行業(yè)資訊與傳統(tǒng)經(jīng)蘇伊士和巴拿馬運河連通亞洲、歐洲與美洲的航道相比，經(jīng)行位于高緯度地區(qū)的北極航道使得從亞洲東部到達歐洲西部的航程更短，且能夠避開東南亞與索馬里地區(qū)海盜的威脅。隨著未來北極冰川可能發(fā)生的進一步消融，北極航道開發(fā)的商業(yè)價值將日趨提升，而船型的選擇也成為熱點話題，那么——
日前，有關機構公布數(shù)據(jù)，目前每年通過北極航道的商船約60多艘，北極航道作為連接亞歐交通新干線的雛形已經(jīng)顯現(xiàn)。然而，北極海域內(nèi)所特有的嚴寒、風暴與極晝極夜的環(huán)境特點決定了未來極地船舶將不同于國際航運市場的主流船型。
1.設計：駕駛室前置抑或后置
有業(yè)內(nèi)人士認為，北極圈內(nèi)復雜的氣象條件與極晝極夜的特點給船舶航行過程中的瞭望增加了不小的難度，為確保航行安全，未來的極地船舶很可能會選擇將駕駛室布置在船首。
相對于絕大部分將駕駛室布置在船尾的設計方案相比，首駕駛艙的設計將減少船舶前進過程中的駕駛盲區(qū)，有利于船員在惡劣的天氣下對冰情進行觀察，縮短船員到達船首錨機所需要的時間，對于確保船舶航行安全有著非常重要的作用。與此同時，將駕駛室設置在船首的方案可以讓船舶甲板貨物的裝載不受駕駛盲區(qū)的限制，增加甲板載貨數(shù)量，提升船舶的綜合經(jīng)濟性。對于采用核動力的極地船舶而言，前置駕駛室的設計方案還能夠有效地減少船員在船上受到的核輻射。然而由于船舶機艙不可避免地需要布置在船尾，因此將駕駛室設計在船首的方案將導致船上管系與電纜的數(shù)量顯著增加，由此導致的空船重量增加與建造成本的提升將在一定程度上抵消由此帶來的優(yōu)勢。另外，極地海域內(nèi)特有的嚴寒與暴風天氣決定了相對于裝載在貨艙內(nèi)的貨物而言，那些裝載在露天甲板上的貨物更容易發(fā)生貨損。因此，絕大部分航行在北冰洋內(nèi)的船舶都不會選擇裝載甲板貨。
另外一個觀點認為，目前助航設備的迅速發(fā)展讓未來極地船舶繼續(xù)保留后駕駛艙的設計成為了可能。與將駕駛室整體遷移到船首的方案相比，未來船員完全可以通過安裝在船首的高清攝像頭觀察浮冰的狀況。
與前置駕駛艙的設計方案相比，雙殼結(jié)構將成為未來極地航行船舶的標配。雙殼結(jié)構能夠有效地減少船殼由于受到海冰沖擊而破損的風險，提高船舶遇險后的生存能力，還能對油艙等破損后容易發(fā)生污染事故的部位進行特殊的保護。受破艙穩(wěn)性衡準的影響，未來1萬DWT以下級小型極地船舶的雙舷側(cè)部分可能全部作為壓載艙或隔離空艙，而1萬DWT以上級中大型極地船舶的雙舷側(cè)空間通常會采用下部作為壓載艙，上部作為甲板下通道的布置方案。對于油輪、散貨船等載重型船舶而言，實際營運過程中的空載航行將是難以避免的，需要大量的壓載水以確保船舶空載航行時的穩(wěn)性，此時壓載艙內(nèi)的加熱設置就顯得非常必要。
在推進器方面，導管螺旋槳也將成為未來極地航行船舶的標配。對于推進效率要求較高的船舶都會選擇螺旋槳的周圍增加一圈導管，使得推進器附近的伴流集中，提升整體推進效率。通常情況下增加導管后的螺旋槳能夠在同樣的尺寸下增加30%左右的推力。導管螺旋槳的這一特點對于極地航行船舶而言具有非常重要的意義。一方面，極地海域內(nèi)特有的大范圍浮冰為船舶航行增加了額外的阻力。另一方面，導管能夠有效地保護螺旋槳葉梢在船舶輕載航行時不至與周邊的浮冰發(fā)生碰撞而損壞，提升船舶在極地航行的安全性。
