船用發(fā)動機被稱為船舶的“心臟”，目前全球90%以上的遠洋船舶采用的是低速發(fā)動機。在船用低速機領(lǐng)域献爷，由于不掌握核心研發(fā)技術(shù)，我國目前只能以專利許可的方式進行生產(chǎn)陷揪；在船用低速機關(guān)重零部件方面惋鸥，我國也是以專利制造為主，需要大量進口電控系統(tǒng)鹅龄、燃油系統(tǒng)揩慕、增壓器、軸瓦扮休、活塞環(huán)等零部件迎卤，導致我國船舶工業(yè)始終存在“心臟病”問題。為有效解決船舶“心臟病”問題玷坠，我國船舶工業(yè)多年來在船用低速機及關(guān)重件自主研發(fā)方面進行積極探索蜗搔，開展了大量富有成效的工作。為此八堡，《中國船舶報》特開辟“船機之聲”欄目樟凄，為讀者提供良好的學術(shù)、技術(shù)交流平臺兄渺，致力助推建立船用低速機創(chuàng)新發(fā)展技術(shù)體系缝龄，形成我國船用低速機研發(fā)體系和創(chuàng)新能力。

船用低速發(fā)動機產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

低速發(fā)動機一般指的是轉(zhuǎn)速低于300轉(zhuǎn)/分鐘的往復式內(nèi)燃機寝典，可根據(jù)燃料的不同林没，分為低速柴油機和低速雙燃料機。低速機具有功率大、效率高婶苦、壽命長呀埠、可靠性好、操作維修簡便等優(yōu)點吴位，是遠洋船舶的主要推進動力颠请。據(jù)統(tǒng)計，世界海運量的90%由低速機作為動力驅(qū)動嚣刺。

20世紀50年代誉倦，世界上有十余個低速機品牌。由于低速機研發(fā)投入大字钓，需要全球服務(wù)能力携帘，具備一定的規(guī)模才能產(chǎn)生效益，因此經(jīng)歷了一段合并姊象、收購和消亡的過程后，到20世紀90年代晓褪，只剩下了3個低速機品牌：曼恩堵漱、瓦錫蘭和三菱公司。其中涣仿，曼恩由原德國MAN和丹麥B&W兩家的低速機業(yè)務(wù)合并產(chǎn)生勤庐，瓦錫蘭的低速機業(yè)務(wù)收購自瑞士蘇爾壽公司（Sulzer）。2015年好港，原中船集團收購了瓦錫蘭的低速機業(yè)務(wù)愉镰，成立Winterthur Gas & Diesel（WinGD）公司。2017年钧汹，三菱公司的低速機業(yè)務(wù)與神戶發(fā)動機公司合并丈探，成立日本發(fā)動機公司（J-ENG）。目前拔莱，世界上3個低速機品牌分別為MAN ES（曼恩改名為曼恩能源方案公司）碗降、WinGD和J-ENG。除J-ENG既有品牌也自己生產(chǎn)以外塘秦，MAN ES和WinGD都只負責低速機的技術(shù)研究和產(chǎn)品設(shè)計讼渊，通過許可，由授權(quán)專利廠制造钩厕。低速機專利廠大多位于中针榜、日、韓三國舌恒，三國也幾乎制造了世界上所有的低速機途殖。其中，韓國產(chǎn)量最高，中友熟、日產(chǎn)量相當录抖。我國企業(yè)中，中國船舶集團有限公司旗下滬東重機有限公司在低速機制造市場的占有率超過了20%栓占，位居世界第二两候，僅次于韓國現(xiàn)代。

排放法規(guī)促進低速機技術(shù)發(fā)展

低速機近年來技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動因素是國際海事組織（IMO）的有害物排放法規(guī)橡彬。為滿足2016年生效的氮氧化物第三階段（Tier Ⅲ）法規(guī)要求媳阴，選擇性催化還原（SCR）和廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)在低速機柴油機上得到了應(yīng)用。SCR技術(shù)市場占有率更高一些橄霉，目前正朝著機載緊湊方向發(fā)展窃爷。WinGD提出了集成SCR反應(yīng)器與排氣集管的SCR on-engine方案，大幅度減小占用機艙的空間姓蜂。在我國低速機研發(fā)按厘、制造單位與WinGD的合作下，首臺采用該技術(shù)的低速機將于2020年在中國船舶集團旗下大連船用柴油機有限公司完成制造钱慢。

