摘要：結(jié)合國家節(jié)能減排政策，對清潔能源液化天然氣在水運交通行業(yè)的應(yīng)用進行探討?？偨Y(jié)國內(nèi)外船舶油改氣技術(shù)的發(fā)展，分析長江流域等內(nèi)河航道船舶進行以氣代油的經(jīng)濟性，提出推廣船用燃料以氣代油存在的重點問題及解決思路。
關(guān)鍵詞：船用LNG；LNG船；LNG-柴油混合動力船； 船舶LNG加氣站
Discussion on Using LNG as Fuel
Abstract: The application of LNG as a clean energy in marine traffic is discussed with reference to the national energy-saving and emission-reduction policy. The global development of natural gas as an alternative fuel for ships is summarized. The economic performance of natural gas as an alternative fuel for ships in the inland waterways like
Key words: LNG for ship；LNG-powered ship；LNG-diesel powered ship；LNG refueling station for ships
1 概述
根據(jù)國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃及國務(wù)院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》(國發(fā)[2011]26號)要求，要大力推廣使用清潔能源節(jié)約和替代石油。交通運輸行業(yè)是石油的主要消費領(lǐng)域和節(jié)能減排的重點行業(yè)。陸域交通中汽車燃料用天然氣替代汽油、柴油的技術(shù)在我國已廣泛推廣利用，并取得了巨大的成就[1-3]，但是水域交通中船舶以氣代油工作在我國尚處于起步階段。
根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見》(國發(fā)[2011]2號)，將內(nèi)河水運發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，提出了我國內(nèi)河水運的發(fā)展目標，提出“要利用l0年左右的時間，建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運體系”。交通運輸部發(fā)布的《公路水路交通運輸節(jié)能減排“卜二五”規(guī)劃》中明確要求，至“十二五”末，運營船舶單位運輸周轉(zhuǎn)量能耗要比2005年下降15％，二氧化碳排放量要比2005年下降16％，水運發(fā)展面臨著新的形勢和要求。因此，要大力推進運輸船舶的節(jié)能減排、清潔能源替代石油的工作。
2 船用清潔燃料
目前全球航行船舶每年排放近12×108 t／a的CO2，占全球總排放量的6％，硫化物和氮氧化物的排放量分別占全球總排放量的20％和30％，船用燃料已經(jīng)成為大氣污染的重要成因。越來越多的國家和地區(qū)已經(jīng)意識到這個問題的嚴重性，并迅速開展了船舶清潔燃料的探索和嘗試。
2.1 船舶減排方案
在目前的技術(shù)條件下，船舶可考慮采用的減排方案主要有以下6種：
①低硫燃油。低硫燃油具有發(fā)熱值較高、能直接減少細小顆粒物和二氧化硫排放量的特點。
歐盟海事局頒布的歐盟法令Directive 2005／33／EC《關(guān)于修改?？繗W盟港船舶的燃油含硫量控制的通知》要求，從
②廢氣洗滌器。利用化學品或海水除去發(fā)動機廢氣中的硫，這一工藝需要對船舶進行大規(guī)模的改造，不僅費用較高，也很難在運輸過程中找到污水排放場所。
③生物燃料。生物柴油可以代替部分船用燃油，但面臨蠟質(zhì)堵塞和水分凝析等問題，且生物燃料大多由玉米、小麥、甘蔗等糧食或經(jīng)濟作物提煉，加工成本高于傳統(tǒng)化石燃料，還會造成全球糧食供應(yīng)短缺。
④可再生能源。主要是利用風能、太陽能等可再生能源提供船舶航行時所需要的動力，但這些新能源在技術(shù)上依然沒有較大突破，成本高昂。
⑤燃料電池。挪威船級社在2003年就開始研發(fā)大中型燃料電池，之后韓國大宇造船公司也開始研發(fā)，但目前該技術(shù)仍處于測試階段，距離應(yīng)用還較為遙遠。