2.動力：核動力裝置成首選
與目前民船常用的柴油機動力裝置相比，核動力裝置似乎更能匹配未來極地航行船舶的動力需求。核動力裝置的本質(zhì)是一種蒸汽輪機動力裝置，以核反應堆取代主鍋爐作為蒸汽發(fā)生源，以高溫高壓的過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽透平運轉(zhuǎn)，進而帶動船舶推進器推動船舶航行。
與采用燃油的常規(guī)動力裝置相比，核動力裝置在極地航行船舶方面的優(yōu)越性也是顯而易見的。首先，與使用礦物燃料的常規(guī)動力裝置相比，核動力裝置在運行過程中基本不會產(chǎn)生大氣污染物，是一種非常清潔的能源型式，很容易滿足目前國際海事法規(guī)關于船舶污染與能耗的嚴苛要求。其次，核燃料的能量密度遠大于常規(guī)礦物燃料，采用核動力裝置的船舶在整個生命周期內(nèi)通常無須添加燃料，這將為船東節(jié)約大量的船舶維護保養(yǎng)時間與成本，提高船舶在航率，從整體上提升船舶的經(jīng)濟效益。更為重要的是，核動力裝置巨大而廉價的能源供應能夠有效地解決目前民用船舶在極地海域內(nèi)航速過低的問題。航速的提升將有有助于船舶以盡可能快的航速通過航行風險較高的極地水域，進而從整體上降低船舶在極地航行期間發(fā)生事故的風險，并在一定程度上提升極地航道的綜合競爭力。極地航道特有的環(huán)境條件也將核動力裝置在常規(guī)海域低效率的缺點轉(zhuǎn)變成了優(yōu)點。
與柴油機動力裝置接近56%的熱效率相比，蒸汽輪機不到20%的熱效率在常規(guī)民用船舶領域毫無競爭力。然而航行于極地海域的船舶對于全船熱量供應的持續(xù)性需求將大大提升蒸汽輪機動力裝置在極地海域的綜合熱效率。采用柴油機動力裝置的船舶發(fā)動機所排除的廢熱有限，通常情況下還需要消耗額外的電力對船上的關鍵設備進行加熱以確保其正常運行。而對于采用核動力裝置的船舶而言，驅(qū)動蒸汽透平做功后的乏氣即可用來進行加熱，無須再消耗額外的燃料。與常規(guī)的柴油機動力裝置相比，核動力裝置在極地海域高效率的優(yōu)勢是顯而易見的。
隨著近年來船舶動力裝置技術的不斷進步，未來極地航行船舶動力裝置的配備可能會有兩種。以高壓蒸汽透平直接帶動螺旋槳推動船舶航行的動力裝置方案很可能成為未來極地航行核動力船舶動力裝置的首選方案。蒸汽輪機動力裝置可靠性很高，當船舶采用核動力時也不存在燃料成本過高的問題。不過，與常規(guī)船舶動力裝置相比，核動力船特有的安全風險導致了船舶建造的初始投資不會很低，這也將在一定程度上掩蓋船舶采用電力推進系統(tǒng)初始投資過高的問題，促進未來蒸汽透平電力推進裝置在極地航行船舶上的推廣。
3.船型：四大主力船成趨勢
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(jīng)北極航道運輸?shù)淖钪饕浳铮嘤猛敬⒓b箱船、油輪、LNG船將成為未來極地海域內(nèi)的四大主力船型。
