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豪华邮轮动力系统“四大流派”谁主沉浮?

2018-09-07 08:24:37
来源:中国船舶报 编辑: 国际船舶网 我有话要说

近年来,人们的消费水平不断提高,消费观念不断改变,海上旅游的热情随之高涨,伴随而来的是全球豪华邮轮市场的稳定、快速增长。在近20年中,豪华邮轮的年均增长率稳定维持在7%左右,截至2017年年底,全球共有豪华邮轮404艘、客位51.7万个。尤其在近几年,在船市整体惨淡的情况下,豪华邮轮市场却逆势而上,成为全年船舶市场成交的焦点,且根据目前的手持订单可以推断,未来几年,各家船厂的豪华邮轮建造与成交量将接近饱和状态。

图片来自meyerwerft.de

由于豪华邮轮市场的火爆,拥有建造能力的造船厂都从中发现了商机。不仅仅是造船厂,豪华邮轮这一高附加值的产品同样给整个豪华邮轮产业链带来了一块巨大的“蛋糕”,而作为豪华邮轮的“心脏”,动力系统自然是“蛋糕”中最重要的一部分。

作为造船界“皇冠上的明珠”,豪华邮轮对动力系统的性能、噪音等条件都具有较高的要求。根据英国克拉克松研究公司对2000年后完工交付的195艘豪华邮轮的统计分析结果来看:

采用“柴电”推进动力系统的豪华邮轮共143艘;

采用“柴燃”混合动力系统的豪华邮轮为10艘;

采用柴油机动力系统的豪华邮轮为33艘;

采用燃气轮机动力系统的豪华邮轮为8艘;

采用核动力推进的豪华邮轮为1艘。

“柴电”推进系统

“柴电”推进系统是由柴油机发电为电动机提供电能,从而驱动螺旋桨工作。在195个调研样本中,采用“柴电”推进系统的豪华邮轮数量占据了73.3%,共143艘,可谓“一枝独秀”,其较高的经济性与优良的性能使其适用于任何类型的豪华邮轮。以目前世界最大的豪华邮轮“海洋交响”号(MS Symphony of the Seas)为例,其动力系统采用了4台瓦锡兰的12V46F中速机以及2台16V46F中速机,分别推动ABB公司的3套20兆瓦级Azipod电力推进系统以及4台5.5兆瓦级瓦锡兰WTT-55推进器。

“海洋交响”号 图片来自croisieresdunet.com

供应商方面,在柴油机市场中,瓦锡兰为143艘豪华邮轮中的100艘提供了柴油机;同时,卡特彼勒在小型豪华邮轮中占有一定的市场,而作为船机“巨头”的曼恩能源解决方案公司,在豪华邮轮船机市场的竞争中却居于下风,在143个调研样本中,仅有23艘豪华邮轮采用了该公司的柴油机作为主机。

在电力推进系统及其解决方案的市场中,ABB公司的电力推进系统,尤其是Azipod系列吊舱推进系统占据了豪华邮轮电推系统的“大半壁江山”,除此之外,罗尔斯·罗伊斯、西门子等电推系统解决方案也占有一定的市场。

“柴燃”混合动力系统

“柴燃”混合动力系统通常指柴油机与燃气轮机单独或共同输出,为豪华邮轮提供动力。以著名的豪华邮轮“玛丽皇后2”号( Queen Mary 2)为例,“玛丽皇后2”号安装了4台瓦锡兰16V 46C-CR环保型中速机,总功率为67200千瓦;同时,“玛丽皇后2”号配备了2台GE公司的LM2500+型燃气轮机,总功率为50000千瓦。此外,“玛丽皇后2”号为电力推进,柴油与燃气轮机分别推动4台21500千瓦的阿尔斯通电动机,为4台罗·罗的美人鱼(Mermaid)吊舱式推进器提供电力。“柴电”混合动力系统也被称为复合式柴油燃气涡轮系统(CODAG),低速平稳运营时由柴油机驱动,省油节能;高速运行时与高功率的燃气轮机并联输出。“玛丽皇后2”号是第一艘利用CODAG推进的豪华邮轮。

“玛丽皇后2”号 图片来自cruisehive.com

供应商方面,在克拉克松195个调研样本中,共有10艘豪华邮轮采用了“柴燃”混合动力系统。其中,GE公司的LM1600与LM2500系列燃气轮机与瓦锡兰的16V46C、8L46C系列中速机分别垄断了该领域中的燃气轮机与柴油机市场。总体来说,相关企业通过不断完善技术,既解决了“柴燃”混合动力系统燃气轮机能耗过高、经济性较低的问题,又解决了柴油机推进力不足、噪声太大的问题。在此基础上,系统可对燃气轮机排放的高温尾气进行回收再利用,用于锅炉等舱室设备的供能,再一次提高整体能源利用率。随着未来技术的进一步精进,“柴燃”混合动力系统在豪华邮轮中将会有更广阔的市场。

