隨著近年技術(shù)革新的飛速發(fā)展怒详，人們不禁對未來充滿期望。到2020年我們將會擁有并實(shí)現(xiàn)怎樣的先進(jìn)技術(shù)名党？DNV的研究部門曾對包含造船帝际、海運(yùn)等多個工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行了針對未來技術(shù)革新的調(diào)查研究，并編輯出版了名為《Technology Outlook》的手冊涮拗，介紹了未來的新技術(shù)及發(fā)展動向乾戏。上一本《Technology Outlook 2015》出版于2008年，DNV在其中展望了2015年的技術(shù)和發(fā)展動向三热。而2011年DNV又出版了《Technology Outlook 2020》鼓择，在造船、海運(yùn)就漾、燃料/再生能源呐能、核能、發(fā)電系統(tǒng)等多種工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)查研究，介紹了面向2020年受人矚目的新技術(shù)摆出。從中我們選擇了與環(huán)保造船有關(guān)的技術(shù)進(jìn)行聚焦朗徊，來展望一下DNV所描繪的未來節(jié)能船舶技術(shù)。
一偎漫、減少能源損失相關(guān)技術(shù)
1.1 ?空氣潤滑法
減少船體阻力可以看做是改善能源效率的有效手段之一爷恳。自興波阻力被控制在最小限度的一些新船型被開發(fā)出來后，可減少船體摩擦阻力的技術(shù)研究開始顯得尤為重要象踊∥虑祝空氣潤滑法便是一個能夠在船底與海水之間使用空氣進(jìn)行潤滑以減少船體摩擦阻力的新技術(shù)。
目前全球利用空氣潤滑法的系統(tǒng)有2種模式通危。一種是由船底開設(shè)的許多氣孔噴出空氣铸豁，形成空氣層來減少船底與海水的摩擦阻力灌曙。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于控制空氣的噴量以達(dá)到在船底形成穩(wěn)定的空氣泡層的效果菊碟。
第二種是船底留有大塊凹陷區(qū)域，從中送入壓縮空氣在刺，形成空氣膜來減少船底阻力逆害。這個模式的關(guān)鍵在于如何維持空氣膜的穩(wěn)定存在，因?yàn)樵诓环€(wěn)定的情況下無法發(fā)揮應(yīng)有的降阻效果蚣驼。
至于該系統(tǒng)是否會對螺旋槳性能帶來不好的影響是今后需要繼續(xù)研究的課題魄幕，不過兩個方式都可以減少10%~20%的船底摩擦阻力，最終達(dá)到減少10%油耗的結(jié)果颖杏。
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1.2 ?復(fù)合材料
使用復(fù)合材料建造船體可減少船體重量纯陨，削減燃油消耗，同時還可減少有害氣體及溫室氣體的排放留储。比如纖維增強(qiáng)塑料翼抠，鋁，鈦等輕型材料已作為小型船舶的建材所使用获讳，而纖維和金屬復(fù)合的材料作為未來船舶的輕型材料受人矚目阴颖。
纖維和金屬復(fù)合材料是由金屬薄板和聚合物層積體相互交疊形成的材料，它同時擁有耐沖擊性丐膝、耐磨損性等金屬材料的特質(zhì)量愧，以及高強(qiáng)度、耐疲勞性帅矗、耐腐蝕性等復(fù)合材料的性質(zhì)偎肃。金屬薄板可采用鋁合金板或者鋼板，聚合物的主要材料則可用碳纖維或者玻璃纖維來強(qiáng)化浑此。這些材料目前廣泛用于航空航天產(chǎn)業(yè)累颂，可以考慮將其中的一部分用于特殊船舶的建造。對于普通商船來說將來也有可能使用尤勋，不過其價格十分高昂喘落，推廣普及或許要到2020年以后茵宪。材料成本方面，制造技術(shù)瘦棋、回收利用技術(shù)稀火、防火性等方面的改善將是今后的課題。
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1.3 ?混合推進(jìn)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)是2沖程主機(jī)與推進(jìn)軸直接連接赌朋，通過常規(guī)螺旋槳推進(jìn)凰狞，整套系統(tǒng)的效率設(shè)計(jì)都是為了達(dá)到期望航速而服務(wù)，而在設(shè)計(jì)范圍之外的場合無法發(fā)揮全部性能沛慢。
