2017年國際海事組織極地航行船舶安全規(guī)則的生效讓北極航道的開通成為了全球航運(yùn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

從地理位置上來看，與經(jīng)馬六甲海峽、蘇伊士運(yùn)河、直布羅陀海峽的傳統(tǒng)東西方航道相比，船舶經(jīng)北冰洋航行到達(dá)歐洲或美洲，總航程大約6700海里，耗時(shí)約22天，平均航程縮短了近3000海里，航行時(shí)間有望縮短9～10天，理論上不僅能夠?yàn)榇瑬|和貨主節(jié)約不菲的燃料開銷，還能從整體上提升海上貨運(yùn)效率。與此同時(shí)，航行在北極海域內(nèi)的商船能夠避開目前長期困擾航運(yùn)業(yè)的東南亞與索馬里地區(qū)海盜的威脅。隨著未來全球范圍內(nèi)氣候變暖可能引發(fā)的北極冰川的進(jìn)一步消融，未來北極航道的商業(yè)化運(yùn)營價(jià)值將不斷提升。

極地海域內(nèi)特殊環(huán)保要求的持續(xù)升級(jí)將在一定程度上增加未來北極航行船舶的運(yùn)營成本。從這個(gè)角度來看，船舶動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性方面的突破將成為未來北極航道能否順利通航的關(guān)鍵。總體來看，氣體燃料動(dòng)力裝置與核動(dòng)力裝置似乎更能匹配北極航道對于船舶動(dòng)力裝置的需求。

與含有酸性雜質(zhì)的、低溫狀態(tài)下為粘稠液體的燃油相比，在環(huán)保性能方面更具優(yōu)勢的天然氣無疑更容易匹配北極海域內(nèi)嚴(yán)苛的環(huán)保要求。無論采用何種型式的原動(dòng)機(jī)，天然氣在燃燒過程中相對燃油而言至少能夠減少90%以上的氮氧化物與硫氧化物，70%以上的二氧化碳與60%的顆粒物排放，且燃料意外泄漏后對于周邊環(huán)境的潛在不良影響也遠(yuǎn)低于燃油。北極海域特有的低溫環(huán)境也在一定程度上彌補(bǔ)了天然氣作為船用燃料的劣勢。受目前技術(shù)條件的限制，無論是燃燒天然氣的鍋爐還是氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在總體熱效率方面都難以與柴油機(jī)匹敵，然而航行于北極航道的船舶對于熱量的額外需求能夠在很大程度上解決船上廢熱難以充分利用的問題，在一定程度上平衡氣體燃料動(dòng)力裝置總體熱效率偏低的缺點(diǎn)。與此同時(shí)，天然氣燃料在船上通常會(huì)以液體方式儲(chǔ)存，無論采用降溫還是加壓的方法進(jìn)行液化都無法完全避免燃料在船舶航行過程中的氣化問題，這些在船舶航行過程中蒸發(fā)的氣體燃料（BOG）不僅會(huì)增加燃料額外的損耗，還可能導(dǎo)致船舶航行過程中燃料艙內(nèi)部壓力升高，甚至燃料泄漏，危害船舶航行安全。而北極海域內(nèi)特有的低溫環(huán)境能夠最大限度地減少液化天然氣燃料在船舶航行過程中的蒸發(fā)，提升船舶營運(yùn)過程中總體的經(jīng)濟(jì)性與安全性。更為重要的是，如果未來北極海域內(nèi)全面禁止燃燒重油，天然氣在價(jià)格方面與輕質(zhì)燃油相比無疑更具優(yōu)勢。這將在很大程度上提升以LNG為代表的氣體燃料對于航運(yùn)業(yè)的吸引力。

與常規(guī)的內(nèi)燃?xì)庀啾群藙?dòng)力裝置強(qiáng)大的單機(jī)功率與低廉的營運(yùn)維護(hù)成本在一定程度上也能匹配未來極地航行船舶對于動(dòng)力裝置性能的需求與極地海域特殊的環(huán)保要求。核動(dòng)力裝置的本質(zhì)是一種蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置，由核反應(yīng)堆代替鍋爐產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽驅(qū)動(dòng)透平做功，為船舶推進(jìn)提供動(dòng)力。未來核動(dòng)力極地航行船舶動(dòng)力裝置的配備可能會(huì)有兩種型式。以高壓蒸汽透平直接帶動(dòng)螺旋槳推動(dòng)船舶航行的動(dòng)力裝置方案很可能成為未來極地航行核動(dòng)力船舶動(dòng)力裝置的首選方案。蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置運(yùn)用于機(jī)動(dòng)船舶推進(jìn)的歷史最為悠久，技術(shù)相對成熟，總體可靠性很高。然而蒸汽透平的工作原理決定了其換向時(shí)間過長的問題始終難以解決，由此而引發(fā)的船舶機(jī)動(dòng)性問題對于未來極地航行船舶而言顯然是一個(gè)隱患。隨著近年來電力推進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，以低壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的透平-電力推進(jìn)系統(tǒng)是未來極地航行核動(dòng)力船舶動(dòng)力裝置的另一種可選模式。與主透平直接驅(qū)動(dòng)船舶推進(jìn)器的模式相比，透平-電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體熱效率更高，船舶本身的機(jī)動(dòng)性與推進(jìn)冗余度也更好。從目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)服役的核動(dòng)力船舶的實(shí)際運(yùn)行情況來看，未來的民用核能船舶在整個(gè)生命周期內(nèi)無需添加核燃料，這將進(jìn)一步提升核動(dòng)力船舶在極地地區(qū)航行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。同時(shí)，采用核動(dòng)力裝置的船舶基本不存在發(fā)動(dòng)機(jī)排放方面的問題，相對常規(guī)動(dòng)力裝置船舶而言更容易滿足極地海域嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)要求。目前全球范圍內(nèi)絕大多數(shù)破冰船都采用了核動(dòng)力裝置也從另一個(gè)側(cè)面說明了此類動(dòng)力裝置在極地海域內(nèi)的優(yōu)勢。

從技術(shù)角度而言，常規(guī)船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性與安全性正在成為制約未來北極航道商業(yè)化運(yùn)營的瓶頸。而以氣體燃料動(dòng)力裝置和核動(dòng)力裝置為代表的，能夠匹配未來北極海域航行船舶需求的新型動(dòng)力裝置的推廣也正在受到缺乏全球性統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn)的制約。不同國家政治經(jīng)濟(jì)與技術(shù)水平的差異決定了未來全球統(tǒng)一的新型船舶動(dòng)力裝置安全標(biāo)準(zhǔn)的形成還需要經(jīng)歷相當(dāng)長的一段時(shí)間。在此期間，引入獨(dú)立第三方的認(rèn)證可能是解決新型動(dòng)力裝置在極地航運(yùn)船舶上推廣的方案之一。由相關(guān)主管機(jī)關(guān)都能夠接受的獨(dú)立第三方，根據(jù)相關(guān)國際和地區(qū)間組織都能夠接受的安全標(biāo)準(zhǔn)，通過專業(yè)、公證的評(píng)估方法對采用新型動(dòng)力裝置的船舶安全水平進(jìn)行評(píng)估后所出具的符合性證明文件或?qū)⒊蔀槲磥聿捎眯滦蛣?dòng)力裝置船舶從事國際和地區(qū)間航行的“臨時(shí)通行證”。