2017年9月，中國(guó)極地科考船“雪龍”號(hào)成功從北美大陸東側(cè)的戴維斯海峽，抵達(dá)位于北美洲西北部的波弗特海，完成中國(guó)船舶首次穿越北極西北航道的任務(wù)，獲取了該區(qū)域的第一手海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料，為中國(guó)商船未來(lái)航行北極西北航道創(chuàng)造了條件。在此之前，中國(guó)船舶曾多次通過(guò)北極東北航線來(lái)往于中歐港口運(yùn)輸貨物。
近年來(lái)，隨著全球變暖，北極的通航時(shí)間甚至延長(zhǎng)到了4~5個(gè)月，北極航道成為新的“大西洋—太平洋”中心航線變得可能。此外，北冰洋海底蘊(yùn)藏著豐富的石油、煤炭、天然氣、可燃冰等資源，因此，北極航線不僅是一條貿(mào)易航線，更可能是一條繁忙的資源與能源運(yùn)輸線。在這一背景下，極地船舶的研制成為船舶市場(chǎng)上的一大亮點(diǎn)。
極地船舶市場(chǎng)大有可為
自1997年芬蘭一艘商船首次試水北極東北航道以來(lái)，穿越這條航道的商船逐年增多，北極航道作為連接亞歐交通新干線的雛形已經(jīng)顯現(xiàn)。2010年，經(jīng)北極航線的貨船僅有4艘；2012年，這個(gè)數(shù)字已增加到46艘；2013年，俄羅斯東北航道管理部門(mén)批準(zhǔn)了393艘貨船通航。
業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，北極航道的商用化可能在2030年左右實(shí)現(xiàn)。而根據(jù)挪威船東協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年，經(jīng)北冰洋的貨物運(yùn)輸量將增至5000萬(wàn)噸。更有專家認(rèn)為，隨著氣候變暖，北極航線到2020年通航時(shí)間將達(dá)到6個(gè)月；2030年后，可能實(shí)現(xiàn)全年通航。
正是看到北極航道未來(lái)的美好前景，我國(guó)在這方面進(jìn)行了積極嘗試。2013年9月，原中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸（集團(tuán)）總公司的“永盛”號(hào)貨船從中國(guó)太倉(cāng)出發(fā)，經(jīng)過(guò)北極東北航道到達(dá)荷蘭鹿特丹港。其航程7800多海里，比經(jīng)馬六甲海峽、蘇伊士運(yùn)河的傳統(tǒng)航線縮短2800多海里，航行時(shí)間縮短9天。“永盛”號(hào)成為第一艘經(jīng)過(guò)北極東北航道完成亞歐航線的中國(guó)商船。2015年，“永盛”號(hào)又經(jīng)過(guò)北極東北航道成功往返中歐。2017年9月，中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司的“蓮花松”號(hào)貨船自連云港起航到達(dá)俄羅斯圣彼得堡港，標(biāo)志著中國(guó)遠(yuǎn)洋海運(yùn)集團(tuán)有限公司實(shí)現(xiàn)北極常態(tài)化航行。2017年，“雪龍”號(hào)穿行北極西北航道，更是為中國(guó)商船未來(lái)在北極西北航道航行積累了經(jīng)驗(yàn)。
中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所高級(jí)工程師李源表示，北極對(duì)于商業(yè)市場(chǎng)的吸引力主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是航道。利用北極航道，可顯著減少亞洲和歐洲、亞洲和美洲間的航程，如取道北極東北航道，上海港至鹿特丹港的理論航行時(shí)間可從30天縮減至14天。二是資源。北極油氣資源儲(chǔ)量可觀，美國(guó)地質(zhì)勘探局2008年的調(diào)查結(jié)果表明，北極的石油和天然氣資源儲(chǔ)量占全球未發(fā)現(xiàn)石油和天然氣儲(chǔ)量的比例分別為13%和30%。據(jù)了解，2016年全面鋪開(kāi)的亞馬爾液化天然氣（LNG）項(xiàng)目就是處于北極地區(qū)的大型能源項(xiàng)目，已探明1.3萬(wàn)億立方米天然氣和6018.4萬(wàn)噸凝析油的油氣儲(chǔ)量，預(yù)計(jì)于2019年全面投產(chǎn)，每年可生產(chǎn)1650萬(wàn)噸液化天然氣、100萬(wàn)噸凝析油。