混合推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將傳統(tǒng)軸螺旋槳推進(jìn)與吊艙推進(jìn)器組合赡若，可改善上述推進(jìn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。例如团甲，將吊艙推進(jìn)螺旋槳安置于調(diào)距螺旋槳后方并反轉(zhuǎn)逾冬，亦或者在船體中心線以上安裝主軸螺旋槳，其兩側(cè)安裝操舵式吊艙推進(jìn)螺旋槳躺苦。如果采用這樣的混合推進(jìn)系統(tǒng)身腻，可增加推進(jìn)性能，獲得更好的有效速率匹厘，以達(dá)到高效航行的目的嘀趟。如果再擁有最適船型設(shè)計(jì)，可減少最多10%的燃料消耗愈诚。當(dāng)然增設(shè)吊艙推進(jìn)器所帶來的成本增加她按，以及設(shè)計(jì)費(fèi)用的增加仍是一個問題，但這無法阻擋混合推進(jìn)系統(tǒng)成為將來節(jié)能技術(shù)的一大亮點(diǎn)炕柔。
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1.4 ?無壓載水船舶
無壓載水船舶的理念久為人知酌泰，不過至今為止一直未能實(shí)現(xiàn)實(shí)船建造。但是隨著船舶氣體排放規(guī)則的日趨嚴(yán)格汗唱，以及壓載水管理?xiàng)l約的強(qiáng)制執(zhí)行漸漸臨近宫莱，無壓載水船舶漸漸成為一個受人矚目的環(huán)保技術(shù)。
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無壓載水船舶在水面以下的船體形狀近似倒三角哩罪，這種構(gòu)造使得即使不搭載壓載水授霸，也可保證足夠的吃水和復(fù)原性。但是想要維持與常規(guī)船舶一樣的排水量和載貨量的話际插，無論如何船體的總長和總寬都要擴(kuò)大碘耳。同時，根據(jù)載貨狀態(tài)的變化框弛，會產(chǎn)生船首船尾的平衡性問題辛辨。考慮到實(shí)際情況，為了保證載貨的自由斗搞，在船首和船尾各設(shè)立1個調(diào)整平衡用的壓載水艙是比較好的解決方式指攒。
根據(jù)壓載水管理?xiàng)l約，如使用壓載水僻焚，船上必須安裝有壓載水處理裝置允悦，不過與常規(guī)船舶相比選擇一個容量較小的處理設(shè)備亦可，處理裝置的小型化減少了整體重量虑啤，減少了電力消耗隙弛，這些都可使得燃費(fèi)得以削減。
當(dāng)然伴隨著船體的大型化狞山，建造設(shè)備也需要擴(kuò)張全闷，特別是獨(dú)特的斷面形狀使得目前的建造方法和建造標(biāo)準(zhǔn)需要重新構(gòu)建，這些仍是有待突破的課題萍启，想必在2020年無壓載水船舶將是高價型船舶总珠。
二、尋求更清潔的替代能源
隨著NOx伊约、SOx以及PM等排放規(guī)則的日益嚴(yán)苛姚淆，在不遠(yuǎn)的將來或許會推出對二氧化碳排放的限制規(guī)則孕蝉÷怕桑基于這種背景下，以LNG降淮、生物燃料為首的清潔能源倍受重視超埋，而風(fēng)力、核能等能源的利用也正在被考慮佳鳖。今后隨著石油價格的進(jìn)一步高企霍殴，船舶領(lǐng)域的燃料從傳統(tǒng)石油逐漸轉(zhuǎn)向清潔能源的速度將更快。
2.1 ?LNG
使用LNG作為燃料的主機(jī)不會排放SOx和PM系吩。并且采用稀薄燃燒方式的4沖程燃?xì)廨啓C(jī)比傳統(tǒng)柴油機(jī)能夠減少90%的NOx排放量来庭。當(dāng)然如果大型商船改用2沖程的低速主機(jī)，減少的NOX排放量與燃?xì)廨啓C(jī)差別不大穿挨，但是后者更能符合日后的排放規(guī)則月弛。
采用LNG燃料，比起傳統(tǒng)的石油燃料能減少25%的二氧化碳排放量科盛。但是帽衙，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的型號不同，LNG中的甲烷無法在主機(jī)內(nèi)完全燃燒而造成殘留氣體排入大氣是一個無法忽視的問題贞绵。如果不完全燃燒的殘留甲烷排放量較多的話厉萝，最終會稀釋了減少二氧化碳排放控制溫室效應(yīng)的成果。
燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)常作為陸上發(fā)電設(shè)備使用，已取得良好的效果谴垫，船用燃?xì)廨啓C(jī)的開發(fā)也在繼續(xù)發(fā)展章母。在LNG用于船舶燃料的研究課題方面重點(diǎn)在于如何有效率的配置燃料艙。要儲存LNG必須先進(jìn)行極低溫冷卻后液化翩剪，與常規(guī)的柴油燃料相比胳施，燃料艙的容積需要大2~3倍。并且燃料艙造價較高肢专，因此LNG燃料船的新船造價要比常規(guī)船高10%~20%舞肆。而LNG的燃料補(bǔ)給站目前只在北歐地區(qū)有所展開，地域限制較高博杖，今后應(yīng)將更多的建造LNG補(bǔ)給站椿胯。
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當(dāng)然LNG的價格與石油價格一樣會有波動，不過在今后10年內(nèi)剃根，在ECA區(qū)航行的短途船舶將會誕生不少LNG燃料船哩盲。
2.2 ?風(fēng) ?箏
目前還有一型采用風(fēng)箏獲取風(fēng)力推進(jìn)的船舶十分醒目。該系統(tǒng)十分簡單狈醉，僅由風(fēng)箏廉油、控制纜線、固定系船索組成苗傅。投入商業(yè)化運(yùn)營的風(fēng)箏船舶抒线，風(fēng)箏面積在160~300m2左右，在蒲福風(fēng)級3~8級時可保持在100~420 m高度渣慕。船內(nèi)的自動控制系統(tǒng)可控制風(fēng)箏發(fā)揮最大的性能嘶炭，根據(jù)船速和風(fēng)力高低，最大可產(chǎn)生2000 kW的推進(jìn)動力逊桦。
船舶在裝備風(fēng)箏推進(jìn)系統(tǒng)時需要注意的是眨猎，設(shè)計(jì)時不要讓裝載物和煙囪等甲板上的構(gòu)造物影響到風(fēng)箏作業(yè)。
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2.3 ?生物燃料
生物燃料作為一種可再生能源强经，可以削減二氧化碳的排放睡陪。如果采用生物燃料，雖然會增加些許NOx的排放量匿情，但是SOx和PM的減排效果十分卓越兰迫。目前的柴油主機(jī)可以使用生物燃料與柴油混合的燃料，甚至植物油也有望成為船舶的燃料码秉。生物燃料的普及與否逮矛，受到其價格、獎勵制度以及流通量的影響转砖，目前還存在的一些問題或許到2020年可以得到解決须鼎。
2.4 ?核 ?能
核能設(shè)備在工作中不排放NOx鲸伴、SOx和其他會產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體。而使用核能的推進(jìn)系統(tǒng)已廣泛用于各國的軍艦上晋控，不過尚無使用核能的商船誕生汞窗。
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如果將來能建造核能的商船，可以考慮使用低濃縮鈾赡译。以陸地上所使用的反應(yīng)堆為原型設(shè)計(jì)的小型核反應(yīng)堆可以提供媲美于大型柴油主機(jī)的25 MW功率仲吏。比如美國Hyperion公司開發(fā)了一型小型核反應(yīng)堆，燃料壽命在10年以上蝌焚，價格則為200萬美元裹唆。
核能在核燃料的分裂、擴(kuò)散控制只洒、分解许帐、放射性廢料的處理、建造成本以及來自社會的理解等方面還有很多問題有待解決毕谴。而對核能設(shè)備需要進(jìn)行廣泛持久的實(shí)證試驗(yàn)成畦，要在2020年就投入商用成為商船的主力推進(jìn)系統(tǒng)或許還很難，需要各國政府的支持涝开。
三循帐、電力推進(jìn)
3.1 ?混合供電系統(tǒng)
采用了結(jié)合多種發(fā)電方法的混合型供電系統(tǒng)的電力推進(jìn)船，是高效環(huán)保的船舶舀武。如果是采用單一發(fā)電方式的推進(jìn)系統(tǒng)拄养，在滿足設(shè)計(jì)條件范圍內(nèi)運(yùn)行時可以發(fā)揮最高的效率，但是當(dāng)發(fā)電量和供電量有所變動奕剃，就會影響到發(fā)電效率衷旅。如果能夠搭載混合型供電系統(tǒng)，可以根據(jù)情況彈性供電纵朋，提高能源效率。
