的年的24%交通运输部即将出台促进邮轮运输发展的指导意见，交通运输部即将出台促进邮轮运输发展的指导意见，进行上海、福建、天津、海南油轮试点示范，推进中进行上海、福建、天津、海南油轮试点示范，推进中资油轮与五星旗邮轮的发展资油轮与五星旗邮轮的发展(2)(2)海运业已经列为我国经济社会发展海运业已经列为我国经济社会发展重要的基础产业重要的基础产业 国务院促进海运业健康发展意见（2014、
18、8、15）四项战略目标四项战略目标到2020年，基本建成安全、便捷、高效、绿色、具有国际竞争力的现代海运体系海运体系，适应国民经济安全运行和对外贸易发展需要完善海运企业法人治理结构，有竞争力、品牌的海运企业、港口海运企业、港口、运营商、全球物流、运营商、全球物流经营主体建立重点物资运输船队重点物资运输船队，国际影响力的航运中心完善配套配套政策政策、法规，促使企业“走出去”七项七项任务任务优化海运船队结构、规模适度、结构合理、技术先进完善全球海运网络海运企业转型升级发展现代航运服务业发展混合所有制海运企业完善相当标准、规则；人才、国际化水平安全绿色（安全、低碳、绿色）与造船业相关的摘录与造船业相
19、关的摘录船队规模和港口布局规划适度超前船队规模和港口布局规划适度超前，重点物资运输保障能力显著提高优化海运船队结构。建设规模适度海运船队结构。建设规模适度、结构合理、技术先进的专业化船队。大力发展节能环保、经济高效船舶，积极发展原油、液化天然气、集装箱、滚装、特种运输船队，提高集装箱班轮运输国际竞争力。有序发展干散货运输船队和邮轮经济，巩固干散货运输国际优势地位，培育区域邮轮运输品牌邮轮运输品牌推动节能减排技术和清洁能源在海运业的推广节能减排技术和清洁能源在海运业的推广应用应用，优化用能结构2.2.与绿色船舶技术发展的与绿色船舶技术发展的相关热点与技术发展现状相关热点与技术发展现状1 1）燃料
20、革命）燃料革命LNGLNG与物流革命将淘汰人类在与物流革命将淘汰人类在5050 年间形成的优秀船型年间形成的优秀船型重新洗牌重新洗牌2 2）极地航行船及航海技术研发）极地航行船及航海技术研发3 3）可再生能源）可再生能源风能应用风能应用4 4）核能技术在民船上的应用尚需较长时间）核能技术在民船上的应用尚需较长时间5 5）绿色船舶技术的广泛联系）绿色船舶技术的广泛联系1 1）燃料革命）燃料革命LNGLNG与物流革命与物流革命将淘汰人类在将淘汰人类在5050年间形成的优秀船型年间形成的优秀船型重新洗牌重新洗牌Safer Greener&More Effective国际航运物流变化国际航运物流变化各
21、种联盟新变化各种联盟新变化集装箱运输联盟发生重大改组原因以规模求降低成本低碳经济结果 大型化继续,且愈演愈烈（2015年有40艘超大型集装箱船投入营运）G6-19000-22000TEU集装箱船 M2正在订购6艘19000TEU船Maersk SealandGrand alliance（NYK,OOCL）New World alliance（Hyundai，APL）United alliance（Hanjin，CKY）American President LinesHapag LloydHyundai Merchant MarineMitsuiNipponOOCL P3 G6 Maersk L
22、ine MSCCMA CGM2013年以前2014Maersk LineMSC M2 近50%27.5%改运营中心为船舶共享（改运营中心为船舶共享（VSAVSA）在全球最大贸易亚欧航线份额（待在全球最大贸易亚欧航线份额（待批，批，20142014、8 8）,2014,2014年年1010月上旬获月上旬获美国联邦海事委员会批准，美国联邦海事委员会批准，20152015年年1 1月开始运作月开始运作反垄断豁免政策（航线能力反垄断豁免政策（航线能力30%30%）,20142014、4 4，中国商务部投了反对票，中国商务部投了反对票航运界必须跟上世界经济与中国发展的步伐航运界必须跟上世界经济与中国发展
