“中远海运绿水01”试航中。
工作人员在调试船舶智能航行系统。
工作人员在查看船舶自动化控制系统有关数据。
“中远海运绿水01”正在进行换电作业，图为箱式电池吊装中。扬州中远海运重工供图
近日，随着一声汽笛声响，目前我国最大、国内首制万吨级纯电动力集装箱船“中远海运绿水01”缓缓靠泊上海洋山港盛东码头1号泊位。
“中远海运绿水01”由中远海运发展投资、中远海运重工所属扬州中远海运重工设计建造，具有完全自主知识产权。从外观上看，该船船型狭长，桥楼正立于艏尖舱上方，外围与船舱连为一体，加之经典的蓝红配色，颇易辨识。除了“颜值”，其实力更不容小觑。
作为“我国最大”“国内首制”，“中远海运绿水01”究竟有什么与众不同之处？有何航运价值？听听设计研发人员怎么说。
江海直达、超足动力、船电分离
特殊“本领”树立航运业绿色发展新标杆
全球贸易的90%通过海运完成，但船舶航运产生的环境污染不容忽视。当前，在国际海事组织（IMO）2020限硫令和“双碳”目标背景下，航运业也在加紧推进绿色转型。“中远海运绿水01”正是在这样的大背景下诞生的。
“这是集团聚焦新能源赛道打造的绿色低碳智能航运示范重点项目，我们探索船舶排放零碳化路径，致力于将‘中远海运绿水01’打造成一艘绿色示范船舶，为绿色长江建设、绿色纯电动力船舶运输产业链建设，以及‘双碳’目标的实现，提供中国远洋海运解决方案。”中远海运重工设计研究院副总设计师刘玉涛说。
成为一艘绿色船舶并不容易，要进行一场“积分赛”。业界对于绿色船舶形成的共识是，要在船舶的设计、生产、使用、回收利用等环节，最大程度实现低耗能、低排放、低污染、高能效等目标。为此，中国船级社从能源效率、材料利用、绿色技术应用等方面形成一套生产评估体系，只有超过90分才能通过验收，而“中远海运绿水01”得了120分，且在电动集装箱船领域创造了总长、型宽、装箱数、载重吨及电池容量等多项世界第一。
“中远海运绿水01”总长119.8米，型宽23.6米，型深9米。如此庞大的“体型”，并不影响行驶速度。刘玉涛介绍，在确保经济高效前提下，该船最快能以11.9节的速度在江域行驶，即一小时最快可航行22公里。
能成为绿色船舶的高分“选手”，“中远海运绿水01”自然有“本领”傍身——
江海直达。既能在海上特定区域安全航行，也能适应江（河）航道水深、宽度等通航条件。内河水域环境较稳定，离岸近、航道浅，航行时间短，对航行船舶的舱底水泵、空气管、通风筒和动力等要求相对基础。“为了能适应江海联运的需要，我们在船舶设计时考虑海域航行特点，提升了动力系统、救生消防、通信设备等方面配置标准。”刘玉涛说。
超大容量动力足。电动船的动力主要来源于蓄电池或船用发电机。一般来说，普通电动船电池容量最大只有7500千瓦时，但“中远海运绿水01”动力十足——配置了36个箱式电池作为推进动力源，全船电池总容量约是普通船舶的8倍，在经济航速下续航约600公里。
船、电分离更经济。当电量耗尽，如何快速“补给”也是研发人员需要考虑的问题。“通过岸电充电桩给电动船充电是当前电动船的主要续航方式，要蓄满全船电量，需要100多个小时，显然不现实。”刘玉涛说，“我们为该船量身打造了‘箱式电池换电策略’，通过船、电分离模式，让充电像给遥控器换电池一样方便，所需的时间和经济成本都不会太高。”
记者注意到，纯电模式让“中远海运绿水01”实现零排放、零污染。据估算，该船每行驶100海里，可节约燃油高达3900公斤，减少二氧化碳排放12.4吨，同时节约能耗费用约3.35万元。此外，因为该船机舱设置在艉部，与艏部的驾驶室和生活区距离远，加之电马达本身“除噪”能力强，船员犹如在“零噪音”环境下航行。
突破多项“从0到1”关键技术
积累绿色能源船型设计研发和建造经验
“中远海运绿水01”的单个箱式电池与20英尺标准集装箱一般大小，嫩绿色的箱体在艉部红色围栏的映衬下格外醒目。这么多箱式电池放在哪儿、怎么放？其中大有门道。
此前，国内从未有过如此多数量箱式电池装船案例和设计，如何在减少对船舶浮态和危险品箱布置影响的前提下，解决多层堆叠散热差、结构总纵强度要求高、营运操作不便等问题？唯有一次次尝试比对。
刘玉涛说，研发团队针对装箱量、浮态、结构、通风等维度，结合箱式电池的布置和分组、用电和换电顺序、电池电量控制管理，以及推进马达和齿轮箱、螺旋桨匹配等，对方案进行反复研讨，不断迭代优化，最后确定将36个箱式电池设在艉部，6个一组，分三层堆叠，其总体积占整艘船装载空间的10%。“这种布置方式能够最大程度确保总装箱量和冷藏箱量，还能减少电源堆垛层数，远离危险品箱及船员生活区，并且无需机械通风。”