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到2020年茄袖，或許會出現(xiàn)這樣的電力推進(jìn)船操软，它的供電系統(tǒng)會從常規(guī)的電動機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)展到超導(dǎo)體電動機(jī)宪祥、發(fā)電機(jī)聂薪，甚至燃料電池、蓄電池組合而成的混合供電系統(tǒng)蝗羊。另外對電力推進(jìn)船來說藏澳，除了這些能源外，還可有太陽光發(fā)電以及風(fēng)車發(fā)電等可再生能源的組合供電系統(tǒng)耀找。
同時還有一些課題有待攻破翔悠，比如復(fù)雜的系統(tǒng)控制业崖、日常維護(hù)負(fù)擔(dān)增加、如何最佳配置系統(tǒng)以及設(shè)備的輕量化蓄愁。
3.2 ?船用燃料電池
所謂燃料電池双炕，就是將從化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的能源直接轉(zhuǎn)化為電力使用，其最大轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80%（氫燃料）撮抓。天然氣妇斤、生物氣體、甲醇丹拯、乙醇柴油站超、氫氣等都可以作為燃料。其中LNG燃料電池與常規(guī)柴油主機(jī)相比乖酬，每kW可減少50%的二氧化碳排放量顷编。
目前，300 kW級的船用燃料電池原型正在開發(fā)中剑刑。燃料電池所面臨的問題在于成本媳纬、重量和大小、使用壽命施掏、載荷變動時的聯(lián)動性等钮惠。到2020年如能克服這些困難，燃料電池或可將實(shí)用化七芭。
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3.3 ?蓄電池
蓄電池可儲存能量素挽，在必要的時侯提供動力。如果在供電系統(tǒng)中準(zhǔn)備足夠的蓄電池狸驳，可以保證無間斷的穩(wěn)定供電预明。比如在發(fā)生急劇的載荷變化而燃料電池還未跟上這一變化時，蓄電池可幫助補(bǔ)充斷檔時的電力供應(yīng)耙箍。另外如果采用蓄電池提供載荷變動時的銜接供電撰糠，可以使雙燃料主機(jī)以最佳的效率運(yùn)轉(zhuǎn)，并且抑制載荷變動時產(chǎn)生的過剩廢氣排放辩昆。在前文所介紹的混合供電系統(tǒng)中阅酪，為了在載荷變動時發(fā)揮最高效率，在電力供應(yīng)系統(tǒng)中加入蓄電池是十分有效的手段汁针。
到2020年术辐，預(yù)計(jì)可開發(fā)出400 kw，峰值4000 kw施无，重量在2~4 t辉词，容積1m3的電源組猾骡。
3.4 ?超導(dǎo)體
常規(guī)的發(fā)電機(jī)敷搪、變壓器等電力設(shè)備由于電阻的存在，總是會有能量損失隘蝎。超導(dǎo)體在-160℃的環(huán)境下為零電阻，超導(dǎo)體電線所傳導(dǎo)的電流是同規(guī)格的銅制電線的150倍嘱么。如果采用超導(dǎo)體則發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備可大大減小體積規(guī)格，并且還可期待使用超導(dǎo)線圈的能源儲存設(shè)備技術(shù)發(fā)展曼振。
但是如果要使用超導(dǎo)體材料，需要在液氮等超低溫環(huán)境下以及采用屏蔽罩裝置冰评，如果沒有這些條件超導(dǎo)體無法保存映胁。如何在超低溫環(huán)境下保證設(shè)備的穩(wěn)定性將是超導(dǎo)體船舶在設(shè)計(jì)上需要攻破的課題嘱丢。
2009年美國海軍成功進(jìn)行了36500 kW的超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)的試驗(yàn)侣诺。
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3.5 ?船舶岸電供電系統(tǒng)