⑥液化天然氣(LNG)。LNG具有資源豐富、使用方便、排放清潔等特點，它基本不含硫化物和微小顆粒等有害物質(zhì)；而且經(jīng)過60多年的發(fā)展，LNG已經(jīng)形成了從開采液化、儲存、運輸?shù)浇K端的一整套完整工藝。在提供相同熱量情況下，LNG價格低于柴油價格約30％。在安全性方面，LNG具有無色、無味、無毒、無腐蝕性等特點，密度比空氣輕，發(fā)生泄漏事故時會很快自然氣化，不會對水體產(chǎn)生污染。
2.2 船舶清潔燃料選擇
為應(yīng)對世界氣候變化出臺的環(huán)保法規(guī)，規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標準和時限，特別是在2010年12月聯(lián)合國氣候變化框架公約第16次公約方大會和第6次《京都議定書》成員國大會(簡稱坎昆會議)之后，全球減少碳排放的呼聲日益高漲。為了控制運輸船舶對海洋的污染，國際海事組織(International Maritime Organization，IMO)已出臺規(guī)定，重質(zhì)燃料油平均含硫質(zhì)量分數(shù)將從目前的4.5％降到2020年的0.5％，輕質(zhì)燃料油平均含硫質(zhì)量分數(shù)將從目前的l％降到2015年的0.1％。這將對整個航運業(yè)帶來深刻的變革，同樣也對全球船舶燃料供應(yīng)市場帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。于是，在尋求節(jié)能減排新途徑中，比石油便宜且儲量豐富的液化天然氣(LNG)，以其環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的顯著優(yōu)勢成為未來船舶燃料的首選。
①作為船用燃料，LNG在環(huán)保方面具有突出的優(yōu)勢。目前較成熟的LNG動力船舶為LNG-柴油雙燃料混合動力，船舶采用LNG一柴油雙燃料發(fā)動機，LNG替代約70％的燃油時發(fā)動機運行穩(wěn)定，LNG與柴油混合比例(質(zhì)量比)約為7:3。
LNG氣化后天然氣的平均低熱值約37.85 MJ／m3，密度約
在LNG與柴油混合比例(質(zhì)量比)為7：3的工作狀態(tài)下，雙燃料發(fā)動機與燃油的單燃料發(fā)動相比，硫氧化物和顆粒排放量降低約60％～70％，氮氧化物排放量降低約35％～40％，二氧化碳排放量降低約20％-28％。
②作為船用燃料，LNG在經(jīng)濟方面具有明顯的效益。目前0號柴油零售價為7.40元／L(折合8.82元L／kg)，LNG零售價為5.9元／kg(折合氣態(tài)天然氣4.60 元／m3)，按LNG替換70％的柴油計，LNG-柴油混合動力船舶比純柴油動力船舶燃料成本下降約25％。
③在技術(shù)上，LNG對于船舶也有較好的適用性。
a．LNG具有無色、無味、無毒、無腐蝕性等特點。
b．LNG為低溫液體，即使發(fā)生泄漏事故也會很快自然氣化，其密度比空氣輕，會自動向上擴散，不會對水體產(chǎn)生污染；LNG燃點比汽柴油更高，瞬間著火慢，比汽柴油易擴散，不易達到爆炸極限，安全性強。
C．現(xiàn)有內(nèi)河船舶經(jīng)過改裝，在船舶現(xiàn)有柴油機的基礎(chǔ)上，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和LNG-柴油雙燃料電控噴射系統(tǒng)，將船舶單一的柴油動力改造為LNG-柴油雙燃料動力，LNG替代約70％的柴油，改造后船舶的動力性能與原柴油機的動力性能相當。
綜上所述，LNG作為船舶動力燃料安全環(huán)保、成本優(yōu)勢明顯、使用方便、運行狀態(tài)良好，是未來船舶上替代石油能源的最理想的燃料。
3 國內(nèi)外船用LNG發(fā)展概況
3.1 國際LNG燃料船舶發(fā)展現(xiàn)在
目前，國際上LNG燃料船舶的發(fā)展總體上處于初期起步階段。其特點，一是已經(jīng)投入使用運營的船舶數(shù)量少，范圍小；二是發(fā)展速度較快；三是國際上LNG燃料船舶主要為近海海域運輸?shù)妮^大型船舶。
世界LNG燃料船舶的發(fā)展挪威走在前列。挪威船級社(DNV)早在2001年就已率先制定了一系
列LNG動力船舶的技術(shù)標準規(guī)范，進行了LNG船舶技術(shù)攻關(guān)研究。目前挪威已建立了船用LNG的基礎(chǔ)設(shè)施，有一批專門為LNG動力船加注燃料的船舶。到2012年，全球有20艘LNG燃料動力船，全部在DNV檢驗入級，還有部分LNG燃料動力船正在生產(chǎn)。
①2000年，世界第一艘采用LNG為燃料的渡船“M／F Glutra”號在挪威最大的運輸公司Fjordl集團投入運營。目前Fjordl集團共運營10艘LNG燃料船舶，主要為近海渡輪。
②2003年，世界第一艘以LNG作為燃料的海洋工程船“Viking Energy”號在挪威投入使用。該船總長為