23、的步伐1 1、气候变化与燃料革命、气候变化与燃料革命清洁能源（安全问题）清洁能源（安全问题）风风固体固体液体液体燃气燃气混合动力混合动力核能动力核能动力燃料电池燃料电池2 2、北极航行与资源开发（、北极航行与资源开发（20132013、6 6、5 5）中远中远815-910815-910试航试航非条件设计非条件设计气象变化规律、水深、地貌、海图（高纬气象变化规律、水深、地貌、海图（高纬6060覆盖覆盖10%10%）3 3、低碳经济、低碳经济船舶大型化船舶大型化非均匀流极限载荷与水弹性下结构设计非均匀流极限载荷与水弹性下结构设计高强度钢利用高强度钢利用/屈曲与工艺屈曲与工艺灾害风险灾害风险CO2
24、CO2减少减少30%30%LNGLNG燃料采用（燃料采用（30%30%的的ECAECA航程）航程）4 4、综合技术、综合技术 设计全寿命概念设计全寿命概念 航行管理软件与数据库航行管理软件与数据库 航行中节能技术航行中节能技术 最小阻力最小阻力 航线优化航线优化 材料材料高强度钢与焊接材料高强度钢与焊接材料5 5、外部压力、外部压力公约变化公约变化 压载水（美国压载水（美国20132013、1212、1 1）香港公约香港公约20092009 MLC2006MLC2006 Marpol Annex VIMarpol Annex VI SOLAS 2014 NoiseSOLAS 2014 Nois
25、e SOLAS 2016 GBSSOLAS 2016 GBS IGC2014IGC2014 IGF2015IGF20156 6、ECAECA不断扩大不断扩大 北美、波罗的海北美、波罗的海 地中海、日本海、新加坡、香港地中海、日本海、新加坡、香港 环保环保灰水灰水7 7、ITIT技术发展与船舶智能技术技术发展与船舶智能技术 云计算云计算/E/E技术技术/大数据技术基础大数据技术基础 互联网互联网 物联网物联网燃料（燃料（LNGLNG）革命将淘汰人类在）革命将淘汰人类在5050年间形成的优秀船型年间形成的优秀船型导致船舶研发重新洗牌导致船舶研发重新洗牌地标港口地标港口Tier 1Tier 1A S
26、ingapore*B Rotterdam*C Fujairah*D Hong Kong E Algeciras*F Busan G San Francisco H Los Angeles I New York*J Panama Canal Cristobal K Panama Canal/Balboa L Houston*M Gothenburg*N Piraeus*O Suez Canal/Port Said P Shanghai*Q Zeebrugge*R Southampton*STokyo Bay/YokohamaTier 2T Vancouver*U Las Palmas V Nyn
27、鋝hamn*W Kochi(Cochin)X Gladstone Y Sydney 未来全球未来全球LNGLNG供应港口分布图供应港口分布图 K（Panama Canal/Balboa）与J（Panama Canal Cristobal）重合国际上采用国际上采用LNGLNG清洁能源的技术政策清洁能源的技术政策u国际海事组织（国际海事组织（IMOIMO）关于）关于GHGGHG、SOxSOx、NOxNOx、PMPM排放限排放限制的高强度压力下，在全球制的高强度压力下，在全球GHGGHG市场完善之前，国内市场完善之前，国内外航运公司正在积极地寻找出路，以便在未来的碳市外航运公司正在积极地寻找出路，以
28、便在未来的碳市场上争取主动，获取最大的经济效益。场上争取主动，获取最大的经济效益。u在目前国际实施航运节能减排的一系列措施与技术的在目前国际实施航运节能减排的一系列措施与技术的研发中，研发中，LNGLNG燃料动力船的使用成了最为吸引人眼球燃料动力船的使用成了最为吸引人眼球的未来水上运输装备，它将集节能减排、经济性、能的未来水上运输装备，它将集节能减排、经济性、能源供应于一体源供应于一体,在相当长的时间内主导航运市场技术在相当长的时间内主导航运市场技术发展的走向。发展的走向。u就技术来说，就技术来说，LNGLNG燃料动力船的设计主要是安全与燃燃料动力船的设计主要是安全与燃料供应、料供应、LNGL
