2017年9月，中國極地科考船“雪龍”號成功從北美大陸東側的戴維斯海峽，抵達位于北美洲西北部的波弗特海，完成中國船舶首次穿越北極西北航道的任務，獲取了該區(qū)域的第一手海洋環(huán)境數據資料，為中國商船未來航行北極西北航道創(chuàng)造了條件。在此之前，中國船舶曾多次通過北極東北航線來往于中歐港口運輸貨物。
近年來，隨著全球變暖，北極的通航時間甚至延長到了4~5個月，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易航線，更可能是一條繁忙的資源與能源運輸線。在這一背景下，極地船舶的研制成為船舶市場上的一大亮點。
極地船舶市場大有可為
自1997年芬蘭一艘商船首次試水北極東北航道以來，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顯現。2010年，經北極航線的貨船僅有4艘；2012年，這個數字已增加到46艘；2013年，俄羅斯東北航道管理部門批準了393艘貨船通航。
業(yè)內人士預測，北極航道的商用化可能在2030年左右實現。而根據挪威船東協會發(fā)布的數據，2020年，經北冰洋的貨物運輸量將增至5000萬噸。更有專家認為，隨著氣候變暖，北極航線到2020年通航時間將達到6個月；2030年后，可能實現全年通航。
正是看到北極航道未來的美好前景，我國在這方面進行了積極嘗試。2013年9月，原中國遠洋運輸（集團）總公司的“永盛”號貨船從中國太倉出發(fā)，經過北極東北航道到達荷蘭鹿特丹港。其航程7800多海里，比經馬六甲海峽、蘇伊士運河的傳統(tǒng)航線縮短2800多海里，航行時間縮短9天。“永盛”號成為第一艘經過北極東北航道完成亞歐航線的中國商船。2015年，“永盛”號又經過北極東北航道成功往返中歐。2017年9月，中遠海運特種運輸股份有限公司的“蓮花松”號貨船自連云港起航到達俄羅斯圣彼得堡港，標志著中國遠洋海運集團有限公司實現北極常態(tài)化航行。2017年，“雪龍”號穿行北極西北航道，更是為中國商船未來在北極西北航道航行積累了經驗。
中國船舶工業(yè)集團公司第七○八研究所高級工程師李源表示，北極對于商業(yè)市場的吸引力主要體現在兩點：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間可從30天縮減至14天。二是資源。北極油氣資源儲量可觀，美國地質勘探局2008年的調查結果表明，北極的石油和天然氣資源儲量占全球未發(fā)現石油和天然氣儲量的比例分別為13%和30%。據了解，2016年全面鋪開的亞馬爾液化天然氣（LNG）項目就是處于北極地區(qū)的大型能源項目，已探明1.3萬億立方米天然氣和6018.4萬噸凝析油的油氣儲量，預計于2019年全面投產，每年可生產1650萬噸液化天然氣、100萬噸凝析油。
李源表示，從短期來看，航行于北極航道的商船主要是以運送能源的液貨船為主，還有少量的雜貨船。“估計船東從成本角度考慮，航行于北極航道還不具備經濟性。”她說，極地船舶的建造成本高于普通船舶，而且冰級符號為PC6和PC7級的極地船舶仍然只能在夏季/秋季通航北極，這樣測算下來，航行時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險。油氣資源開發(fā)方面，目前極地油氣的開采成本很高，據估算在75~80美元/桶，而現今的國際油價在50美元/桶左右，這樣的市場環(huán)境難以支撐北極油氣的開發(fā)項目。“但從中長期來看，隨著北極冰蓋的逐年消融，未來北極的航道利用和資源開發(fā)必定日漸增多，對極地船舶的需求量也會越來越大。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環(huán)北極國家而言是戰(zhàn)略要地，對非北極國家而言也同樣具有重要的戰(zhàn)略價值，因此提前做好北極相關裝備和技術儲備是很有必要的。”李源說。
許多業(yè)內人士有類似的看法。中國船舶工業(yè)經濟與市場研究中心分析師孫超也認為，短期來看，極地油氣項目面臨開發(fā)技術難度較大和收益較低的問題，同時市場過剩運力較多，極地船舶新船需求相對有限。但長遠來看，極地油氣資源豐富，同時，極地航線具有明顯的運輸時間成本優(yōu)勢，極地船舶需求增長空間廣闊；此外，目前在營極地船舶老齡化趨勢嚴重，未來存在較為迫切的更新需求?？偟膩碚f，極地船舶市場前景樂觀，大有可為。
極地船舶研制誰執(zhí)牛耳
從目前北極航道的發(fā)展趨勢來看，集裝箱、能源與干雜貨將成為未來經北極航道運輸的最主要貨物，多用途船、集裝箱船、油船、LNG船將成為未來極地海域內的四大主力船型。
李源介紹說，國際海事組織（IMO）制定的《極地規(guī)則》已于2017年1月1日正式實施，該規(guī)則將PC7級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、運輸、資源開發(fā)以及保障與防務等5類。按照《極地規(guī)則》的破冰船等級來劃分，從PC1至PC7，共有7種不同等級的極地船舶，其中PC6和PC7級船舶可在夏季/秋季在極地航行，PC5級以上船舶可全年在極地航行，PC1級船舶破冰能力最強，連續(xù)破冰厚度可達到3米。
根據統(tǒng)計數據，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要求，即PC7級，共2322艘，PC6級283艘，PC5級以上228艘。相對而言，PC5級以上極地船舶的設計和建造難度較高。孫超表示，與常規(guī)船型相比，極地船舶的設計技術要求有所不同，主要包括以下方面：結構加強；型線設計調整，如球鼻艏的取消；滿足極地環(huán)境設計溫度降低要求；舵、主機等設備或系統(tǒng)存在特定設計要求；要求涂玻璃鱗片加強型的防銹漆等。
