摘要：結(jié)合國(guó)家節(jié)能減排政策，對(duì)清潔能源液化天然氣在水運(yùn)交通行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行探討?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外船舶油改氣技術(shù)的發(fā)展，分析長(zhǎng)江流域等內(nèi)河航道船舶進(jìn)行以氣代油的經(jīng)濟(jì)性，提出推廣船用燃料以氣代油存在的重點(diǎn)問(wèn)題及解決思路。
關(guān)鍵詞：船用LNG；LNG船；LNG-柴油混合動(dòng)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(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃及國(guó)務(wù)院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》(國(guó)發(fā)[2011]26號(hào))要求，要大力推廣使用清潔能源節(jié)約和替代石油。交通運(yùn)輸行業(yè)是石油的主要消費(fèi)領(lǐng)域和節(jié)能減排的重點(diǎn)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(guó)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(guó)尚處于起步階段。
根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)[2011]2號(hào))，將內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略，提出了我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)的發(fā)展目標(biāo)，提出“要利用l0年左右的時(shí)間，建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系”。交通運(yùn)輸部發(fā)布的《公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“卜二五”規(guī)劃》中明確要求，至“十二五”末，運(yùn)營(yíng)船舶單位運(yùn)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(yùn)發(fā)展面臨著新的形勢(shì)和要求。因此，要大力推進(jìn)運(yùn)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(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，并迅速開(kāi)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(xì)小顆粒物和二氧化硫排放量的特點(diǎn)。
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(xué)品或海水除去發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的硫，這一工藝需要對(duì)船舶進(jìn)行大規(guī)模的改造，不僅費(fèi)用較高，也很難在運(yùn)輸過(guò)程中找到污水排放場(chǎng)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(wèn)題，且生物燃料大多由玉米、小麥、甘蔗等糧食或經(jīng)濟(jì)作物提煉，加工成本高于傳統(tǒng)化石燃料，還會(huì)造成全球糧食供應(yīng)短缺。
④可再生能源。主要是利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源提供船舶航行時(shí)所需要的動(dòng)力，但這些新能源在技術(shù)上依然沒(méi)有較大突破，成本高昂。
⑤燃料電池。挪威船級(jí)社在2003年就開(kāi)始研發(fā)大中型燃料電池，之后韓國(guó)大宇造船公司也開(kāi)始研發(fā)，但目前該技術(shù)仍處于測(cè)試階段，距離應(yīng)用還較為遙遠(yuǎn)。
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(diǎn)，它基本不含硫化物和微小顆粒等有害物質(zhì)；而且經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，LNG已經(jīng)形成了從開(kāi)采液化、儲(chǔ)存、運(yùn)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(jià)格低于柴油價(jià)格約30％。在安全性方面，LNG具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性等特點(diǎn)，密度比空氣輕，發(fā)生泄漏事故時(shí)會(huì)很快自然氣化，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染。
2.2 船舶清潔燃料選擇
