2016年9月9日,为期4天的第27届汉堡国际海事贸易博览会(以下简称“汉堡海事展”)落下帷幕。始于1963年的汉堡海事展每2年举办一次,经过40余年的发展,已成为全世界船舶和海洋工程业界最有影响力的和技术交流和商业交易盛会之一。今年共有来自66个不同国家超过2200家企业和机构参展,其中,以中国船舶工业集团公司(CSSC)和中国船舶重工集团公司(CSIC)为代表,中国大陆共有16家相关企业和机构出席了此次盛会。

事实上,如此规模的海事展在今天这个世界上并不罕见,上海、东京、新加坡、雅典、迪拜等地均有类似的展会。真正令笔者萌生动笔码字念头的,是出现在汉堡海事展上的中美“联合舰队”。——尽管这并不是军事领域的“联合舰队”,但可视其为世界航运业和造船业格局大洗牌的征兆。

首先是在9月6日汉堡海事展开幕当天,CSSC旗下的沪东中华造船集团有限公司、美国通用电气公司(GE)和美国船级社(ABS)宣布:沪东中华集团与GE联合开发的、以天然气为主燃料的燃气透平联合循环推进(COGES)的17.8万立方米LNG船设计,获得ABS颁发的原则认可证书。

汉堡海事展上的中美“联合舰队”-青年力

沪东中华集团LNG船资料图。此次公开的17.8万立方米LNG船与上图中的17.2万立方米LNG船“巴布亚”号主尺度相当,全长290米,型宽46.95米,但舱容等指标有所提升。

然后是在展会的第二天即9月7日,CSIC旗下的大连船舶重工集团有限公司、美国通用电气公司(GE)和英国劳氏船级社(LR)宣布:大船重工集团与GE联合开发的、以天然气为主燃料的燃气透平联合循环推进(COGES)的2万箱集装箱船设计,获得LR颁发的原则认可证书。

汉堡海事展上的中美“联合舰队”-青年力

大船重工集团微信公众号公布的2万箱COGES集装箱船示意图。其全长399.8米,型宽58.6米,航速22节,实际最多可搭载 20,288个标准集装箱。其燃料以液化天然气(LNG)形式储存在B型舱中。(B型舱是一种以含镍9%的特种钢构成制荡结构和舱壁结构的低温液化气舱室,成本比现在广泛应用的殷瓦钢薄膜型舱低。)

这两个大新闻的共同点是:中国的造船企业与美国的GE合作,推出了以天然气为主燃料的COGES超大型货运船舶!

汉堡海事展上的中美“联合舰队”-青年力

COGES系统示意图。图中1为对外输出功率的发电机(可带动电动机驱动螺旋桨等设备),2为蒸汽涡轮(即透平/turbine),3为冷凝器,4为泵机,5为热交换器(相当于锅炉),6为燃气轮机。

COGES系统的工作原理是:燃气轮机燃烧天然气、驱动发电机对外输出功率,同时产生的高温废气通过热交换器加热冷凝水产生高温高压蒸汽、带动涡轮驱动发电机对外输出功率。

相比于苏俄“光荣”级巡洋舰上的COGAS系统,COGES系统在原理上的不同之处在于:“光荣”级巡洋舰的COGAS系统中,“1”的位置是变速齿轮箱等机械式传动机构,而COGES系统中则以电传系统代替之。

与传统的船用大型低速柴油机动力系统相比,在输出功率相当的条件下,COGES系统优势十分明显:其一是布局紧凑,重量减轻约80%,体积减小约30%,腾出更多载货空间;其二是润滑油消耗可忽略不计,也没有甲烷逃逸,操作和维护保养简单,可大幅降低船舶全生命周期的运营成本;其三是震动较小,对船体结构疲劳影响较小且有利于提高船员舒适度;其四是硫氧化物、氮氧化物排放趋近于零,能满足越来越严格的环保要求。

