新型动力装置将助力北极航道商业化运营

2017年国际海事组织极地航行船舶安全规则的生效让北极航道的开通成为了全球航运业关注的焦点。

从地理位置上来看，与经马六甲海峡、苏伊士运河、直布罗陀海峡的传统东西方航道相比，船舶经北冰洋航行到达欧洲或美洲，总航程大约6700海里，耗时约22天，平均航程缩短了近3000海里，航行时间有望缩短9～10天，理论上不仅能够为船东和货主节约不菲的燃料开销，还能从整体上提升海上货运效率。与此同时，航行在北极海域内的商船能够避开目前长期困扰航运业的东南亚与索马里地区海盗的威胁。随着未来全球范围内气候变暖可能引发的北极冰川的进一步消融，未来北极航道的商业化运营价值将不断提升。

极地海域内特殊环保要求的持续升级将在一定程度上增加未来北极航行船舶的运营成本。从这个角度来看，船舶动力装置经济性方面的突破将成为未来北极航道能否顺利通航的关键。总体来看，气体燃料动力装置与核动力装置似乎更能匹配北极航道对于船舶动力装置的需求。

与含有酸性杂质的、低温状态下为粘稠液体的燃油相比，在环保性能方面更具优势的天然气无疑更容易匹配北极海域内严苛的环保要求。无论采用何种型式的原动机，天然气在燃烧过程中相对燃油而言至少能够减少90%以上的氮氧化物与硫氧化物，70%以上的二氧化碳与60%的颗粒物排放，且燃料意外泄漏后对于周边环境的潜在不良影响也远低于燃油。北极海域特有的低温环境也在一定程度上弥补了天然气作为船用燃料的劣势。受目前技术条件的限制，无论是燃烧天然气的锅炉(产品库 求购 供应)还是气体燃料发动机(产品库 求购 供应)在总体热效率方面都难以与柴油机(产品库 求购 供应)匹敌，然而航行于北极航道的船舶对于热量的额外需求能够在很大程度上解决船上废热难以充分利用的问题，在一定程度上平衡气体燃料动力装置总体热效率偏低的缺点。与此同时，天然气燃料在船上通常会以液体方式储存，无论采用降温还是加压的方法进行液化都无法完全避免燃料在船舶航行过程中的气化问题，这些在船舶航行过程中蒸发的气体燃料（BOG）不仅会增加燃料额外的损耗，还可能导致船舶航行过程中燃料舱内部压力升高，甚至燃料泄漏，危害船舶航行安全。而北极海域内特有的低温环境能够最大限度地减少液化天然气燃料在船舶航行过程中的蒸发，提升船舶营运过程中总体的经济性与安全性。更为重要的是，如果未来北极海域内全面禁止燃烧重油，天然气在价格方面与轻质燃油相比无疑更具优势。这将在很大程度上提升以LNG为代表的气体燃料对于航运业的吸引力。

与常规的内燃气相比核动力装置强大的单机功率与低廉的营运维护成本在一定程度上也能匹配未来极地航行船舶对于动力装置性能的需求与极地海域特殊的环保要求。核动力装置的本质是一种蒸汽轮机动力装置，由核反应堆代替锅炉产生高温高压的蒸汽驱动透平做功，为船舶推进提供动力。未来核动力极地航行船舶动力装置的配备可能会有两种型式。以高压蒸汽透平直接带动螺旋桨(产品库 求购 供应)推动船舶航行的动力装置方案很可能成为未来极地航行核动力船舶动力装置的首选方案。蒸汽轮机动力装置运用于机动船舶推进的历史最为悠久，技术相对成熟，总体可靠性很高。然而蒸汽透平的工作原理决定了其换向时间过长的问题始终难以解决，由此而引发的船舶机动性问题对于未来极地航行船舶而言显然是一个隐患。随着近年来电力推进技术的不断发展，以低压蒸汽透平驱动发电机(产品库 求购 供应)的透平-电力推进系统(产品库 求购 供应)是未来极地航行核动力船舶动力装置的另一种可选模式。与主透平直接驱动船舶推进器(产品库 求购 供应)的模式相比，透平-电力推进系统的总体热效率更高，船舶本身的机动性与推进冗余度也更好。从目前全球范围内已经服役的核动力船舶的实际运行情况来看，未来的民用核能船舶在整个生命周期内无需添加核燃料，这将进一步提升核动力船舶在极地地区航行的经济性与安全性。同时，采用核动力装置的船舶基本不存在发动机排放方面的问题，相对常规动力装置船舶而言更容易满足极地海域严苛的环保法规要求。目前全球范围内绝大多数破冰船(船型 船厂 买卖)都采用了核动力装置也从另一个侧面说明了此类动力装置在极地海域内的优势。

从技术角度而言，常规船舶动力装置的经济性与安全性正在成为制约未来北极航道商业化运营的瓶颈。而以气体燃料动力装置和核动力装置为代表的，能够匹配未来北极海域航行船舶需求的新型动力装置的推广也正在受到缺乏全球性统一安全标准的制约。不同国家政治经济与技术水平的差异决定了未来全球统一的新型船舶动力装置安全标准的形成还需要经历相当长的一段时间。在此期间，引入独立第三方的认证可能是解决新型动力装置在极地航运船舶上推广的方案之一。由相关主管机关都能够接受的独立第三方，根据相关国际和地区间组织都能够接受的安全标准，通过专业、公证的评估方法对采用新型动力装置的船舶安全水平进行评估后所出具的符合性证明文件或将成为未来采用新型动力装置船舶从事国际和地区间航行的“临时通行证”。