29、NG储存、加注设备的关系，在保证安全的储存、加注设备的关系，在保证安全的前提下完成功能（不因单一事故引起主机无法工作、前提下完成功能（不因单一事故引起主机无法工作、辅机无法发电、人员工作受到安全威胁）的安全性、辅机无法发电、人员工作受到安全威胁）的安全性、可达性、维护性、可靠性等要求可达性、维护性、可靠性等要求 。国际国际LNGLNG燃料动力船加注的法规燃料动力船加注的法规/技术标准不足技术标准不足（1）LNG作为航运燃料与LNG加注过程没有被列入IMO的公约与标准中（ISO）。（2）关于LNG的加注的国际规则框架，ISO只能在未来的共同标准与法律范围内考虑（ISO标准）；（3）加注过程与责任
30、的定义没有包括在ISO/TC67/WG10中，在正在起草的IGF Code中，也仅是船对船的LNG加注，是不全面的（IMO、ISO）。（4）LNG作为货物与作为燃料区别的概念模糊（ISO）。IGC与与IGF：据：据IGC规则建造的船舶存在混合气体爆炸安全区（规则建造的船舶存在混合气体爆炸安全区（EX-safety zones）用于气化甲烷排放，用于气化甲烷排放，IMO Interim Guidelines MSC.285(86)和和IGF Code草案都没草案都没有设置安全区（有设置安全区（EX-safety zones）的原则要求。它意味着根据的原则要求。它意味着根据IMO IGF规则建造规
31、则建造带有点燃源的船可能进入根据带有点燃源的船可能进入根据IGC规则建造的船的空气混合区（规则建造的船的空气混合区（EX-zone）可能引）可能引起火灾风险。起火灾风险。（5）LNG燃料舱的连接与断开过程没有写入正在起草的IGF Code中与ISO/TC/67/WG10中（IMO、ISO）。（6）国家层面的法规缺乏，约束了采用当前最好实践经验的适合小型LNG加注站的指导性文件/标准的制定。（7）缺乏港口关于LNG加注过程的共同指导性文件。（8）缺乏LNG运输与燃料动力船的船员培训要求。（9）缺乏LNG作为航运燃料标准的规定。（10）缺乏LNG作为燃料时对硫成分测量的标准/指导性文（11）缺乏L
32、NG作为燃料的安全抽样标准。（12）缺乏在LNG供应装置与LNG受注船之间的通信与过程监控（包括应急关闭（ESD）设备规格化的标准。（13）缺乏用于气体测量的规程与设备。（14）应该制定操作指导性文件减少与甲烷（methane）排放有关对环境的负面影响。LNGLNG燃料系统应用开发技术研究（燃料系统应用开发技术研究（20142014年指南）年指南）1 1）船用）船用LNGLNG燃料储供气系统总体设计研究；燃料储供气系统总体设计研究；2 2）船用）船用LNGLNG燃料储存装置设计及制造技术研究；燃料储存装置设计及制造技术研究；3 3）LNGLNG气化器、潜液泵、低温阀件等核心部件研制；气化器、潜
33、液泵、低温阀件等核心部件研制；4 4）LNGLNG燃料供给系统监控和安保系统设计技术研究；燃料供给系统监控和安保系统设计技术研究；5 5）关键技术集成及试验验证研究。）关键技术集成及试验验证研究。2 2）极地航行船（注意商船与特种船的区分）极地航行船（注意商船与特种船的区分）及航海技术研发及航海技术研发 20132013年年5 5月月9 9日，中国成为北极集团正式观察员日，中国成为北极集团正式观察员20142014年，中海油与冰岛企业合作申请在冰岛北极海域进行年，中海油与冰岛企业合作申请在冰岛北极海域进行石油和天然气开发和生产的许可已获冰岛政府批准。除了石油和天然气开发和生产的许可已获冰岛政府