李源表示，從短期來(lái)看，航行于北極航道的商船主要是以運(yùn)送能源的液貨船為主，還有少量的雜貨船。“估計(jì)船東從成本角度考慮，航行于北極航道還不具備經(jīng)濟(jì)性。”她說(shuō)，極地船舶的建造成本高于普通船舶，而且冰級(jí)符號(hào)為PC6和PC7級(jí)的極地船舶仍然只能在夏季/秋季通航北極，這樣測(cè)算下來(lái)，航行時(shí)間的縮短可能不足以抵消建造成本的上升以及在北極航行的安全風(fēng)險(xiǎn)。油氣資源開(kāi)發(fā)方面，目前極地油氣的開(kāi)采成本很高，據(jù)估算在75~80美元/桶，而現(xiàn)今的國(guó)際油價(jià)在50美元/桶左右，這樣的市場(chǎng)環(huán)境難以支撐北極油氣的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。“但從中長(zhǎng)期來(lái)看，隨著北極冰蓋的逐年消融，未來(lái)北極的航道利用和資源開(kāi)發(fā)必定日漸增多，對(duì)極地船舶的需求量也會(huì)越來(lái)越大。此外，北極地區(qū)特殊的氣候環(huán)境和地理位置決定了它不僅對(duì)環(huán)北極國(guó)家而言是戰(zhàn)略要地，對(duì)非北極國(guó)家而言也同樣具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值，因此提前做好北極相關(guān)裝備和技術(shù)儲(chǔ)備是很有必要的。”李源說(shuō)。
許多業(yè)內(nèi)人士有類似的看法。中國(guó)船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)研究中心分析師孫超也認(rèn)為，短期來(lái)看，極地油氣項(xiàng)目面臨開(kāi)發(fā)技術(shù)難度較大和收益較低的問(wèn)題，同時(shí)市場(chǎng)過(guò)剩運(yùn)力較多，極地船舶新船需求相對(duì)有限。但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，極地油氣資源豐富，同時(shí)，極地航線具有明顯的運(yùn)輸時(shí)間成本優(yōu)勢(shì)，極地船舶需求增長(zhǎng)空間廣闊；此外，目前在營(yíng)極地船舶老齡化趨勢(shì)嚴(yán)重，未來(lái)存在較為迫切的更新需求。總的來(lái)說(shuō)，極地船舶市場(chǎng)前景樂(lè)觀，大有可為。
極地船舶研制誰(shuí)執(zhí)牛耳
從目前北極航道的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，集裝箱、能源與干雜貨將成為未來(lái)經(jīng)北極航道運(yùn)輸?shù)淖钪饕浳?，多用途船、集裝箱船、油船、LNG船將成為未來(lái)極地海域內(nèi)的四大主力船型。
李源介紹說(shuō)，國(guó)際海事組織（IMO）制定的《極地規(guī)則》已于2017年1月1日正式實(shí)施，該規(guī)則將PC7級(jí)以上的船舶稱為極地船舶。極地船舶按照功能、用途可分為科考、旅游、運(yùn)輸、資源開(kāi)發(fā)以及保障與防務(wù)等5類。按照《極地規(guī)則》的破冰船等級(jí)來(lái)劃分，從PC1至PC7，共有7種不同等級(jí)的極地船舶，其中PC6和PC7級(jí)船舶可在夏季/秋季在極地航行，PC5級(jí)以上船舶可全年在極地航行，PC1級(jí)船舶破冰能力最強(qiáng)，連續(xù)破冰厚度可達(dá)到3米。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至目前，全球共有2833艘極地船舶在役或在建，但80%以上僅滿足最低冰級(jí)要求，即PC7級(jí)，共2322艘，PC6級(jí)283艘，PC5級(jí)以上228艘。相對(duì)而言，PC5級(jí)以上極地船舶的設(shè)計(jì)和建造難度較高。孫超表示，與常規(guī)船型相比，極地船舶的設(shè)計(jì)技術(shù)要求有所不同，主要包括以下方面：結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；型線設(shè)計(jì)調(diào)整，如球鼻艏的取消；滿足極地環(huán)境設(shè)計(jì)溫度降低要求；舵、主機(jī)等設(shè)備或系統(tǒng)存在特定設(shè)計(jì)要求；要求涂玻璃鱗片加強(qiáng)型的防銹漆等。