為應(yīng)對(duì)世界氣候變化出臺(tái)的環(huán)保法規(guī)，規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)限，特別是在2010年12月聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約第16次公約方大會(huì)和第6次《京都議定書》成員國(guó)大會(huì)(簡(jiǎn)稱坎昆會(huì)議)之后，全球減少碳排放的呼聲日益高漲。為了控制運(yùn)輸船舶對(duì)海洋的污染，國(guó)際海事組織(International Maritime Organization，IMO)已出臺(tái)規(guī)定，重質(zhì)燃料油平均含硫質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)將從目前的l％降到2015年的0.1％。這將對(duì)整個(gè)航運(yùn)業(yè)帶來(lái)深刻的變革，同樣也對(duì)全球船舶燃料供應(yīng)市場(chǎng)帶來(lái)了新的機(jī)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(chǔ)量豐富的液化天然氣(LNG)，以其環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的顯著優(yōu)勢(shì)成為未來(lái)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(shì)。目前較成熟的LNG動(dòng)力船舶為LNG-柴油雙燃料混合動(dòng)力，船舶采用LNG一柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，LNG替代約70％的燃油時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)與燃油的單燃料發(fā)動(dòng)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(jì)方面具有明顯的效益。目前0號(hào)柴油零售價(jià)為7.40元／L(折合8.82元L／kg)，LNG零售價(jià)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(jì)，LNG-柴油混合動(dòng)力船舶比純柴油動(dòng)力船舶燃料成本下降約25％。
③在技術(shù)上，LNG對(duì)于船舶也有較好的適用性。
a．LNG具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性等特點(diǎn)。
b．LNG為低溫液體，即使發(fā)生泄漏事故也會(huì)很快自然氣化，其密度比空氣輕，會(huì)自動(dòng)向上擴(kuò)散，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染；LNG燃點(diǎn)比汽柴油更高，瞬間著火慢，比汽柴油易擴(kuò)散，不易達(dá)到爆炸極限，安全性強(qiáng)。
C．現(xiàn)有內(nèi)河船舶經(jīng)過(guò)改裝，在船舶現(xiàn)有柴油機(jī)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(dòng)力改造為LNG-柴油雙燃料動(dòng)力，LNG替代約70％的柴油，改造后船舶的動(dòng)力性能與原柴油機(jī)的動(dòng)力性能相當(dāng)。
綜上所述，LNG作為船舶動(dòng)力燃料安全環(huán)保、成本優(yōu)勢(shì)明顯、使用方便、運(yùn)行狀態(tài)良好，是未來(lái)船舶上替代石油能源的最理想的燃料。
3 國(guó)內(nèi)外船用LNG發(fā)展概況
3.1 國(guó)際LNG燃料船舶發(fā)展現(xiàn)在
目前，國(guó)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(diǎn)，一是已經(jīng)投入使用運(yùn)營(yíng)的船舶數(shù)量少，范圍?。欢前l(fā)展速度較快；三是國(guó)際上LNG燃料船舶主要為近海海域運(yùn)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(jí)社(DNV)早在2001年就已率先制定了一系
列LNG動(dòng)力船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)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(dòng)力船加注燃料的船舶。到2012年，全球有20艘LNG燃料動(dòng)力船，全部在DNV檢驗(yàn)入級(jí)，還有部分LNG燃料動(dòng)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(hào)在挪威最大的運(yùn)輸公司Fjordl集團(tuán)投入運(yùn)營(yíng)。目前Fjordl集團(tuán)共運(yùn)營(yíng)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(hào)在挪威投入使用。該船總長(zhǎng)為
③2005年，法國(guó)大西洋船廠為法國(guó)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(zhǎng)為
④2009年，挪威皇家海岸警衛(wèi)隊(duì)租借的首艘環(huán)保型沿海警戒艦“KV Barentshav”號(hào)開(kāi)始服役，是世界上首艘采用LNG和柴油驅(qū)動(dòng)的艦艇。該艦采用VS794CGV型設(shè)計(jì)，由Kleven Verft公司負(fù)責(zé)建造。
⑤2010年，STX挪威近海公司為Olympic航運(yùn)公司建造1艘LNG燃料船。該船采用PSV06LNG
設(shè)計(jì)，船長(zhǎng)為
⑥2011年，挪威NSK航運(yùn)公司向土耳其TERSAN船廠訂購(gòu)了世界上第一艘LNG燃料海貨運(yùn)輸船，于2012年初交付。該船能夠運(yùn)輸超過(guò)2 000 t的魚產(chǎn)品，將長(zhǎng)期租借給BioMar公司在挪威海岸運(yùn)營(yíng)。