34、批准。除了海洋工程结构以外，海洋支持船（海洋工程结构以外，海洋支持船（OSVOSV）、油（气）田作）、油（气）田作业船（业船（PSVPSV）、）、LNGLNG运输船、原油船等成为我国内需运输船、原油船等成为我国内需 与传统船舶设计方法相左的是，极地船舶设计需要适当考与传统船舶设计方法相左的是，极地船舶设计需要适当考虑在航行区域浮冰、冰山、冰脊对船体结构的作用，需要虑在航行区域浮冰、冰山、冰脊对船体结构的作用，需要考虑不定性的问题考虑不定性的问题 由于海图不能覆盖高纬度（由于海图不能覆盖高纬度（6060）的极地海域的自然航行）的极地海域的自然航行条件（海床、水深、海流等）、突发因素（风力、极光）
35、条件（海床、水深、海流等）、突发因素（风力、极光）复杂，航行辅助仪器失灵等，极地航海技术需要加速研发复杂，航行辅助仪器失灵等，极地航海技术需要加速研发 极地可能储藏的油气占全球的1/4，其他稀有金属、海洋资源、渔业资源储量也极大，愈来愈显现出其商业价值 冰冰区区船船舶舶性性能能试试验验技技术术冰区船舶性能试验技术拖曳冰池设计论证操纵性冰池设计论证冰水池测试技术冰区船性能预报技术设计方案冰力学试验室设计论证模型冰制作及力学性能测试技术冰载荷测试技术冰区船快速性测试技术冰区船操纵性测试技术冰区船推进器性能测试技术冰区船航速预报技术冰区船破冰能力预报技术冰区船操纵性预报技术冰区船推进器性能预报技术冰
36、区船结构性能预报技术冰水池设计论证试验方法试验规程预报方法冰区海工装备试验技术冰载荷预报技术冰冰区区船船舶舶设设计计技技术术冰区船舶总体设计技术船型设计技术推进器设计技术冰区船舶设计技术船体结构设计技术低温材料应用技术低温甲板设备与防冻技术减振降噪设计技术极地通导技术IMO公约与规范极地通航环境条件分析极地环保与GHGISO及国家标准应急对策破冰船概念设计方案破冰与抗冰能力设计技术动力与设备关键技术标准与规范低温环境动力系统设计技术操纵性设计技术冰区集装箱船（4000TEU）概念设计方案冰区油船（AFRAMAX）概念设计方案冰区散货船(巴拿马型)概念设计方案设计方法风险分析标准与规范两条航线两
37、条航线东北航道东北航道由西向东：北海、俄罗斯北极沿岸、北冰洋巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海、楚科奇海、白令海峡在俄罗斯北部沿岸2800km称为北部航道视为“国内”航线通航船舶急剧增长 西北航道西北航道 由东向西：白令海峡、美国阿拉斯加北部海域、戴维斯海峡、加拿大北极群岛、波弗特海 通航船舶逐年增加（小船居多）年份2006200720082009201020112012通航艘数1119202021典型的北极航线（夏秋之交）典型的北极航线（夏秋之交）To China123456781091 Yugorsky Strait2 Kara Strait3 Cape Zhelaniya4 Vi
38、lkitsky Strait5 Arctic Cape6 Dmitry Laptev Strait7 Sannikov Strait8 north of the New Siberian Islands9 De Long Strait10 Bering Strait作业环境和条件作业环境和条件1.1.极端极端低温低温（-50-50）环境对船舶和海上工作设备的抗寒强度要求（导致这些）环境对船舶和海上工作设备的抗寒强度要求（导致这些设备失效设备失效/失去功能失去功能2.2.漂流的海冰漂流的海冰和设备严重结冰在大部分时间难以消失和设备严重结冰在大部分时间难以消失3.3.北极复杂、无常、多变的北极复杂
39、、无常、多变的天气状况天气状况隐藏的不确定性（冰山的漂流、能见度、隐藏的不确定性（冰山的漂流、能见度、风速）风速）4.4.长时间的长时间的极夜与极光极夜与极光、噪声与振动对人员心理的严重影响、噪声与振动对人员心理的严重影响5.5.易受伤害环境易受伤害环境认知程度的不确定性认知程度的不确定性需要加大风险的防范需要加大风险的防范目前是一个陌生世界目前是一个陌生世界北极太大（北极太大（700700万平方公里）万平方公里）目前海图近覆盖北纬目前海图近覆盖北纬6060以北以北1/101/10的海域的海域北极之深北极之深科考远未结束，被定义为科考远未结束，被定义为“高度多样化地区，复杂无常、无法精确高度多