③2005年，法國大西洋船廠為法國天然氣公司建造的世界第一艘最大的雙燃料LNG船交付使用。該船總噸位為49 700 t，載重噸位為34 800 t，全長為
④2009年，挪威皇家海岸警衛(wèi)隊租借的首艘環(huán)保型沿海警戒艦“KV Barentshav”號開始服役，是世界上首艘采用LNG和柴油驅(qū)動的艦艇。該艦采用VS794CGV型設(shè)計，由Kleven Verft公司負責建造。
⑤2010年，STX挪威近海公司為Olympic航運公司建造1艘LNG燃料船。該船采用PSV06LNG
設(shè)計，船長為
⑥2011年，挪威NSK航運公司向土耳其TERSAN船廠訂購了世界上第一艘LNG燃料海貨運輸船，于2012年初交付。該船能夠運輸超過2 000 t的魚產(chǎn)品，將長期租借給BioMar公司在挪威海岸運營。
⑦2012年，德國航運公司Reederei Stefan Patjens公司聯(lián)合挪威船級社等公司對l艘4年船齡的5 000標準箱的集裝箱船進行改裝，采用LNG燃料，該項目于2012年底完成。該船成為全球首艘使用LNG作為燃料的集裝箱船，也是首次在全球航線中使用I,NG作為燃料。
⑧全球第一大集裝箱航運公司丹麥的馬士基集團宣布，訂造20艘以LNG為動力的超大型集裝箱新船。
目前國際上LNG燃料船舶設(shè)計已經(jīng)涉及到超大型船舶。
2010年12月，挪威船級社(DNV)公布一艘超大型油船(Very Large Crude Carrier，VLCC)“Triarity”號的設(shè)計構(gòu)想。該船載質(zhì)量為291 300 t，總長為
201 1年，芬蘭瓦錫蘭公司公布了65 000 t級LNG燃料豪華旅游船的設(shè)計方案。該船長為
3.2 國內(nèi)船用LNG發(fā)展現(xiàn)狀
我國船用LNG燃料動力技術(shù)已取得了關(guān)鍵技術(shù)上的突破，已改造成功LNG-柴油混合動力船舶，為我國水運氣代油工作積累了經(jīng)驗，對拓展綠色航運打下了基礎(chǔ)。
我國LNG燃料船舶主要是對內(nèi)河航道采用柴油為燃料的船舶進行改造，改造的船舶主要為l 000～5 000 t級內(nèi)河航道運輸船。目前已經(jīng)實現(xiàn)了拖輪、散貨船等船舶的LNG-柴油雙燃料改裝試驗，并試航成功。
①
②
③2011年3月，由中國長航集團、北京中興恒和能源科技有限公司共同研發(fā)的3 000 t級LNG-柴油混合動力散貨船“長訊三號”在長江重慶航段試航成功。
④2011年4月，由中石油昆侖能源有限公司承擔及組織研發(fā)的5 000 t級“紅日l
⑤
LNG-柴油雙燃料混合動力就是在船舶現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和燃燒方式不變的前提下，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和柴油-LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，通過電子轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)下兩種運行模式，將船舶單一的柴油動力改造為LNG-柴油雙燃料動力，并可在純柴油和LNG-柴油雙燃料(混燃)兩種狀態(tài)間隨時切換，方便了船機用戶對燃料的選擇。正常航行時以天然氣為主要燃料，柴油只作為引燃天然氣的燃料及發(fā)動機部件潤滑劑。LNG替代約70％的燃油，達到節(jié)省燃油和降低排放的雙重目的。
船體的改造主要為將LNG儲罐布置在船艉部主甲板上，儲罐基座與船體主甲板采用螺栓連接固定，在儲罐和主甲板上的艙室之間沒有隔離空艙，從而使儲罐與艙室和機艙隔開，以確保船舶運營安全和船員生命安全。
經(jīng)改造后空載和滿載試驗表明，船舶采用LNG-柴油混合動力后，LNG替換柴油約70％，LNG-柴油混合動力性能與純柴油動力基本保持一致。
根據(jù)《關(guān)于交通運輸行業(yè)第四批節(jié)能減排示范項目的公示》(交能辦函[2011]49號)，LNG在運輸船舶上的應(yīng)用項目已被列入我國交通運輸行業(yè)第四批節(jié)能減排項目，同時也被列為“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排示范工程。國家已安排將長江、京杭大運河、贛江、西江、珠江水系以及松遼水系等作為LNG動力船舶主要推廣應(yīng)用地區(qū)。
中國長江航運(集團)總公司是我國內(nèi)河最大的航運企業(yè)，是我國航運企業(yè)中唯一能實現(xiàn)遠洋、沿海、長江、運河全程物流服務(wù)的航運企業(yè)。該公司在2010年1月簽約了我國第一個大型內(nèi)河航運清潔能源改造項目——長江航運船舶LNG-柴油雙燃料改造項目。計劃每年改造360艘千噸級運輸船舶，在沿江的主要港口建設(shè)船用LNG加氣站，培育并擴大船舶LNG市場，推進“長江綠色物流創(chuàng)新工程”項目。
