近日，隨著一聲汽笛聲響，目前我國最大、國內首制萬噸級純電動力集裝箱船“中遠海運綠水01”緩緩靠泊上海洋山港盛東碼頭1號泊位。

“中遠海運綠水01”由中遠海運發展投資、中遠海運重工所屬揚州中遠海運重工設計建造，具有完全自主知識產權。從外觀上看，該船船型狹長，橋樓正立于艏尖艙上方，外圍與船艙連為一體，加之經典的藍紅配色，頗易辨識。除了“顏值”，其實力更不容小覷。

作為“我國最大”“國內首制”，“中遠海運綠水01”究竟有什么與眾不同之處？有何航運價值？聽聽設計研發人員怎么說。

江海直達、超足動力、船電分離，特殊“本領”樹立航運業綠色發展新標桿

全球貿易的90%通過海運完成，但船舶航運產生的環境污染不容忽視。當前，在國際海事組織（IMO）2020限硫令和“雙碳”目標背景下，航運業也在加緊推進綠色轉型。“中遠海運綠水01”正是在這樣的大背景下誕生的。

“這是集團聚焦新能源賽道打造的綠色低碳智能航運示范重點項目，我們探索船舶排放零碳化路徑，致力于將‘中遠海運綠水01’打造成一艘綠色示范船舶，為綠色長江建設、綠色純電動力船舶運輸產業鏈建設，以及‘雙碳’目標的實現，提供中國遠洋海運解決方案。”中遠海運重工設計研究院副總設計師劉玉濤說。

成為一艘綠色船舶并不容易，要進行一場“積分賽”。業界對于綠色船舶形成的共識是，要在船舶的設計、生產、使用、回收利用等環節，最大程度實現低耗能、低排放、低污染、高能效等目標。為此，中國船級社從能源效率、材料利用、綠色技術應用等方面形成一套生產評估體系，只有超過90分才能通過驗收，而“中遠海運綠水01”得了120分，且在電動集裝箱船領域創造了總長、型寬、裝箱數、載重噸及電池容量等多項世界第一。

“中遠海運綠水01”總長119.8米，型寬23.6米，型深9米。如此龐大的“體型”，并不影響行駛速度。劉玉濤介紹，在確保經濟高效前提下，該船最快能以11.9節的速度在江域行駛，即一小時最快可航行22公里。

能成為綠色船舶的高分“選手”，“中遠海運綠水01”自然有“本領”傍身——

江海直達。既能在海上特定區域安全航行，也能適應江（河）航道水深、寬度等通航條件。內河水域環境較穩定，離岸近、航道淺，航行時間短，對航行船舶的艙底水泵、空氣管、通風筒和動力等要求相對基礎。“為了能適應江海聯運的需要，我們在船舶設計時考慮海域航行特點，提升了動力系統、救生消防、通信設備等方面配置標準。”劉玉濤說。

超大容量動力足。電動船的動力主要來源于蓄電池或船用發電機。一般來說，普通電動船電池容量最大只有7500千瓦時，但“中遠海運綠水01”動力十足——配置了36個箱式電池作為推進動力源，全船電池總容量約是普通船舶的8倍，在經濟航速下續航約600公里。

船、電分離更經濟。當電量耗盡，如何快速“補給”也是研發人員需要考慮的問題。“通過岸電充電樁給電動船充電是當前電動船的主要續航方式，要蓄滿全船電量，需要100多個小時，顯然不現實。”劉玉濤說，“我們為該船量身打造了‘箱式電池換電策略’，通過船、電分離模式，讓充電像給遙控器換電池一樣方便，所需的時間和經濟成本都不會太高。”

記者注意到，純電模式讓“中遠海運綠水01”實現零排放、零污染。據估算，該船每行駛100海里，可節約燃油高達3900公斤，減少二氧化碳排放12.4噸，同時節約能耗費用約3.35萬元。此外，因為該船機艙設置在艉部，與艏部的駕駛室和生活區距離遠，加之電馬達本身“除噪”能力強，船員猶如在“零噪聲”環境下航行。

突破多項“從0到1”關鍵技術，積累綠色能源船型設計研發和建造經驗

“中遠海運綠水01”的單個箱式電池與20英尺標準集裝箱一般大小，嫩綠色的箱體在艉部紅色圍欄的映襯下格外醒目。這么多箱式電池放在哪兒、怎么放？其中大有門道。

此前，國內從未有過如此多數量箱式電池裝船案例和設計，如何在減少對船舶浮態和危險品箱布置影響的前提下，解決多層堆疊散熱差、結構總縱強度要求高、營運操作不便等問題？唯有一次次嘗試比對。

劉玉濤說，研發團隊針對裝箱量、浮態、結構、通風等維度，結合箱式電池的布置和分組、用電和換電順序、電池電量控制管理，以及推進馬達和齒輪箱、螺旋槳匹配等，對方案進行反復研討，不斷迭代優化，最后確定將36個箱式電池設在艉部，6個一組，分三層堆疊，其總體積占整艘船裝載空間的10%。“這種布置方式能夠最大程度確保總裝箱量和冷藏箱量，還能減少電源堆垛層數，遠離危險品箱及船員生活區，并且無須機械通風。”