2016 年逮京，IMO 海上環(huán)境保護委員會第 70 次會議（MEPC70）將2020 年 1 月 1 日定為全球船舶燃油硫含量不應(yīng)超過0.5%m/m 標準的實施時間。船舶安裝廢氣清洗系統(tǒng)（EGCS）成為目前船東公司可接受的解決方案之一束莫。按照使用模式懒棉，EGCS可分為開式、閉式和混合式览绿。開式系統(tǒng)直接利用海水本身的堿性對廢氣進行清洗策严，清洗后的海水經(jīng)處理后或直接排回大海，具有設(shè)備簡單饿敲、初始投資和使用成本低等特點妻导，但部分國家和港口在其控制區(qū)內(nèi)限制開式系統(tǒng)的廢水排放，包括我國诀蓉。

2020年硫排放限制法規(guī)實施后泄楷，采用低硫燃料也成為可能的選項。采用低硫燃料消除了缸內(nèi)濕式燃燒技術(shù)應(yīng)用的阻礙劝讯，即燃料中硫與水作用后會腐蝕燃燒室部件的問題不復存在眠荒。因此，濕式燃燒技術(shù)近年來得到了發(fā)展持乌。

MAN ES提出了兩種濕式燃燒技術(shù)方案薄称。一種是LGIM-W技術(shù)，將甲醇和水混合噴入缸內(nèi)并用常規(guī)柴油引燃硫搏，該技術(shù)已在一臺6G50ME機型上得到應(yīng)用丐忠。另一種是PI FIW（Pilot Ignition Fuel-In-Water）技術(shù)，即將常規(guī)柴油引燃直接噴入缸內(nèi)的乳化柴油。以上兩種技術(shù)都可滿足Tier Ⅲ要求坦推。

JUMP（J-ENG Unique Marine Power）是J-ENG公司應(yīng)對硫或腔、氮氧化物和二氧化碳等減排要求的解決方案。該方案只使用船用輕油（MGO或MDO）擅揖，通過分層缸內(nèi)噴水技術(shù)結(jié)合燃燒過程的優(yōu)化蔚便，在滿足TierⅡ要求基礎(chǔ)上，油耗比常規(guī)低速機降低了5%豌蟋；加裝低壓EGR后廊散，可滿足Tier Ⅲ要求。2019年1月梧疲，J-ENG發(fā)布了第一臺采用JUMP技術(shù)的UEC50LSJ成功運轉(zhuǎn)的消息允睹。

雙燃料技術(shù)能夠使用甲烷等新型清潔燃料，是解決硫和顆粒物等排放物的解決手段之一幌氮。MAN ES首先推出了高壓燃氣噴射的雙燃料低速機GI系列缭受，采用了擴散燃燒技術(shù)（Diesel 循環(huán)）。2015年浩销，WinGD交付了首臺采用低壓燃氣噴射的低速雙燃料機flex-50DF贯涎，DF系列采用預混燃燒技術(shù)（Otto循環(huán)），氮氧化物排放低慢洋，無需后處理裝置即可滿足Tier Ⅲ要求，但擴散燃燒只能達到Tier Ⅱ標準陆盘。此外普筹，低壓燃氣設(shè)備的成本也低于高壓設(shè)備。由于技術(shù)和成本上的優(yōu)勢丰搞，WinGD DF系列快速趕超MAN ES的GI系列沉沾，目前市場占有率達到70%。2019年稚铡，中國船舶集團旗下上海中船三井造船柴油機有限公司交付的12X92DF額定功率達到了63840千瓦革辖，成為世界最大功率的雙燃料機，也是有史以來世界最大功率的Otto循環(huán)內(nèi)燃機旺哀。

黑碳是造成全球變暖的第二大根源查袄，僅次于二氧化碳，同時也是導致北極冰川融化的重要原因之一恤朝，船舶動力是北極黑碳的主要來源仓泣。國際船舶黑碳減排目前仍處于立法階段，黑碳減排將是低速機面對的下一個技術(shù)難題棕虫。IMO黑碳排放措施研究通信組識別了41種黑碳減排措施苏涧，主要包括燃料類型、后處理技術(shù)、發(fā)動機類型训木、新型動力系統(tǒng)颜懊、船舶運行參數(shù)等五個研究方向，其中輕質(zhì)燃油技術(shù)风皿、顆粒捕捉器技術(shù)及其組合被認為是解決黑碳問題的重要手段河爹。