一般船舶燃料的年消費(fèi)量中5%是在港口停泊時消耗的戏蔑。在人口密集的港口停靠時妖枚，船舶發(fā)電機(jī)中排放的廢氣對環(huán)境和人類的健康有無法忽視的影響。如果船舶岸電供電系統(tǒng)能夠普及的話绝页，將消除船舶廢氣排放對港口周邊環(huán)境和人類健康的損害荠商。
到2020年续誉，陸地與船舶之間的充電插口或許將標(biāo)準(zhǔn)化莱没，不僅新造船舶，現(xiàn)有船舶也將統(tǒng)一配備屈芜。這個接口可將岸上的供電電壓轉(zhuǎn)化成船舶內(nèi)的供電電壓郊愧，使船舶可自由的在世界各個港口的岸上充電設(shè)備獲取電力。
為港口配備岸上供電系統(tǒng)將是今后有待突破的課題井佑。下圖為CrossTree公司提出的岸電供電系統(tǒng)方案。
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四眠寿、信息化航海技術(shù)
所謂信息化航海技術(shù)躬翁，是指將船舶的精確方位數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)盯拱、各類測算數(shù)據(jù)盒发、船舶性能數(shù)據(jù)等融合一體例嘱，將電子海圖打造成船內(nèi)信息集成平臺的技術(shù)。電子海圖系統(tǒng)將從其他設(shè)備上收集信息宁舰，比如安保信息和危險航道信息拼卵、出入港口及天氣等，集成為航海計(jì)劃蛮艰，統(tǒng)一顯示在一個屏幕上腋腮。這樣一來，可以降低事故發(fā)生頻率壤蚜，使船舶航行在最安全即寡、最經(jīng)濟(jì)的航道上。
4.1 ?電子海圖信息顯示設(shè)備
觸礁不光對船舶本身有巨大的傷害袜刷，更有可能發(fā)生死亡或者漏油等重大事故聪富，十分遺憾的是這樣的重大事故時有發(fā)生。如果船上安裝了電子海圖信息顯示設(shè)備（ECDIS）著蟹，可以減少30%的觸礁或擱淺事故墩蔓。因此IMO規(guī)定了到2020年所有的船舶都要安裝ECDIS。
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ECDIS整合了船舶氣象定線萧豆、海盜預(yù)警奸披、冰山識別、浮游生物警報等系統(tǒng)為一體炕横，可以說是支援系統(tǒng)的集成平臺源内。并且，除了以上航海時不可缺少的支援系統(tǒng)外份殿，ECDIS還結(jié)合了出入港口膜钓、通關(guān)手續(xù)辦理系統(tǒng)，可以說ECDIS是信息化航海技術(shù)中的核心卿嘲。
4.2 ?船舶氣象定線系統(tǒng)
現(xiàn)有的只考慮天氣的航線計(jì)劃颂斜，重點(diǎn)都在規(guī)避惡劣氣候，安全航行上拾枣。但是船舶氣象定線系統(tǒng)沒有被局限于對氣候的把握沃疮，它還可在燃油消耗量梅肤，船舶到港時間，工作人員乃至乘客的乘船體驗(yàn)俊啼，船體的疲勞強(qiáng)度等方面對航線進(jìn)行最適宜的制定左医，以船舶的性能同木、風(fēng)向跛十、波浪、潮流等的變動信息為基礎(chǔ)進(jìn)行風(fēng)險審計(jì)洲尊，指示一條最合適的航線颊郎。到2020年或許船舶氣象定線系統(tǒng)還可擁有自主學(xué)習(xí)功能霎苗，成為一個高精度的支援系統(tǒng)。
目前信息化航海技術(shù)大都用于行業(yè)中處于金字塔頂端的少數(shù)船隊(duì)中唁盏，到2020年或許可以全面普及厘擂，使得所有船隊(duì)均可運(yùn)用。
五昂灵、結(jié) ?語
以上《Technology Outlook 2020》所提到的技術(shù)中已有部分實(shí)裝投入使用舞萄，另有一些技術(shù)也已在研究開發(fā)中〕怕荩或許到了2020年我們將見到更環(huán)保更先進(jìn)的綠色船舶甘晤，但在此之前持續(xù)發(fā)展先進(jìn)技術(shù)的腳步不能停歇饲做，只有擁有更廣闊的視野，更多的去了解各個工業(yè)領(lǐng)域的前沿技術(shù)酌伊，用超前的眼光和意識進(jìn)行技術(shù)革新缀踪，才會有更好的明天。