韓國和中國是極地船舶的主要建造國家。李源表示，從高冰級船舶的建造情況來看，韓國實力最強，其承接的PC5級以上的極地船舶占全球總量的60%左右（以載重噸計），但船舶數量并不多，共16艘，其中包括韓國大宇造船海洋2013年一次性承接的俄羅斯亞馬爾項目15艘PC3級17萬立方米LNG船訂單，價值50億美元。中國在極地船舶建造方面的實力也不可小覷，共承接了13艘高冰級極地船舶訂單，如廣船國際有限公司為俄羅斯亞馬爾項目建造的PC3級極地重載甲板運輸船、PC3級極地凝析油船等。此外，芬蘭、俄羅斯等環(huán)北極國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力非常雄厚。
有數據顯示，全球承接建造極地船舶的造船企業(yè)為韓國的大宇造船海洋、現代重工、三星重工，中國的廣船國際、中遠海運重工有限公司、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，我國造船企業(yè)的極地船舶建造技術水平日益提升，同時在設計領域與全球先進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。我國手持極地船舶訂單為58艘，全球占比達到44%，在中小型極地船舶領域，我國更是占據了“大半壁江山”。
業(yè)內人士認為，我國在極地商船和部分高冰級極地船舶建造方面已取得突出成績，但由于我國國內破冰船的需求不強，破冰船等高冰級船舶的技術發(fā)展較慢，基礎科研設計力量相對薄弱，目前世界上設計和建造破冰船能力較強的國家主要有俄羅斯、芬蘭、瑞典、德國、美國、挪威、丹麥、加拿大等。但這一狀況正在逐漸改變。2016年12月，中國首艘自主建造極地科考破冰船在江南造船（集團）有限責任公司開工。該船具有很強的破冰能力，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，建成后將結束多年來我國南北極考察“雪龍”號單船作戰(zhàn)的歷史。
業(yè)內人士還指出，極地LNG船的建造應得到我國更多的重視。據了解，俄羅斯出口到日本、韓國以及東南亞市場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，目前能源運輸已占據其貨品運輸總量的70%，未來北極航道天然氣運輸市場的前景非?？捎^，極地LNG船的需求也必將增多。業(yè)內人士建議，我國造船業(yè)應高度重視對北極航道的研究，加大對高冰級極地船舶和極地LNG船的研發(fā)力度，不僅為我國在北極地區(qū)“破冰前行”提供裝備保障，而且逐步在極地船舶市場占據主導地位。
極地船舶配套不拖后腿
與普通船舶相比，極地船舶無論是在鋼板等船體材料，還是動力裝置、導航系統(tǒng)、系泊設備、甲板機械、電器等配套設備方面都具有特殊性，再加上北極是一個生態(tài)環(huán)境十分脆弱的區(qū)域，極地船舶在環(huán)保方面的性能至關重要，這都對極地船舶配套設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；結構需要進行特殊的加強；甲板機械等需要進行冬化防凍處理；動力及推進系統(tǒng)，尤其是輪機裝置和液壓系統(tǒng)應能在低溫下正常運行，應急柴油機能夠低溫起動；水管和水箱必須有防凍措施；導航系統(tǒng)需避免失效等。因此，極地船舶的設備必須進行特殊的設計、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撞擊，因此所用鋼材必須具備足夠的低溫韌性、強度、可焊接性、疲勞強度等。在極地船舶低溫鋼研制方面，俄羅斯、日本、韓國、芬蘭等國走在前面，但我國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能力，并在優(yōu)異低溫韌性超高強級海工鋼的研制方面取得顯著成果。目前，上海海事大學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”聯合實驗室研發(fā)并首次批量生產的20噸極地特種低溫鋼已用于 “雪龍”號的內部改造，改造后的“雪龍”號于2017年11月8日奔赴南極，開啟第34次南極科學考察。此次跟隨“雪龍”號一同上船的還有該聯合實驗室研發(fā)的一些特種鋼樣品，它們被焊在甲板等處進行隨船試驗。未來，這些特種鋼或將用于我國新建的極地科考破冰船上。上海海事大學海洋科學與工程學院教授尹衍升表示，中國極低溫船舶用鋼材料在關鍵技術、產業(yè)制造及工程應用上已經實現重大突破，將為建造更多的極地航行船舶提供物質材料保障。
由于極地環(huán)境十分嚴酷，極地航行船舶所裝備的甲板機械也具有特殊性。中國船舶重工經濟研究中心高級分析師曹林介紹說，極地船舶甲板機械，特別是安裝在露天甲板面上的錨絞機、克令吊等需面對眾多問題，如冰雪帶來的附加載荷；結構件因材料的低溫脆性而損壞；鑄鋼（鐵）件出現凍裂現象；鋼絲繩因低溫出現凍硬，難于纏繞甚至斷股；工作液凝結；橡膠密封件脆化、失效；電氣線路出現硬化、脆化現象等。因此，極地船舶甲板機械的研制必須充分考慮對極地環(huán)境的適應性，在低溫起動、密封、傳動及潤滑等方面進行更多攻關。據了解，全球極地船舶甲板機械市場主要由少數幾家船配業(yè)巨頭占據。如挪威甲板機械生產商Pusnes公司、英國著名船舶產品配套商羅爾斯·羅伊斯公司等。近年來，我國通過集中力量開展項目研發(fā)，在極地甲板機械及核心部件關鍵技術研究方面取得突破，基本掌握了極地船舶錨絞機、克令吊以及其包含的液壓馬達、泵、閥、電控系統(tǒng)等產品的設計、制造和試驗技術，打破了國外壟斷。
