文:東灘智庫
現代化高新技術在海洋開發過程中的應用,使得大范圍、大規模的海洋資源開發和利用成為可能,向海洋要食品、要資源、要財富的藍色革命,使得海洋經濟逐步成為一個獨立的經濟體系。2009年以來,東灘智庫參與了青島嶗山區、泉州晉江市等地藍色經濟區建設相關課題研究,今年又對中集來福士等海工裝備企業做了調研,對海洋戰略性新興產業有了更深入的了解。
隨著“十四五”時期中國深地深海深空戰略的推進,海洋作為高質量發展的戰略要地海上風電運維母船,將在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力方面發揮更加重要的作用,海洋裝備無疑將成為推進海洋深度開發的重要工具。這里對未來10大海洋裝備領域(不含海洋軍工)做個簡要分析和市場展望。
一、新型動力船舶
隨著大氣污染和水污染防治工作的不斷深化,能有效減少船舶污染物排放的LNG、氫能、氨氣、動力電池等新型動力船正受到越來越多的關注。LNG因動力技術相對成熟等優勢成為當下應用最為廣泛的替代燃料,氨、氫能源未來可能成為主流的零碳排放船舶動力替代燃料,其中氫燃料電池船舶或將成為下一個產業投資布局新風口。
從技術層面來看,氫燃料電池在船舶領域的應用,相較傳統燃油船舶與動力電池船舶均有優勢。氫燃料電池船舶基礎技術成熟但成本高昂,船舶用氫燃料電池模組實現從200kw擴展至兆瓦級,電能效率突破55%。目前氫能船舶領域還沒有成熟的商用船只,技術研發正積極實現降低成本和全環節技術鏈條整合,推動形成圍繞氫燃料電池船舶的完整產業鏈。自2018年以來,國家和地方層面分別出臺多項政策,從技術研發、落地推廣等角度推動氫燃料電池船舶發展,預計2025年氫燃料電池系統改造船數量和新建氫燃料電池船舶數量將分別達到400艘和200艘。
二、大型郵輪等高端船舶
目前我國大部分造船企業主要是生產技術含量相對較低的散貨船、油船、集裝箱船的能力,從2013年以來,船舶企業出現大量關閉和倒閉的現象。而液化天然氣(LNG)船、液化石油氣(LPG)船、客滾船、化學品船、多用途船等高技術船舶產能過剩問題并不突出,中國在高端船舶制造正在不斷突破,如8.3萬立方米超大型全冷式液化石油氣運輸船、22000箱超大型LNG集裝箱船等。
大型郵輪是船舶工業“皇冠上的最耀眼的明珠”,郵輪產業鏈的形成是以郵輪作為主要載體,以休閑、觀光、游玩等為具體內容,以船舶制造、交通運輸、游覽觀光、后勤保障、餐飲購物、港口服務和銀行保險等行業構成完整的產業鏈條。目前世界郵輪設計建造及配套產業鏈主要集中在意大利芬坎蒂尼集團、德國邁爾造船廠和法國大西洋造船廠,高端內河游輪、極地郵輪、中小型郵輪以及超大型郵輪等產品。上海、青島等城市正在規劃郵輪產業發展新藍圖。
三、深海資源勘探和開發
國際海底擁有豐富的礦產資源,以多金屬結核、多金屬硫化物和富鈷鐵錳結核為主。據估計,大洋海底多金屬結核總資源量約3萬億噸,有商業開采潛力的達750億噸;海底富鈷結殼中鈷資源量約為10億噸。另外,最近幾年在深海又發現了大量的稀土資源,僅太平洋深海沉積物中稀土資源量就達880億噸。
近年來,美國、加拿大、英國等一些國家的深海礦業公司正在加緊采礦技術研發。國際海底礦產資源勘探加速,商業性開采時代或將來臨,這將為深遠海勘探船、探礦船、鉆采設備、鉆井平臺等海洋裝備提供巨大機遇。如深遠海勘探/探礦船,為推進深遠海總體資源情況考察,繪制深遠海資源圖譜吊車出租,需要有集油氣開采、可燃冰探測、礦產資源探測、極地科考等功能為一體的極地深遠海勘探/探礦船舶。再如深海鉆井平臺,借助我國可燃冰開發歷史性機遇,深挖北海、里海、俄羅斯等特殊市場機會,可推動科考勘探裝備、特種鉆井裝備等研發。
四、海上風能源開發裝備
海上風電是風力發電的重要領域,是推動風電技術進步和產業升級的重要力量。截至2020年底,全球已投運海上風電場共162個,累計裝機容量32.5GW,其中2020年新增海上風電裝機容量5.2GW,創歷史新高。近年來,山東、江浙、福建、廣東等中東部沿海經濟發達、負荷集中地區,海上風電市場得到快速發展,2020年中國新增海上風電裝機規模達到2.1GW,成為海上風電發展的引領者。
海上風電產業鏈,以海上風電場規劃及裝備需求為契機,需要有海上浮式風電裝備總體方案,突破海上浮式風電裝備的總體設計及關鍵系統集成設計技術。大功率風機已成為海上風電未來的發展方向,運輸吊裝運維設備和船舶進一步專業化。針對海上風場建設、電力輸送、風場運維等需求,需要開展海上升壓站、海上換流站、大型風電安裝船、風電運維母船等裝備研發設計,推動并促進海上風電裝備整體產業化。
五、海上清潔能源裝備