但是,传统的船用大型低速柴油机动力系统使用的燃料是重油,而这种分子量比沥青还高的燃料最大的优势就是便宜。COGES系统却需要以天然气或分子量很低的轻质油作为燃料,搁在几年前这就比较“烧钱”了。以往的大型货运船舶之中,燃料包括天然气的就只有LNG船:LNG船货舱中的液化天然气在运输过程中会不断地自然蒸发,为了避免这部分蒸发出来的天然气泄露、爆炸,同时也为了废物利用,LNG船上装有特殊的管路系统将其输往锅炉或者柴油机作为燃料。

随着美国页岩气的迅速开发,船用天然气燃料的价格也变得“亲民”,LNG动力开始从LNG船向其它船型扩散,相应地,以LNG为燃料的主机也在被“换血”:曾经只有蒸汽轮机的锅炉可以安全混烧重油和天然气(所以LNG船也是近几十年唯一一种仍在使用蒸汽轮机的民用货运船舶),在可使用重油和天然气的双燃料柴油机技术成熟之后,新建的LNG船普遍开始使用双燃料柴油机作为主机,如今COGES系统也趋于成熟,那么COGES系统也将占据越来越多的市场份额。

除了船用天然气燃料的廉价化和船用主机技术的进步,推动船舶动力LNG化最重要的动力就是越来越严格的环保要求。传统的以重油为燃料的船用柴油机,会排放硫氧化物、氮氧化物等污染物。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)2009年的研究报告表明,海上船舶已经成为严重的大气污染源:当时每年全球海上船舶排放的颗粒污染物总量相当于全球汽车所排放颗粒污染物的50%,全球每年排放的氮氧化物中30%来自于海上船舶。

依照《国际防止船舶造成污染公约》,全球现有波罗地海、北海、北美沿岸、美国加勒比海四大排放控制区。这四大排放区域均是硫排放控制区,其中北海排放控制区和美国加勒比海排放控制区对氮氧化物和碳烟的排放也有要求。最近,波罗的海和北海沿岸国家又提出将波罗的海和北海也纳入氮排放控制区,该提案有望在2021年1月1日起生效。按照这些公约和提案,排放限制区内污染物排放量将削减80%以上。为达到要求,使用柴油机的老船需要花费较大成本增加燃油脱硫脱硝装置。对船东而言,加快老船退役拆解、建造以天然气为燃料的新船可能就成了比较划算的选择。

2015年12月,我国交通运输部印发《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》,首次在我国沿岸海区划定排放控制区,并制订了控制排放的时间表。但仅对硫化物的排放作出明确的限制,其最终期限是2019年1月1日。进入排放控制区的船舶,从2019年1月1日起,必须使用含硫量低于0.5%的燃料。我国何时开始严格控制船舶排放氮氧化物等污染物,笔者也不得而知,但总的趋势必然是环保要求越来越严格。

2008年危机爆发以来,世界航运业和造船业在持续的震荡和不景气中下滑,近年来韩国的航运业和造船业损失尤为惨重。航运巨头韩进倒下了,《华云:陨落的韩进 破碎的韩国“海洋大国梦”》对此有详尽的介绍,笔者就不赘述了。韩进事变本身对韩国造船业的影响并不算太大,相比于本国订单,出口订单才是韩国造船业的命根子。可是,出口形势更不好看:国际油价暴跌让大举进军海洋工程领域的韩国造船业迎来巨亏,2016年上半年韩国造船业接单量又同比下降近9成,大宇之类的巨头也深陷泥潭。

诚然,中国的航运业和造船业日子也不好过,尤其是造船业也不断传来破产倒闭的消息,但“坚持就是胜利”,寒冬中更要抓住产业升级的机会。

随着美国页岩气产业的不断发展和巴拿马运河拓宽工程的完工,美国向亚洲出口液化天然气的额度也有井喷之势。COGES等技术的成熟、液化天然气廉价化、环保要求日益严格、世界经济不景气常态化……诸多因素交织在一起,世界航运业和造船业格局的大洗牌,已经近在眼前。

最后要注明一点:尽管中国企业与美国GE联合推出的COGES船舶中的燃气轮机源自于大名鼎鼎的LM2500家族,但这是纯粹的民用商业项目、不带有任何军事意义,打了引号的“联合舰队”也纯粹只是个修辞。笔者也祝愿中国能够早日开发出以国产燃气轮机为核心的民用商业COGES系统。

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