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现有及未来船舶设备的技术变革

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29/07/2025

1. 电子喷射推进器发动机

电子喷射柴油发动机已经并正在被多家汽车厂商的交通工具采用，同时也应用于服务船、专用船上的中高速及高速发动机。

在过去十多年中，电子喷射发动机开始应用于低速双冲程推进器发动机，并逐渐显示出相较传统发动机的优势。这类发动机利用角度传感器、转速传感器、位置传感器、距离传感器、压力传感器、温度传感器及液位传感器等技术进步，将输入信号和反馈信号传递至控制与监控系统。

通过四个基本过程：燃料供应、气门控制、启动控制以及气缸润滑油供应，这些“智能”发动机采用电子控制与高压液压驱动，带来了诸多优势，并具备灵活性，以满足海运市场需求及国际海事组织（IMO）日益严格的污染控制标准。

电子喷射发动机的若干优势：

仍保持与前几代发动机相同的组成部分和工作原理
喷油压力不依赖转速，发动机在低负荷下仍能稳定运行
喷油时刻及气门可轻松调节
优化润滑油消耗量
提高发动机功率（无需像以前那样使用大凸轮轴来驱动高压泵或排气阀）
运营人员在监控、调整及评估发动机技术状态时更加便利。
降低维护成本和人力投入（TBO延长）
另一方面，智能发动机要求操作人员必须掌握最新知识，具备传感器技术、电控基础、检查、诊断及必要时更换电气电子设备的能力，同时还需具备处理首次使用设备（如高压泵、排气阀或液压泵、控制阀）相关情况的知识。

目前市场上及新造船上常见的智能发动机包括：领先的MAN B\&W ME-B/C系列，其次是WinGD的RT-Flex系列（前身为Sulzer），以及三菱的Misui-Eco系列。

2. 使用燃气的发动机

为满足更严格的要求并实现到2050年空气污染最小化的目标，液化气燃料目前已成为海运领域替代传统液体燃料的首选方案。

液化气燃料（包括LNG和LPG）相较于传统液体燃料，在减排方面的能力非常显著：

首批采用燃气动力系统的船舶已经并将继续在造船厂建造。在新闻报道中，有关CMA CGM的新造23000 TEU集装箱船的信息尤为突出，该船长400米，宽61米，名为“CMA CGM Jacques Saade”，于2020年9月交付，CMA CGM的第二艘船于2020年10月底交付，采用WinGD的12X92DF发动机，设计功率与转速为63,840 kW × 80 rpm。这清楚地表明，推进器混合动力技术已进入新阶段，超大型直扫式二冲程发动机实现了燃气运行。

值得注意的是，整个动力系统，包括推进器混合动力发动机和发电机混合动力发动机，均使用燃气。目前船舶使用的液化气燃料为甲醇，但未来很可能有多种其他液化气燃料成为海运燃料，例如乙醇、氨。

提供这些新设计的制造商包括 MAN B\&W，其发动机系列简称为 ME-GI，由之前的 ME 型发动机发展而来，具体名称会根据所用燃料略有不同，例如 6G50 ME-C9.5-LGIM（液化气注入甲醇）。

此外，还可以看到 WinGD 公司在 X-DF（双燃料）发动机系列上的竞争。这些发动机完全采用低速双冲程直扫原理，并且能够使用两种燃料（双燃料）运行。

当使用液化气燃料如甲醇时，许多问题被提出，并已逐步得到解答：

燃料供应及市场和各国的可获得性。
安全要求及防火防爆措施
船上储存空间及设计要求
燃气与液体燃料转换过程
现有发动机的改进潜力
燃料成本与传统燃料相比

3. 替代燃料

为了实现国际海事组织（IMO）到2050年的温室气体（CO2）减排目标，并展望2100年的愿景，清洁燃料正在被研究，一些有潜力的燃料未来可能成为现实，其中部分已在一些交通工具上使用，例如汽车（奥迪公司使用的e-汽油）。

在目前的条件下，液化天然气（LNG）正在被使用，并将在未来几十年成为趋势，同时伴随从生物制品回收的LNG（bio-LNG）技术。然而，LNG仍未成为全面解决污染问题的方案，因为其CO2排放量仅比传统燃料减少约15-20%，而电能燃料被认为是满足该需求的有前景的选择。

电燃料（e-fuel）是近年来研究的替代燃料，被寄予厚望作为减少温室气体排放，尤其是CO2，到2100年的优越解决方案。它通过将来自可再生能源（如风能、太阳能）的电能储存在液体或气体燃料的化学键中制成，因此可以生成多种不同类型的e-fuel，取决于所结合的燃料类型，例如e-汽油（e-gasoline）、e-柴油（e-diesel）、e-LNG等。换句话说，e-fuel是一种类似传统燃料（LNG、柴油、汽油等）的燃料，但并非来自化石能源，而是通过合成过程制成。

从本质上讲，这些化学过程包括电解过程（利用来自太阳能、风能等可再生能源的电能），将水分解生成氢气。随后，将氢气引入与CO2（从排放气体或其他来源分离或收集）在催化反应器中反应，生成烃类氢化合物，这些烃类氢化合物就是甲醇、柴油、LNG等燃料的主要成分。

然而，对于电子燃料（e-fuel），仍然存在许多待解答的问题：

电解过程中使用的电能来自何处？如果来自清洁能源，如太阳能和风能，则完全可行；然而，目前这类能源的贡献比例仍非常有限。如果电能来自使用化石燃料（煤炭、石油、天然气）的发电厂，则情况与以往无异，仍会排放大量温室气体到环境中。
产品成本如何？由于处理工艺复杂，最终到用户手中的价格并不低。希望随着技术发展和生产普及，e-fuel的成本能够下降。
基础设施适应性如何？本质上，e-fuel与目前使用的燃料没有区别，只是来源不是化石能源，而是通过合成过程生成。因此，储存、转运和供应系统完全无需改变。各类发动机和交通工具也无需进行改装或在设计上做任何调整。

4. 其他若干重要技术变革

变频技术

利用变频器（Frequency Converter / Variable Frequency Device）调节电动机转速，应用于卷扬机、锚机的速度控制，以及冷却水温度、燃油温度等控制。

压载水处理技术与设备

随着D2压载水管理标准逐渐成为船舶的强制性要求，压载水处理系统将变得为船员所熟悉。该系统利用紫外线、电解或化学方法进行消毒，并结合过滤器净化压载水。市场上有许多厂商提供此类设备，甚至在越南也有本土品牌生产。

发动机排气处理技术

随着船舶硫氧化物（SOx）排放控制标准从2020年起变得更加严格，船东面临两种选择。一是改用硫含量低于0.5%的VLSFO燃料，二是继续使用高硫燃料，但采用废气处理装置——洗涤器（scrubber system）。洗涤器主要用于大型散货船（Cape size）上，这类船舶航线固定、海上航行时间长、每航次燃料消耗量大。相比使用VLSFO，装有洗涤器的船舶比例非常小。目前使用的洗涤器有两种：开放式，排放海水到外部；封闭式，使用淡水循环。

另一种设备也用于满足减少氮氧化物（NOx）排放的要求，即适用于NECA（NOx排放控制区）的Tier III标准的选择性催化还原装置（SCR）。目前新造船仅能达到Tier II标准，如果没有合适的废气处理方法、设计方案或燃料类型，就无法满足Tier III标准。使用SCR废气处理装置目前是实现Tier III标准的可行方案。SCR是安装在排气流通路径中的反应器，可安装在涡轮前（HPSCR）或排气涡轮后（LPSCR），通过尿素或氨（NH3）催化剂进行NOx的还原反应。