海上LNG發電裝備研發。針對“海上絲綢之路”經濟帶沿線東南亞國家供電需求,兼顧我國南海島嶼電力供應,通過突破并掌握LNG燃料發電船的總體設計及關鍵系統集成設計技術,開發和拓展為滿足海島、邊遠沿海區域快速提供用清潔電需求的LNG發電綜合解決方案。
海上制氫裝備研發。當前全球已有6個國家(英國、荷蘭、比利時、法國、德國、中國)布局海上風電制氫規劃。2020年2月,荷蘭殼牌公司宣布啟動全球最大的綠色氫氣項目計劃NortH2(荷蘭北部氫谷重要項目二手吊車,2040年規模達到10GW)。利用海上風能、海洋能、太陽能等清潔能源對海水進行電解制氫,是綠色的氫氣,將是未來氫產業發展的主要供應來源。針對海上風電制氫工藝、裝備、系統等開展總體研究,開發海上制氫裝備。
海上核電方案開發。海上移動式小型核電站,是小型核反應堆與船舶工程的有機結合,可為海洋石油開采和偏遠島嶼提供安全、有效的能源供給,也可用于大功率船舶和海水淡化領域。由俄羅斯建造的世界首座海上核電站布局在俄羅斯遠東地區海上風電運維母船,能夠提供70兆瓦的電力。中國核電、上海電氣等5家企業共同出資成立的“中核海洋核動力發展有限公司”,計劃在南海島礁建造20座海上核電站。
六、深潛器及水下機器人
深潛器是具有水下觀察和作業能力的活動深潛水裝置,主要用來執行水下考察、海底勘探、海底開發和打撈、救生等任務,并可以作為潛水員活動的水下作業基地。主要有四種類別:研究、旅游、政府/軍事和商業應用/私人探險;按照作業深度可以劃分為三類:超過1000米的(一級載人潛水器);在300米-1000米范圍內作業的(二級載人潛水器)和在300米以內作業的潛水器和其他設備(三級)。
水下機器人也稱無人遙控潛水器,是一種工作于水下的極限作業機器人。涉及水下機器人的能源提供、精準定位、零可見度導航、高強輕質材料等技術的研究。在海洋養殖領域,采用水下機器人進行海產品捕撈、推進海洋牧場的智能化和工業化水平成為大勢所趨。海洋石油工程、海洋科考、海洋打撈等領域對水下機器人的需求猛漲,而且呈現不斷增多的態勢。
七、海上超大型設施拆解裝備
全球現存超過7000個固定式海洋油氣鉆采平臺,每年數量還在持續增加。在全球固定式海洋油氣鉆采平臺中,有約1000個重量超過4000噸,預計其中每年有35-50個需要被拆解;另外全球每年安裝超過300個新的海洋平臺,其中約100個重量超過4000噸,海上油氣設施拆除工作量巨大。
目前國際上具備大型油田設施整體吊裝能力的裝備有瑞典的先鋒精神號、美國的VersaBar等,但是作業費用高昂、性價比不高。基于中國在造船、工程機械等領域技術的不斷發展,這里的可拓展市場空間巨大。可以針對超大型海上結構物拆解的需求,開發超大型海上聯合作業起重作業裝備,開展一體化拆解作業模式研究、關鍵結構設計優化、壓載耦合控制和多船協同拆解作業控制等關鍵技術研究。
八、智能化浮式漁業裝備
隨著國民生活水平的不斷提高,提升國民蛋白質攝取量,增加海洋魚類的供應量,促進了國家海洋養殖從近海向深遠海縱深發展,為漁業養殖裝備發展提供了廣闊的市場空間。近年來,連云港海州灣、廈門五緣灣、珠海萬山群島、海南三亞等地也已啟動建設不同規模的海洋牧場,而深遠海養殖已成為海洋牧場發展的新趨勢。另外,傳統的海洋牧場正在向集生產、觀光、垂釣、餐飲、娛樂、文化、科普等于一體的現代化漁業綜合體邁進。這極大帶動了海洋牧場多功能平臺、養殖工船、大型深水智能網箱等裝備,以及智能化養殖、物聯網大數據平臺等的研發和產業化。
九、海上火箭發射平臺
海上發射是國際航天界醞釀多年的一種新的火箭、衛星發射方式,與常規在陸地進行運載火箭發射不同,海上發射運載火箭具有可靠、安全、經濟等優勢。我國處于高緯度地區,對于火箭發射在低緯度有著天然的競爭優勢,同時“一帶一路”沿線國家,特別是亞太及東南亞低緯度地區國家,均有發展衛星技術的迫切需求。通過建設海上發射專用平臺,可具備實施全球全海域發射能力,滿足低緯度地區小衛星組網發射需求,帶動“海上絲綢之路”沿線國家航天技術發展,有效服務于“一帶一路”建設。針對我國海上航天發射與回收需求,開展海上發射、回收裝備的研發設計、建造及運維,具有巨大的市場前景。
十、海水綜合利用開發平臺
海水綜合利用重點關注海水淡化領域,主要瞄準“一帶一路”沿線島嶼國家淡水資源需求、島嶼開發淡水資源需求、缺水城市淡水資源需求,以及人對海洋深層水這類高質量、無污染的海洋水的需求,開展海水淡化平臺&海洋深層取水平臺總體方案開發、海水制淡方案設計、淡水供需方案設計、苦咸水再利用技術、淡水輸送方案等技術研究。天津規劃打造世界級海水淡化產業集群,將以工業點對點利用為主、城市公共供水等為輔,提高海水淡化水在水資源中的配置比例;同時發展研發設計、整機制造、裝備集成、設備加工、材料部件、藥劑生產、工程總包等產業。