中石油昆侖能源有限公司依據(jù)其在天然氣供應(yīng)方面的優(yōu)勢，將天然氣船舶業(yè)務(wù)作為重要發(fā)展戰(zhàn)略，并成立了“船用新型能源(LNG)推廣應(yīng)用領(lǐng)導小組”，組織內(nèi)河船舶清潔能源推廣應(yīng)用工作，重點開發(fā)長江流域、珠江流域、京杭大運河等船用LNG市場，同時決定將廣東、江蘇、安徽和湖北四省作為推廣試點省份。
4 船用LNG的市場前景
“武輪拖302號”、“蘇宿貨1260號”和“長訊3號”等LNG-柴油混合動力船舶試航成功，標志著我國已在內(nèi)河船舶油改氣關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破，長江等內(nèi)河航道使用天然氣這一清潔燃料時代已經(jīng)到來。
據(jù)統(tǒng)計，到2010年底，全國內(nèi)河通航里程達12.4×
根據(jù)“蘇宿1260號”實際試航數(shù)據(jù)，該船滿載3 000 t黃沙從宿遷到淮安往返
5 存在閉題
我國LING-柴油混合動力船舶從2010年8月試航成功至今歷時近3年，試航后的繼續(xù)推進工作卻進展緩慢。尚需積極解決一些問題，才能大力推進LNG燃料動力船的發(fā)展。
所有航運船舶必須通過中國船級社(China Classification Society，CCS)認證才可獲得市場準入證。中國船級社對新能源動力船舶要求十分嚴格，特別是對動力、供氣、安全監(jiān)控等硬件均有嚴格的要求。
2011年，中國船級社(CCS)在2008版《氣體燃料動力船檢驗指南》(GUIDANCE NOTES指導性文件GD06-2008)基礎(chǔ)上修改出臺了新版《氣體燃料動力船檢驗指南》(GUIDANCE NOTES指導性文件GD04-2011)，該指南對以LNG為燃料的發(fā)動機的氣體燃料供應(yīng)、氣體燃料發(fā)動機機艙布置、檢測與安全保護、操作與培訓等方面的內(nèi)容進行了補充，為首部LNG燃料船舶適用的試驗性行業(yè)標準文件。
雖然新版指南的推出使得LNG-柴油混合動力船舶行業(yè)標準問題初步“破題”，實現(xiàn)了行業(yè)發(fā)展的一大跨越，但對于LNG-柴油混合動力船舶的實質(zhì)性推廣及其行業(yè)管理要求依然有差距，應(yīng)完善“指南”，適時上升到“規(guī)范”高度，并考慮到未來發(fā)展方向。只有相關(guān)檢驗標準完善，加快改造船舶的認證，才能使LNG-柴油混合動力船舶進入正常的運營。
因此，應(yīng)加強跨部門、跨行業(yè)的組織協(xié)調(diào)工作，合力解決項目實施中出現(xiàn)的部門審批、船級社認證、燃料供應(yīng)安全性、動力配套等一系列問題，共同推動新型能源船舶項目駛?cè)肟燔嚨馈?span lang="EN-US">
①目前國內(nèi)尚無船舶LNG加氣站，LNG加氣設(shè)施不配套成為LNG燃料船舶推廣的主要障礙。LNG加氣設(shè)施對于船舶改造來講落于其后，目前尚未有船舶LNG加氣站相關(guān)的規(guī)范出臺，船舶LNG加氣設(shè)施的建設(shè)缺乏專業(yè)的技術(shù)依據(jù)，大力推廣建設(shè)有較大的難度。因此，要盡快出臺船舶LNG加氣站有關(guān)規(guī)范，為LNG加氣設(shè)施的建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)。
②船舶LNG加氣站建設(shè)也存在一些技術(shù)難題。由于內(nèi)河航道枯水季與豐水季水位變化較大，如長江流域在重慶地區(qū)枯水季與豐水季水位差約
因此，船舶LNG加氣設(shè)施建設(shè)要積極開拓思路，結(jié)合現(xiàn)有的可參照的規(guī)范、條例及技術(shù)條件，從水域建站、陸域建站等多種渠道考慮建設(shè)方案，對發(fā)展綠色水運、構(gòu)建現(xiàn)代交通運輸體系起到推動作用。
參考文獻：
[1] 周春，莊偉波，時榮劍，等.滬寧高速公路客運發(fā)展LNG汽車的可行性[J].煤氣與熱力，2012，32(9)：B17-B20.
[2] 尤剛，李斌，許可，等.貴州省LNG客車改裝標準的編制[J].煤氣與熱力，2012，32(9)：B21-B24.
[3] 張紀鵬，趙紅，吳彥，等.丹東市燃氣汽車及清潔汽車行動[J].煤氣與熱力，2009，29(9)：B08-Bl2.
本文作者：王衛(wèi)琳 林權(quán)
您可以選擇一種方式贊助本站
支付寶轉(zhuǎn)賬贊助
微信轉(zhuǎn)賬贊助