箱式電池分組分層放置的優勢在于方便用電管理。據了解，每組電池箱的電量足以滿足船舶基本動力和日常用電需求。按照設計規劃，每組箱式電池逐層按列使用，從上到下，接力式供電。這就意味著在電量耗盡前，一個時間段內僅有一組電池箱在“工作”。

“為了方便監控電池箱狀態，我們還給每個箱式電池賦碼編號，并配備電壓和溫度報警點。”劉玉濤解釋，如此一來，船舶在港口換電時就能準確識別已使用完的電源。在運營效率上，吊裝一組電池箱僅需約10分鐘，相比于一體式充電，既能大幅減少充電時間，還能避免倒箱的繁瑣，一舉兩得。

“中遠海運綠水01”的設計和建造過程，充滿了挑戰和創新。從項目立項到順利取得船舶入級證書，2年時間里，研發設計團隊先后突破了江海直達船型安全等效設計、大容量電池監測及換電策略、直流配電及動力系統、電力控制接口標準制定、動力系統陸上聯調試驗等多項“從0到1”的關鍵技術，積累了寶貴的綠色能源船型設計研發和建造經驗。

“從0到1”究竟有多難？以大容量電池監測為例，根據中國船級社《純電池動力船舶檢驗指南(2019)》要求，船舶有人值班區域應能顯示每個電池單體電壓和溫度，且故障時能報警。按照每個箱式電池配備4000多個電壓和溫度報警點的要求，全船報警點數量超過15萬個，而船用監測報警系統算力最多只能同時處理2萬多個報警點的數據。經過數次研討和程序功能磨合，系統性能得以優化，即當監測報警系統上顯示故障報警點時，可自動抓取、顯示有關箱式電池本體的電壓和溫度信號數據，從而確保船舶和電池安全。

“從0到1”究竟要多久？劉玉濤印象最深刻的是動力系統陸上聯調試驗，“這是耗時最長、也是最緊張的一段時間”。

其實，普通船舶無須進行動力系統陸上聯調試驗，但“中遠海運綠水01”的動力系統陸上聯調試驗不分白天黑夜地持續進行了一個多月。“該船的動力系統中，箱式電池、開關網絡柜、直流配電板等都是新研發產品，各設備的硬件接口、軟件功能、通信協議是否匹配，存在不確定性。因此，開展陸上聯調試驗是交付前的重要環節，也是必要環節。”劉玉濤解釋道。

“智慧大腦”實時監控、全船數據集中管理，推動中國航運業向更加智能方向發展

在“中遠海運綠水01”駕駛室內有一塊顯示屏，能夠360度呈現船舶周邊水域實時狀況，為其在船只密集區域或是狹窄水域航行加了一道“安全閥”。

之所以能看得清、看得全，離不開船上配備的態勢感知系統。態勢感知系統就像是一位航海經驗豐富的瞭望員，智能是它的最大特點。通過識別分析周圍環境、船體本身、動態表現等大數據信息，對船舶提供狀態監測、安全識別、操作分析等，并針對航行實況提出相應處置措施。

記者注意到，在船身四周共安裝了多個攝像頭，這些是態勢感知系統的“眼睛”。與常規攝像頭相比，它們的“視野”更寬、“視力”更好、分辨率更高。

“雷達是通過電磁波反射，在地圖上形成一個亮點；電子海圖以等高線描繪地形；態勢感知系統呈現的則是實實在在的影像，如同汽車上的全景影像，圖像清晰直觀。”劉玉濤打了個比方，如果航行前方出現其他船只，雷達只能“看到”船只的大小、航行速度、距離等，需要船長根據經驗判斷有無安全航行威脅。但借助態勢感知系統，可實現自動識別、計算安全威脅，提出對應處置方案，精確地反饋給船長，和汽車的自動輔助駕駛功能類似。

作為一艘具備先進智能化水平的船舶，“中遠海運綠水01”的智能還體現在管理運行方面。劉玉濤說，該船擁有一個“智慧大腦”——智能船舶系統。除了態勢感知系統之外，“智慧大腦”還包含智能航行、智能機艙、智能能效等先進智能系統設備，它們分工明確。例如，想要知道航道天氣、水流條件，或者船舶電量等，只要點開智能航行系統便能悉數展現。不僅如此，根據這些信息，系統還能向船員提供航速規劃，發出航行安全警示。通過智能能效系統提供的電力管理方面建議，船員可以提前規劃換電方案。

智能船舶系統負責實時監控、指揮整船情況，確保航船安全，是船舶的“指揮員”，它的正常運行離不開不斷提供各類數據信息的船舶數據中心。研發團隊將船身上相互獨立的通導系統、機艙自動化系統等，集中連接到統一的網絡環境中，以達到全船信息的互聯互通，實現全船數據集中管理和信息共享。

在市場需求、技術創新、安全升級等多重因素推動下，船舶電動化在未來將更具潛力和競爭力。

據統計，自今年4月22日投入試運營以來，“中遠海運綠水01”已在“洋山－南通－南京”航線累計運輸集裝箱4000余個。記者了解到，再過不久，它的孿生姐妹“中遠海運綠水02”也將迎來首次航行。“兩艘船舶實現了中國設計、中國制造，其成功建造為將來電動船舶的迭代升級提供了參考，推動中國航運業朝著更加綠色、低碳、智能的方向發展。”揚州中遠海運重工營業部副部長周士龍說。