40、样化地区，复杂无常、无法精确定义定义”冰山的漂流导致船舶碰撞，导致事故频发冰山的漂流导致船舶碰撞，导致事故频发1995-20041995-2004年间，北极海域发生的年间，北极海域发生的事故高达近事故高达近300300起起6.6.特殊环境（极夜）下漏油的监测难度与冰油回收技术缺乏特殊环境（极夜）下漏油的监测难度与冰油回收技术缺乏在在低温下油、低温下油、冰的回收措施冰的回收措施还处于研究之中还处于研究之中7.7.人员的人员的逃生逃生、疏散与救援受到长距离、黑暗、海冰条件的制约，单一的解决、疏散与救援受到长距离、黑暗、海冰条件的制约，单一的解决方案不适合方案不适合8.8.北极的严格北极的严格生态保
41、护生态保护与不适合的航运与不适合的航运/开采活动的不适合开采活动的不适合低温下的船体与设备的维护问题？低温下的船体与设备的维护问题？低温下与冰脊环境下的船体强度问题？低温下与冰脊环境下的船体强度问题？技术问题技术问题法规政策技术标准体系不完备IMOIMO Guidelines for Ships Operating in Arctic Ice-covered WatersGuidelines for Ships Operating in Arctic Ice-covered Waters（20022002）极地法规（极地法规（20152015？）？）地方法规地方法规 北极理事会北极理事会北极航
42、空和海上搜索和营救协定北极航空和海上搜索和营救协定（20112011）芬兰冰区规则（芬兰冰区规则（FSICRFSICR）基于基于1 1年冰条件年冰条件 俄罗斯依据俄罗斯依据联合国海洋法公约联合国海洋法公约（UNCLOSUNCLOS）第条冰封区域，对通航东北航道的俄罗）第条冰封区域，对通航东北航道的俄罗斯北方海航段斯北方海航段(NSR)(NSR)实行许可制度，并颁布了法律法规：实行许可制度，并颁布了法律法规：北方海航道航行条例北方海航道航行条例（19911991）；）；破冰船辅助引领船只穿越北方海航道的规定破冰船辅助引领船只穿越北方海航道的规定（19961996）关于航行于北方海航道的船只在设计
43、、装备和保障方关于航行于北方海航道的船只在设计、装备和保障方面的要求面的要求（19961996）北方海航道航行规则北方海航道航行规则（20132013修订）修订）加拿大极地航行防污染法规（加拿大极地航行防污染法规（CASPPRCASPPR，19721972），不包括结构要求），不包括结构要求船级社船级社IACS/POLAR CLASSIACS/POLAR CLASS（基于（基于Plastic AnalysisPlastic Analysis）基于多年冰条件基于多年冰条件IACSIACS成员规范成员规范基于基于1 1年冰条件年冰条件DnV/DnV/冰载荷监测系统冰载荷监测系统空缺的技术标准（不包
44、含在上述法规空缺的技术标准（不包含在上述法规/规范中）规范中）选择航线的温度与冰的厚度选择航线的温度与冰的厚度船舶在低温下的运行条件船舶在低温下的运行条件冰载荷的测量冰载荷的测量冰载荷产生的结构疲劳冰载荷产生的结构疲劳推进系统与轮机附加要求推进系统与轮机附加要求冰山漂流导致船舶碰撞冰山漂流导致船舶碰撞船冰交互结构分析船冰交互结构分析技术问题技术问题设计技术不完备设计技术不完备非预测作业条件（超出设计条件）非预测作业条件（超出设计条件）目前已有的技术标准不能涵盖非预测问题非设计工况问题造成非预测作业条件的原因造成非预测作业条件的原因 大量冰脊、浮冰、冰山产生的极端载荷 冰脊、浮冰、冰山的非常规性