⑦2012年，德國(guó)航運(yùn)公司Reederei Stefan Patjens公司聯(lián)合挪威船級(jí)社等公司對(duì)l艘4年船齡的5 000標(biāo)準(zhǔn)箱的集裝箱船進(jìn)行改裝，采用LNG燃料，該項(xiàng)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(yùn)公司丹麥的馬士基集團(tuán)宣布，訂造20艘以LNG為動(dòng)力的超大型集裝箱新船。
目前國(guó)際上LNG燃料船舶設(shè)計(jì)已經(jīng)涉及到超大型船舶。
2010年12月，挪威船級(jí)社(DNV)公布一艘超大型油船(Very Large Crude Carrier，VLCC)“Triarity”號(hào)的設(shè)計(jì)構(gòu)想。該船載質(zhì)量為291 300 t，總長(zhǎng)為
201 1年，芬蘭瓦錫蘭公司公布了65 000 t級(jí)LNG燃料豪華旅游船的設(shè)計(jì)方案。該船長(zhǎng)為
3.2 國(guó)內(nèi)船用LNG發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)船用LNG燃料動(dòng)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(dòng)力船舶，為我國(guó)水運(yùn)氣代油工作積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)拓展綠色航運(yùn)打下了基礎(chǔ)。
我國(guó)LNG燃料船舶主要是對(duì)內(nèi)河航道采用柴油為燃料的船舶進(jìn)行改造，改造的船舶主要為l 000～5 000 t級(jí)內(nèi)河航道運(yùn)輸船。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了拖輪、散貨船等船舶的LNG-柴油雙燃料改裝試驗(yàn)，并試航成功。
①
②
③2011年3月，由中國(guó)長(zhǎng)航集團(tuán)、北京中興恒和能源科技有限公司共同研發(fā)的3 000 t級(jí)LNG-柴油混合動(dòng)力散貨船“長(zhǎng)訊三號(hào)”在長(zhǎng)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(dān)及組織研發(fā)的5 000 t級(jí)“紅日l
⑤
LNG-柴油雙燃料混合動(dòng)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(guò)電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)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(yùn)行模式，將船舶單一的柴油動(dòng)力改造為LNG-柴油雙燃料動(dòng)力，并可在純柴油和LNG-柴油雙燃料(混燃)兩種狀態(tài)間隨時(shí)切換，方便了船機(jī)用戶對(duì)燃料的選擇。正常航行時(shí)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(dòng)機(jī)部件潤(rùn)滑劑。LNG替代約70％的燃油，達(dá)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(chǔ)罐布置在船艉部主甲板上，儲(chǔ)罐基座與船體主甲板采用螺栓連接固定，在儲(chǔ)罐和主甲板上的艙室之間沒(méi)有隔離空艙，從而使儲(chǔ)罐與艙室和機(jī)艙隔開(kāi)，以確保船舶運(yùn)營(yíng)安全和船員生命安全。
經(jīng)改造后空載和滿載試驗(yàn)表明，船舶采用LNG-柴油混合動(dòng)力后，LNG替換柴油約70％，LNG-柴油混合動(dòng)力性能與純柴油動(dòng)力基本保持一致。
根據(jù)《關(guān)于交通運(yùn)輸行業(yè)第四批節(jié)能減排示范項(xiàng)目的公示》(交能辦函[2011]49號(hào))，LNG在運(yùn)輸船舶上的應(yīng)用項(xiàng)目已被列入我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)第四批節(jié)能減排項(xiàng)目，同時(shí)也被列為“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排示范工程。國(guó)家已安排將長(zhǎng)江、京杭大運(yùn)河、贛江、西江、珠江水系以及松遼水系等作為LNG動(dòng)力船舶主要推廣應(yīng)用地區(qū)。
中國(guó)長(zhǎng)江航運(yùn)(集團(tuán))總公司是我國(guó)內(nèi)河最大的航運(yùn)企業(yè)，是我國(guó)航運(yùn)企業(yè)中唯一能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋、沿海、長(zhǎng)江、運(yùn)河全程物流服務(wù)的航運(yùn)企業(yè)。該公司在2010年1月簽約了我國(guó)第一個(gè)大型內(nèi)河航運(yùn)清潔能源改造項(xiàng)目——長(zhǎng)江航運(yùn)船舶LNG-柴油雙燃料改造項(xiàng)目。計(jì)劃每年改造360艘千噸級(jí)運(yùn)輸船舶，在沿江的主要港口建設(shè)船用LNG加氣站，培育并擴(kuò)大船舶LNG市場(chǎng)，推進(jìn)“長(zhǎng)江綠色物流創(chuàng)新工程”項(xiàng)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(shì)，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(dǎo)小組”，組織內(nèi)河船舶清潔能源推廣應(yīng)用工作，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)長(zhǎng)江流域、珠江流域、京杭大運(yùn)河等船用LNG市場(chǎng)，同時(shí)決定將廣東、江蘇、安徽和湖北四省作為推廣試點(diǎn)省份。