韓國(guó)和中國(guó)是極地船舶的主要建造國(guó)家。李源表示，從高冰級(jí)船舶的建造情況來(lái)看，韓國(guó)實(shí)力最強(qiáng)，其承接的PC5級(jí)以上的極地船舶占全球總量的60%左右（以載重噸計(jì)），但船舶數(shù)量并不多，共16艘，其中包括韓國(guó)大宇造船海洋2013年一次性承接的俄羅斯亞馬爾項(xiàng)目15艘PC3級(jí)17萬(wàn)立方米LNG船訂單，價(jià)值50億美元。中國(guó)在極地船舶建造方面的實(shí)力也不可小覷，共承接了13艘高冰級(jí)極地船舶訂單，如廣船國(guó)際有限公司為俄羅斯亞馬爾項(xiàng)目建造的PC3級(jí)極地重載甲板運(yùn)輸船、PC3級(jí)極地凝析油船等。此外，芬蘭、俄羅斯等環(huán)北極國(guó)家雖然很少建造大型極地商船，但破冰船、拖船等極地保障船舶的建造實(shí)力非常雄厚。
有數(shù)據(jù)顯示，全球承接建造極地船舶的造船企業(yè)為韓國(guó)的大宇造船海洋、現(xiàn)代重工、三星重工，中國(guó)的廣船國(guó)際、中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司、中船黃埔文沖船舶有限公司、中航鼎恒造船有限公司、金海智造股份有限公司、中船澄西船舶修造有限公司、泰州三福船舶工程有限公司，芬蘭的Arctech Helsinki船廠，俄羅斯的Zvezda船廠等。孫超表示，我國(guó)造船企業(yè)的極地船舶建造技術(shù)水平日益提升，同時(shí)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域與全球先進(jìn)水平的差距也在不斷縮小。截至2017年10月底，全球共手持極地船舶訂單133艘。我國(guó)手持極地船舶訂單為58艘，全球占比達(dá)到44%，在中小型極地船舶領(lǐng)域，我國(guó)更是占據(jù)了“大半壁江山”。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，我國(guó)在極地商船和部分高冰級(jí)極地船舶建造方面已取得突出成績(jī)，但由于我國(guó)國(guó)內(nèi)破冰船的需求不強(qiáng)，破冰船等高冰級(jí)船舶的技術(shù)發(fā)展較慢，基礎(chǔ)科研設(shè)計(jì)力量相對(duì)薄弱，目前世界上設(shè)計(jì)和建造破冰船能力較強(qiáng)的國(guó)家主要有俄羅斯、芬蘭、瑞典、德國(guó)、美國(guó)、挪威、丹麥、加拿大等。但這一狀況正在逐漸改變。2016年12月，中國(guó)首艘自主建造極地科考破冰船在江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司開(kāi)工。該船具有很強(qiáng)的破冰能力，能在1.5米厚度冰、0.2米厚度雪的海況下，以2~3節(jié)航速連續(xù)破冰行駛，建成后將結(jié)束多年來(lái)我國(guó)南北極考察“雪龍”號(hào)單船作戰(zhàn)的歷史。
業(yè)內(nèi)人士還指出，極地LNG船的建造應(yīng)得到我國(guó)更多的重視。據(jù)了解，俄羅斯出口到日本、韓國(guó)以及東南亞市場(chǎng)的石油和天然氣選擇走北極航道的可能性很大。以東北航道為例，目前能源運(yùn)輸已占據(jù)其貨品運(yùn)輸總量的70%，未來(lái)北極航道天然氣運(yùn)輸市場(chǎng)的前景非常可觀，極地LNG船的需求也必將增多。業(yè)內(nèi)人士建議，我國(guó)造船業(yè)應(yīng)高度重視對(duì)北極航道的研究，加大對(duì)高冰級(jí)極地船舶和極地LNG船的研發(fā)力度，不僅為我國(guó)在北極地區(qū)“破冰前行”提供裝備保障，而且逐步在極地船舶市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。
極地船舶配套不拖后腿