“三化”成低速機技術(shù)發(fā)展方向

經(jīng)過多年的發(fā)展，可以看出揪阶，智能化昌抠、低碳化、集成化是低速機技術(shù)未來重要發(fā)展方向鲁僚。

近年來炊苫，智能船舶成為國際海事界新熱點。IMO冰沙、國際標準化組織（ISO）等國際組織將智能船舶列為重要議題侨艾，國際主要船級社先后發(fā)布了有關(guān)智能船舶的規(guī)范或指導性文件。2016年拓挥，我國啟動了“智能船舶1.0研發(fā)專項”唠梨。2018年年底，工業(yè)和信息化部侥啤、交通運輸部当叭、國家國防科技工業(yè)局三部委聯(lián)合發(fā)布《智能船舶發(fā)展行動計劃(2019～2021年)》，“推動船用設(shè)備智能化升級”是其強調(diào)的重點任務(wù)之一弦蜀。低速機是遠洋船舶最為重要的船用設(shè)備室午，其智能化技術(shù)已成為制約船舶工業(yè)跨越發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

2018年4月栋负，IMO MEPC 72屆會議上制定了IMO海運溫室氣體（GHG）減排初步戰(zhàn)略孔菱，確定將在本世紀盡快實現(xiàn)航運無GHG排放的愿景。2019年6月倒忌，MEPC 74屆會議明確了船舶能效設(shè)計指數(shù)（EEDI）第三階段的開始時間和削減率撕星，整體上，開始時間有所提前涉床，削減率有所提升唧窄。為應(yīng)對溫室氣體減排要求和能效法規(guī)，世界各國在提高低速機能效和降低碳排放方面開展多種技術(shù)的研究英胖。燃料方面投惶，MAN ES正在開展氨低速機開發(fā)。氫皿港、甲醇荧关、生物柴油等零碳溉奕、低碳燃料也是國內(nèi)外研究的熱點。

系統(tǒng)集成方面忍啤，混合動力系統(tǒng)在內(nèi)河船上已有典型應(yīng)用加勤，在遠洋船舶上，低速機集成PTI/PTO,與輔機系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一的船舶電網(wǎng)同波，再加上儲能單元鳄梅，形成了遠洋船舶混合動力系統(tǒng)一般形式。應(yīng)用儲能單元可對負載“削峰填谷”未檩，盡可能使主機在高效率工況下工作戴尸。在靠港時，停掉主機冤狡，使用輔機或儲存的電能來操縱船舶孙蒙，可以提高船舶能效、降低碳排放悲雳。國內(nèi)外企業(yè)和研究機構(gòu)都在開展遠洋船舶混合動力系統(tǒng)的相關(guān)研究挎峦。

我國低速機技術(shù)獲得長足進步

我國一直致力低速機自主化發(fā)展，歷史上也曾有過自主品牌產(chǎn)品俊瞬。在當前船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級危葵、高質(zhì)量發(fā)展的要求下，我國應(yīng)該有自己的低速機品牌和自主的研發(fā)兑蹈、制造蠢缚、服務(wù)體系。通過收購一個成熟的低速機設(shè)計企業(yè)污祭，獲得一個較高起點轮贫，是實現(xiàn)我國低速機產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的有效的、可行的途徑戈般。基于以上戰(zhàn)略考慮抑琳，2015年候塞，原中船集團收購了瓦錫蘭的低速機業(yè)務(wù)，成立了WinGD果嗜。與此同時季键，中國船舶集團旗下中船動力研究院有限公司牽頭啟動了船用低速機重大科研專項，積極開展國內(nèi)外的研發(fā)協(xié)同补颗。通過四年多來的夯基壘臺可都，我國低速機技術(shù)有了長足進步，取得了豐碩的階段性成果蚓耽。

截至目前渠牲，400毫米缸徑低速機雙燃料機工程樣機落實了裝船訂單旋炒；低速柴油機和雙燃料機原理試驗機在上海臨港成功點火、運行签杈，這兩型機均為世界上指標最先進的原理試驗機瘫镇，它們的建成意味著我國已擁有世界最先進的低速機整機試驗平臺；低速機核心配套件研制也取得了可喜進展答姥，電控系統(tǒng)實現(xiàn)了配機應(yīng)用铣除，增壓器、油霧探測器取得了中國船級社的認可證書鹦付，形成了自主配套能力尚粘。

在科研專項的帶動下，我國各單位堅持“政敲长、產(chǎn)郎嫁、學、研癌割、用”的協(xié)同研發(fā)模式腋钞，積厚成勢，努力提升我國低速機的創(chuàng)新能力窟怪，建設(shè)自主可控的低速機工業(yè)體系肺倾，補齊船舶工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的短板，為增強我國船用動力乃至船舶工業(yè)的國際競爭力嫡笔，力爭實現(xiàn)我國低速機自主創(chuàng)新發(fā)展的“中國夢”不斷奮斗圈咬。

（國際船舶網(wǎng)）

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