箱式电池分组分层放置的优势在于方便用电管理。据了解，每组电池箱的电量足以满足船舶基本动力和日常用电需求。按照设计规划，每组箱式电池逐层按列使用，从上到下，接力式供电。这就意味着在电量耗尽前，一个时间段内仅有一组电池箱在“工作”。
“为了方便监控电池箱状态，我们还给每个箱式电池赋码编号，并配备电压和温度报警点。”刘玉涛解释，如此一来，船舶在港口换电时就能准确识别已使用完的电源。在运营效率上，吊装一组电池箱仅需约10分钟，相比于一体式充电，既能大幅减少充电时间，还能避免倒箱的繁琐，一举两得。
“中远海运绿水01”的设计和建造过程，充满了挑战和创新。从项目立项到顺利取得船舶入级证书，2年时间里，研发设计团队先后突破了江海直达船型安全等效设计、大容量电池监测及换电策略、直流配电及动力系统、电力控制接口标准制定、动力系统陆上联调试验等多项“从0到1”的关键技术，积累了宝贵的绿色能源船型设计研发和建造经验。
“从0到1”究竟有多难？以大容量电池监测为例，根据中国船级社《纯电池动力船舶检验指南(2019)》要求，船舶有人值班区域应能显示每个电池单体电压和温度，且故障时能报警。按照每个箱式电池配备4000多个电压和温度报警点的要求，全船报警点数量超过15万个，而船用监测报警系统算力最多只能同时处理2万多个报警点的数据。经过数次研讨和程序功能磨合，系统性能得以优化，即当监测报警系统上显示故障报警点时，可自动抓取、显示有关箱式电池本体的电压和温度信号数据，从而确保船舶和电池安全。
“从0到1”究竟要多久？刘玉涛印象最深刻的是动力系统陆上联调试验，“这是耗时最长、也是最紧张的一段时间”。
其实，普通船舶无需进行动力系统陆上联调试验，但“中远海运绿水01”的动力系统陆上联调试验不分白天黑夜地持续进行了一个多月。“该船的动力系统中，箱式电池、开关网络柜、直流配电板等都是新研发产品，各设备的硬件接口、软件功能、通信协议是否匹配，存在不确定性。因此，开展陆上联调试验是交付前的重要环节，也是必要环节。”刘玉涛解释道。
“智慧大脑”实时监控、全船数据集中管理
推动中国航运业向更加智能方向发展
在“中远海运绿水01”驾驶室内有一块显示屏，能够360度呈现船舶周边水域实时状况，为其在船只密集区域或是狭窄水域航行加了一道“安全阀”。
之所以能看得清、看得全，离不开船上配备的态势感知系统。态势感知系统就像是一位航海经验丰富的瞭望员，智能是它的最大特点。通过识别分析周围环境、船体本身、动态表现等大数据信息，对船舶提供状态监测、安全识别、操作分析等，并针对航行实况提出相应处置措施。
记者注意到，在船身四周共安装了多个摄像头，这些是态势感知系统的“眼睛”。与常规摄像头相比，它们的“视野”更宽、“视力”更好、分辨率更高。
“雷达是通过电磁波反射，在地图上形成一个亮点；电子海图以等高线描绘地形；态势感知系统呈现的则是实实在在的影像，如同汽车上的全景影像，图像清晰直观。”刘玉涛打了个比方，如果航行前方出现其他船只，雷达只能“看到”船只的大小、航行速度、距离等，需要船长根据经验判断有无安全航行威胁。但借助态势感知系统，可实现自动识别、计算安全威胁，提出对应处置方案，精确地反馈给船长，和汽车的自动辅助驾驶功能类似。
作为一艘具备先进智能化水平的船舶，“中远海运绿水01”的智能还体现在管理运行方面。刘玉涛说，该船拥有一个“智慧大脑”——智能船舶系统。除了态势感知系统之外，“智慧大脑”还包含智能航行、智能机舱、智能能效等先进智能系统设备，它们分工明确。例如，想要知道航道天气、水流条件，或者船舶电量等，只要点开智能航行系统便能悉数展现。不仅如此，根据这些信息，系统还能向船员提供航速规划，发出航行安全警示。通过智能能效系统提供的电力管理方面建议，船员可以提前规划换电方案。
智能船舶系统负责实时监控、指挥整船情况，确保航船安全，是船舶的“指挥员”，它的正常运行离不开不断提供各类数据信息的船舶数据中心。研发团队将船身上相互独立的通导系统、机舱自动化系统等，集中连接到统一的网络环境中，以达到全船信息的互联互通，实现全船数据集中管理和信息共享。
在市场需求、技术创新、安全升级等多重因素推动下，船舶电动化在未来将更具潜力和竞争力。
据统计，自今年4月22日投入试运营以来，“中远海运绿水01”已在“洋山-南通-南京”航线累计运输集装箱4000余个。记者了解到，再过不久，它的孪生姐妹“中远海运绿水02”也将迎来首次航行。“两艘船舶实现了中国设计、中国制造，其成功建造为将来电动船舶的迭代升级提供了参考，推动中国航运业朝着更加绿色、低碳、智能的方向发展。”扬州中远海运重工营业部副部长周士龙说。(本报记者陈瑶)