與普通船舶相比，極地船舶無(wú)論是在鋼板等船體材料，還是動(dòng)力裝置、導(dǎo)航系統(tǒng)、系泊設(shè)備、甲板機(jī)械、電器等配套設(shè)備方面都具有特殊性，再加上北極是一個(gè)生態(tài)環(huán)境十分脆弱的區(qū)域，極地船舶在環(huán)保方面的性能至關(guān)重要，這都對(duì)極地船舶配套設(shè)備的研制提出了較高的要求。李源表示，極地船舶所使用的鋼板需要滿足極地低溫環(huán)境條件要求；結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊的加強(qiáng)；甲板機(jī)械等需要進(jìn)行冬化防凍處理；動(dòng)力及推進(jìn)系統(tǒng)，尤其是輪機(jī)裝置和液壓系統(tǒng)應(yīng)能在低溫下正常運(yùn)行，應(yīng)急柴油機(jī)能夠低溫起動(dòng)；水管和水箱必須有防凍措施；導(dǎo)航系統(tǒng)需避免失效等。因此，極地船舶的設(shè)備必須進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)、制造才能安全可靠地在低溫條件下使用。
極地船舶特別是極地破冰船對(duì)鋼材的要求極高，由于冰層接觸線以下的船體部分必須承受冰層的反復(fù)撞擊，因此所用鋼材必須具備足夠的低溫韌性、強(qiáng)度、可焊接性、疲勞強(qiáng)度等。在極地船舶低溫鋼研制方面，俄羅斯、日本、韓國(guó)、芬蘭等國(guó)走在前面，但我國(guó)也已完全具備自主研發(fā)極地船舶用低溫鋼的裝備條件與技術(shù)能力，并在優(yōu)異低溫韌性超高強(qiáng)級(jí)海工鋼的研制方面取得顯著成果。目前，上海海事大學(xué)與寶山鋼鐵股份有限公司共建的“海洋極端環(huán)境鋼鐵材料制備與蝕損控制”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)并首次批量生產(chǎn)的20噸極地特種低溫鋼已用于 “雪龍”號(hào)的內(nèi)部改造，改造后的“雪龍”號(hào)于2017年11月8日奔赴南極，開(kāi)啟第34次南極科學(xué)考察。此次跟隨“雪龍”號(hào)一同上船的還有該聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的一些特種鋼樣品，它們被焊在甲板等處進(jìn)行隨船試驗(yàn)。未來(lái)，這些特種鋼或?qū)⒂糜谖覈?guó)新建的極地科考破冰船上。上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院教授尹衍升表示，中國(guó)極低溫船舶用鋼材料在關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)制造及工程應(yīng)用上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)重大突破，將為建造更多的極地航行船舶提供物質(zhì)材料保障。
由于極地環(huán)境十分嚴(yán)酷，極地航行船舶所裝備的甲板機(jī)械也具有特殊性。中國(guó)船舶重工經(jīng)濟(jì)研究中心高級(jí)分析師曹林介紹說(shuō)，極地船舶甲板機(jī)械，特別是安裝在露天甲板面上的錨絞機(jī)、克令吊等需面對(duì)眾多問(wèn)題，如冰雪帶來(lái)的附加載荷；結(jié)構(gòu)件因材料的低溫脆性而損壞；鑄鋼（鐵）件出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象；鋼絲繩因低溫出現(xiàn)凍硬，難于纏繞甚至斷股；工作液凝結(jié)；橡膠密封件脆化、失效；電氣線路出現(xiàn)硬化、脆化現(xiàn)象等。因此，極地船舶甲板機(jī)械的研制必須充分考慮對(duì)極地環(huán)境的適應(yīng)性，在低溫起動(dòng)、密封、傳動(dòng)及潤(rùn)滑等方面進(jìn)行更多攻關(guān)。據(jù)了解，全球極地船舶甲板機(jī)械市場(chǎng)主要由少數(shù)幾家船配業(yè)巨頭占據(jù)。如挪威甲板機(jī)械生產(chǎn)商Pusnes公司、英國(guó)著名船舶產(chǎn)品配套商羅爾斯·羅伊斯公司等。近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)集中力量開(kāi)展項(xiàng)目研發(fā)，在極地甲板機(jī)械及核心部件關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得突破，基本掌握了極地船舶錨絞機(jī)、克令吊以及其包含的液壓馬達(dá)、泵、閥、電控系統(tǒng)等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)技術(shù)，打破了國(guó)外壟斷。