45、冰载并没有在技术标准中体现 航道水尺、助航标志、灯塔与吃水、结冰、冰厚等码头参数不明确如何在设计中体现额外的船体强度衡量如何在设计中体现额外的船体强度衡量”度度”的问题，弥补技术的问题，弥补技术标准不能覆盖实际的营运中出现的问题，维护船舶在营运中的完整性标准不能覆盖实际的营运中出现的问题，维护船舶在营运中的完整性 需要冰水池进行强度模拟试验 定义冰载荷的模型 船舶在系列变化的冰冲击载荷确定与工程化 船冰碰撞模型的确定 冰材料的物理建模与船冰的相互作用 船体与冰之间的非线性作用（离散远法（Discrete Element Method）在严寒下的材料特性例：船冰数学模型必须依靠冰水池模型试验建立
46、例：船冰数学模型必须依靠冰水池模型试验建立船舶运动；冰特性、冰材料非线性；断裂与接触力学行为；船舶船舶运动；冰特性、冰材料非线性；断裂与接触力学行为；船舶冰载荷冰载荷冰水池模型试验与仿真分析冰水池模型试验与仿真分析冰水池的工作内容冰水池的工作内容 冰的特性 冰失效过程与力学特征 冰船交互模型验证 冰载荷的确定分析工作需要数值仿真进行佐证分析工作需要数值仿真进行佐证 比较实船与模型试验的结果研究其联系参数 采用大数据理论解决（实船/模型）缺乏试验资料的难题 传统的冰的理论模型需要压缩/弯曲强度的证明 新的模型需要更多的冰特性资料 冰的剪切强度 冰脊内冰粒粘结强度后面四项需要附加的水池试验验后面四
47、项需要附加的水池试验验证，构成了一个证，构成了一个“test-test-analysis”analysis”循环过程循环过程IACS、FSICR、CLASS Rules的联系与区别的联系与区别IACS北极水域常年航行（多年冰）北极水域常年航行（多年冰）北极水域夏季航行（北极水域夏季航行（1 1年冰）年冰）FSICR北极水域夏季航行（北极水域夏季航行（1 1年冰）年冰）服务有限状态水平（冰带区域）服务有限状态水平（冰带区域）CLASS Rules 规范引入了规范引入了FSICRFSICR，不能，不能 覆盖多年冰情况覆盖多年冰情况 缺乏非条件设计思维缺乏非条件设计思维冰规范冰规范 冰载荷冰载荷 板
48、失效的有限状板失效的有限状态态骨材失效的有限状态骨材失效的有限状态FSICR 时常发生的载荷时常发生的载荷 小变形发生小变形发生弯曲下微小变形弯曲下微小变形IACS PC 极端载荷极端载荷塑性破坏塑性破坏在弯曲、剪切作用下坍塌在弯曲、剪切作用下坍塌IACS、FSICR区别区别船级社的极地船舶规范发展与航运公司责任船级社的极地船舶规范发展与航运公司责任各船级社冰区船舶规范不能完全适用于极地船舶的设计各船级社冰区船舶规范不能完全适用于极地船舶的设计规范的发展内容有规范的发展内容有 冰级规范的概念 符合哪些有限状态 失效概率 冰融化的定义与技术要求 船冰碰撞模型 冰载荷 出现概率 冰块大小 冰压于冰
49、面积的关系 结构分析模型板与骨材的弹/塑性力学响应 线性与非线性有限元法 极地应用材料 腐蚀与磨损航运公司应该关心航运公司应该关心 冰区加强的各种技术参数定义 进行将传统的船舶设计经验应用到极地船舶结构可行性评估 实际操作经验对船舶设计的影响极地船舶的研究内容极地船舶的研究内容1 1）国际公约、航道主管机关法定规则、技术标准研究；）国际公约、航道主管机关法定规则、技术标准研究；2 2）极地运输多用途）极地运输多用途船总体设计技术研究；船总体设计技术研究；3 3）冰区航行稳性、快速性和操纵性研究；）冰区航行稳性、快速性和操纵性研究；4 4）极地航）极地航行船冰载荷研究；行船冰载荷研究；5 5）温
50、度场对船体材料的影响研究；）温度场对船体材料的影响研究；6 6）船体强度与设计分）船体强度与设计分析技术研究；析技术研究；7 7）电力推进系统配备研究；）电力推进系统配备研究；8 8）极地运输船舶锚绞机系统开发极地运输船舶锚绞机系统开发；9 9）防冰和除冰措施的研究；）防冰和除冰措施的研究；1010）极地船舶设备保护技术研究；）极地船舶设备保护技术研究；1111）极地环境）极地环境绿色环保技术研究；绿色环保技术研究；1212）建造技术研究。）建造技术研究。极地船舶的概念设计过程极地船舶的概念设计过程不定性与要求有限操作功能的联系方法不定性与要求有限操作功能的联系方法3 3）可再生能源）可再生能