目前歐亞與歐美貿(mào)易貨運中機械設備和工業(yè)制成品占據(jù)了絕大多數(shù)，因此未來第一代極地船舶可能是一種類似多用途船的船型，船長可能會控制在200米以下，最大載重量在2萬噸左右。隨著未來北極航道內(nèi)貨運數(shù)量的持續(xù)增加，極地航行船舶的船長將逐漸增加到250米左右，最大載重量可達到3萬噸。對于未來的極地集裝箱船而言，主尺度自然是越大越好。一方面，極地海域的特殊環(huán)境要求船舶配備更多的安全設備，船身空間越大，設備的布置就越方便；另一方面，與常規(guī)海域相比極地海域的運輸成本依然偏高，而大型船舶的規(guī)模優(yōu)勢將有助于降低單位貨物的運輸成本，從整體上提升極地運輸?shù)木C合競爭力。
然而，極地海域內(nèi)特有的低溫對于鋼材韌性的影響，在很大程度上制約了未來極地集裝箱船船長和船寬的增長。在目前的船用材料與造船技術取得實質(zhì)性的突破前，極地航行的集裝箱船能夠增加的就只有型深了。然而，受集裝箱最大堆裝高度與港口橋吊高度的限制，未來極地集裝箱船在型深方面的增長潛力也十分有限，預計只能在現(xiàn)有基礎上最多增加6-7層集裝箱的裝載量，總載箱量只能提升30%左右。
極地海域內(nèi)特有的低溫對于原油和天然氣的海上運輸極為有利。原油中所溶解的石油氣和輕質(zhì)烴類在海上運輸?shù)倪^程中極易逸出，通常情況下環(huán)境溫度越高所揮發(fā)的石油氣和輕質(zhì)烴類越多。為防止貨艙超壓，船舶在海上航行的過程中這些價格昂貴的石油氣與輕質(zhì)烴類只能通過貨艙的透氣閥排放掉。而對于常壓下在-173℃才能液化的天然氣而言，避免運輸過程中氣體揮發(fā)的難度更大。目前的液化天然氣船（LNG船）只能通過將貨艙揮發(fā)出的氣體作為船舶燃料或通過再液化裝置將其重新轉(zhuǎn)化為液態(tài)運輸，實踐中這兩種做法的成本都不低。而極地地區(qū)所特有的嚴寒氣候能夠?qū)⑹团c天然氣在運輸過程中揮發(fā)處氣體的數(shù)量降到最低，經(jīng)濟優(yōu)勢非常明顯。
從地理位置上來看，目前除中俄能源貿(mào)易能夠大規(guī)模使用管道運輸?shù)哪Ｊ揭酝猓砹_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(jù)其貨品運輸總量的70%。
從目前已探明的全球天然氣資源分布的情況來看，俄羅斯境內(nèi)與俄羅斯實際控制的北極圈境內(nèi)所蘊藏的天然氣資源總量最為豐富，預計到2030年，俄羅斯出口到遠東地區(qū)的天然氣總量將有望突破1000萬噸，因此未來北極航道天然氣運輸市場的前景非常可觀。未來極地LNG船很可能以目前國際航運市場上常見的薄膜型或MOSS型LNG船作為母型進行設計，水線部位的船體結(jié)構將會采取特殊的加強措施以抵御極地海域特有的浮冰對于船體結(jié)構的沖擊，在甲板與舷側(cè)區(qū)域也會增加相應的防凍與除冰設施以確保船舶在低溫環(huán)境中航行的安全性。
由于低溫環(huán)境下貨艙內(nèi)揮發(fā)的貨物蒸汽數(shù)量將非常有限，再液化的總體成本較低，因此極地LNG船無須像常規(guī)LNG船那樣采用貨物蒸汽作為燃料。與其他類型的極地船舶一樣，動力裝置依然是未來極地LNG船的最大懸念，常規(guī)的燃油或氣體燃料在極地海域內(nèi)顯然是不經(jīng)濟的，而將核動力裝置安裝在風險性較高的LNG船上還需要經(jīng)過長期的方案與實踐論證。因此，盡管未來的北極能源運輸通道存在諸多先天性優(yōu)勢，但形成規(guī)模化運輸依然需要相當長的時間。