4 船用LNG的市場(chǎng)前景
“武輪拖302號(hào)”、“蘇宿貨1260號(hào)”和“長(zhǎng)訊3號(hào)”等LNG-柴油混合動(dòng)力船舶試航成功，標(biāo)志著我國(guó)已在內(nèi)河船舶油改氣關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，長(zhǎng)江等內(nèi)河航道使用天然氣這一清潔燃料時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2010年底，全國(guó)內(nèi)河通航里程達(dá)12.4×
根據(jù)“蘇宿1260號(hào)”實(shí)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(guó)LING-柴油混合動(dòng)力船舶從2010年8月試航成功至今歷時(shí)近3年，試航后的繼續(xù)推進(jìn)工作卻進(jìn)展緩慢。尚需積極解決一些問(wèn)題，才能大力推進(jìn)LNG燃料動(dòng)力船的發(fā)展。
所有航運(yùn)船舶必須通過(guò)中國(guó)船級(jí)社(China Classification Society，CCS)認(rèn)證才可獲得市場(chǎng)準(zhǔn)入證。中國(guó)船級(jí)社對(duì)新能源動(dòng)力船舶要求十分嚴(yán)格，特別是對(duì)動(dòng)力、供氣、安全監(jiān)控等硬件均有嚴(yán)格的要求。
2011年，中國(guó)船級(jí)社(CCS)在2008版《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》(GUIDANCE NOTES指導(dǎo)性文件GD06-2008)基礎(chǔ)上修改出臺(tái)了新版《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》(GUIDANCE NOTES指導(dǎo)性文件GD04-2011)，該指南對(duì)以LNG為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料供應(yīng)、氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙布置、檢測(cè)與安全保護(hù)、操作與培訓(xùn)等方面的內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充，為首部LNG燃料船舶適用的試驗(yàn)性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件。
雖然新版指南的推出使得LNG-柴油混合動(dòng)力船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題初步“破題”，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)發(fā)展的一大跨越，但對(duì)于LNG-柴油混合動(dòng)力船舶的實(shí)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(shí)上升到“規(guī)范”高度，并考慮到未來(lái)發(fā)展方向。只有相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完善，加快改造船舶的認(rèn)證，才能使LNG-柴油混合動(dòng)力船舶進(jìn)入正常的運(yùn)營(yíng)。
因此，應(yīng)加強(qiáng)跨部門、跨行業(yè)的組織協(xié)調(diào)工作，合力解決項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的部門審批、船級(jí)社認(rèn)證、燃料供應(yīng)安全性、動(dòng)力配套等一系列問(wèn)題，共同推動(dòng)新型能源船舶項(xiàng)目駛?cè)肟燔嚨馈?span lang="EN-US">
①目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)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(duì)于船舶改造來(lái)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(tái)，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(tái)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(zhǎng)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(kāi)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(duì)發(fā)展綠色水運(yùn)、構(gòu)建現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系起到推動(dòng)作用。
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本文作者：王衛(wèi)琳 林權(quán)
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