柴油机动力系统

柴油机动力系统是由柴油机作为推进动力,不通过电动机,而是通过齿轮箱与传动轴机械驱动螺旋桨进行工作的驱动系统。尽管柴油机动力系统的经济性较高,但从豪华邮轮的舒适性来考虑,柴油机动力系统并非最佳选择,这从柴油机动力豪华邮轮的交付时间上便可推断:以柴油机为动力直接驱动螺旋桨进行工作的豪华邮轮交付时间主要集中在2000年~2005年之间,在2010年之后仅有4艘豪华邮轮采用该动力系统,而在2014之后便再无此型动力的豪华邮轮完工交付。在调研样本中,有33艘豪华邮轮采用柴油机动力系统,其中已有3艘被弃用或已报废。

从交船年份上可以看出,随着近年来新型动力系统种类及技术的不断更新迭代,柴油机机械驱动豪华邮轮航行这一较为“古老”的方式正逐渐被市场淘汰。尽管拥有较高的燃油经济性,但相较于其他动力系统,柴油机动力系统因其噪音大、推进动力不足、响应速度慢等因素,仍难以匹配豪华邮轮的定位与需求。

燃气轮机动力系统

燃气轮机动力系统由燃气轮机单独工作为电动机提供电能,从而驱动螺旋桨工作。在调研样本中,嘉年华邮轮集团和皇家加勒比邮轮集团各有4艘豪华邮轮采用了燃气轮机动力系统,其燃气轮机均由GE公司提供,型号为LM2500及其衍生品。此外,8艘豪华邮轮均为中小型邮轮,载客人数在2500人左右,载重吨在90000吨左右。

豪华邮轮被誉为造船界“皇冠上的明珠”,燃气轮机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。同为“明珠”,燃气轮机自然也意味着优良的性能与高昂的价格。一方面,燃气轮机本身价格高昂,其价格为400~500美元/千瓦,而四冲程柴油机的价格仅为300美元/千瓦,二冲程柴油机则更低。另一方面,燃气轮机油耗极高,主流船用燃气轮机的热效率在30%~40%之间,即使是采用间冷回热循环的罗·罗WR-21燃气轮机效率也仅为42%。在能耗方面,燃气轮机油耗为220~225千克/千瓦时,而目前柴油机产品油耗约为170千克/千瓦时。此外,如今天然气市场火爆,带动天然气价格暴涨,作为燃料其价格已非常高昂,若使用煤油、柴油等燃料价格也较重油更高。为降低能耗,GE公司推出了以燃气轮机为核心的“燃-蒸联合循环电力系统”(COGES),即对燃气轮机的高温尾气进行回收用于锅炉燃烧,再利用锅炉产生的蒸汽带动蒸汽轮机工作发电,极大提高了能效转换率。此类动力系统在“千禧”号(Celebrity Mellennium)等豪华邮轮中得到应用,但目前在豪华邮轮上的实船应用并不多,各方面性能与实用性仍有待考证。

“千禧”号 图片来自shipparade.com

因此,虽说“明珠”还需“明珠”配,燃气轮机纵使拥有再优良的性能,但其较低的经济性并不适用于现阶段的豪华邮轮产业。在未来,随着燃气轮机的技术改良与经济性优化,其在豪华邮轮产业中或将有较好的前景。

总体来说,在豪华邮轮产业中,无论是何种动力系统,核心的配套设备仍旧为动力领域的“老三样”:柴油机、燃气轮机以及电力推进系统。目前柴油机市场主要份额被瓦锡兰占据,燃气轮机市场被GE公司占据,电力推进系统市场被ABB公司所占据,整体行业垄断性较强,企业介入较为困难。我国在低、高速机自主品牌研发上有一定的突破,但在中速机尤其是大功率中速机方面的研发能力仍不足;在燃气轮机与电力推进系统方面,我国虽有相应的自主品牌且已得到实船应用,但其功率相对较小,难以满足邮轮的实际需求。因此,在豪华邮轮这一巨大的产业之中,除了邮轮建造技术外,如何进军并拿下动力系统这一块“大蛋糕”也须成为我国船机企业未来发展的一个重要方向。

作者:李夏青 中国船舶重工集团有限公司第七一四所工程师

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