LNG在船舶節(jié)能減排方面的應(yīng)用

牛志剛 楊波 鄭坤 楊靜

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津 300452）

隨著世界能源危機(jī)、全球氣候變暖、環(huán)境污染等問(wèn)題的日益加劇。采取節(jié)能減排措施，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，走進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代成為現(xiàn)階段各國(guó)政府研究的重點(diǎn)。船舶航運(yùn)業(yè)作為國(guó)際貿(mào)易運(yùn)輸?shù)闹匾緩剑磕甓枷拇罅康哪茉?，同時(shí)向空氣中排入大量的CO2、SO2、NOx等氣體，對(duì)大氣及周邊環(huán)境造成很大影響[1]。為了解決船舶行業(yè)面臨的問(wèn)題，各船廠及設(shè)計(jì)單位都提出了多種解決方案。其中，液化天然氣（LNG）作為一種清潔且高效的船舶燃料，具有價(jià)格低、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)，備受各方的關(guān)注。

1 LNG節(jié)能減排特性

LNG是液化天然氣的簡(jiǎn)稱(chēng)，是將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再經(jīng)超低溫（-162℃）加壓液化后形成的液化天然氣。其主要成分是甲烷，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，其重量?jī)H為同體積水的45%左右[2]。

1.1 LNG節(jié)能特性

LNG的熱值為52MMBtu/t，是柴油的1.23倍。使用天然氣作為燃料，與使用柴油和重油相比，在同等熱值條件下，消耗的燃料數(shù)量更少。

1.2 LNG減排特性

LNG是甲烷氣體的液化產(chǎn)物，可能含有少量的乙烷、丙烷以及極少量的氮或通常存在于天然氣中的其他組成。在化石燃料中，甲烷的單位能量中含氫量最高，因此LNG的燃燒過(guò)程有著二氧化碳排放最低的特點(diǎn)。由于LNG的氮、硫含量極少，使用LNG可以大大降低氮氧化物、硫化物的排放。與燃用液體燃料排放情況相比，使用LNG可以使CO排放降低約75%；CO2排放降低約20%；NOx排放降低約80%；苯的排放降低約97%[3]。

2 LNG節(jié)能減排實(shí)例分析

2.1 分析概述

表2 5000m3LNG加注船的主機(jī)工況

本文節(jié)能減排分析按海油發(fā)展采油服務(wù)公司的5000m3LNG加注船，在最大續(xù)航能力、最大裝貨能力以及最大加注能力等條件下的單航次作業(yè)進(jìn)行測(cè)算，為理論數(shù)據(jù)分析。該5000m3LNG加注船采用Gas燃料主機(jī)。該船的運(yùn)營(yíng)狀況及主機(jī)工況如表1、表2所示[3]。

2.2 LNG的實(shí)船節(jié)能分析

根據(jù)5000m3LNG加注船的作業(yè)工況計(jì)算出燃料消耗及其費(fèi)用。該船的GAS燃料主機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较?，單船每年消耗LNG蒸發(fā)氣1963.25t，LNG市場(chǎng)價(jià)格按照6000元/t計(jì)算，則燃料費(fèi)用合計(jì)1177.95萬(wàn)元/年；對(duì)比使用相同工況的常規(guī)柴油機(jī)作動(dòng)力每年消耗MDO2131.53t，MDO價(jià)格按照8500元/t計(jì)算，則燃油費(fèi)用為1811.80萬(wàn)元/年。使用LNG與使用MDO相比，每條船每年節(jié)省燃料34.98%，約633.85萬(wàn)元，在28年的全生命周期內(nèi)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能17747.81萬(wàn)元。LNG在船舶節(jié)能方面優(yōu)勢(shì)突出[3]。

2.3 LNG的實(shí)船減排分析

通過(guò)TEG公司的數(shù)據(jù)計(jì)算可知，每消耗1g的LNG會(huì)產(chǎn)生約3.245g的二氧化碳、0.006mg的二氧化硫、0.024g的氮氧化物；每消耗1g柴油產(chǎn)生約3.36 g的二氧化碳、0.69 mg的二氧化硫、0.442 g的氮氧化物。根據(jù)歐盟排放交易體系，2008年碳排放交易價(jià)格為44.85美元/t，合計(jì)人民幣290元/t。硫化物交易價(jià)格1萬(wàn)元/t，氮氧化物交易價(jià)格按照300元/t計(jì)算。

在節(jié)能分析的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算每航次減排情況、單船每年減排情況以及單船全生命周期減排情況。經(jīng)計(jì)算可知，GAS燃料主機(jī)與常規(guī)柴油機(jī)相比，碳化物排放減少11.05%、硫化物減少99.20%、氮排放減少95.00%。每航次可實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳23.456t、二氧化硫0.043t、氮氧化物26.533t，減排市值1.519萬(wàn)元。單船每年可實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳791.19t、二氧化硫1.46t、氮氧化物895.02t，減排市值51.254萬(wàn)元。單船全生命周期可實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳22153.35t、二氧化硫40.85t、氮氧化物25060.54t，減排市值1435.11萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，LNG燃料在減排方面的優(yōu)勢(shì)突出[3]。

3 LNG在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用前景

表1 5000m3LNG加注船的運(yùn)營(yíng)狀況

隨著國(guó)際能源危機(jī)的加劇、國(guó)際海事組織（IMO）對(duì)海上船舶排放的強(qiáng)制性規(guī)定、各國(guó)防污染法規(guī)的提出等，LNG燃料船的數(shù)量近年來(lái)在飛速增長(zhǎng)。綜合各方面的法規(guī)可以發(fā)現(xiàn)，促使LNG作為船用燃料的驅(qū)動(dòng)因素有：船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）、燃料硫含量限制以及NOx排放要求。IMO對(duì)這三個(gè)因素給予了具體的時(shí)間限制，超出時(shí)限還不能滿(mǎn)足排放要求的船舶將不能繼續(xù)航行[4-6]。船舶排放處理的技術(shù)有多種，如：采用LNG作燃料、使用低硫燃料、安裝脫硫裝置（尾氣清洗）等，但是采用LNG燃料是唯一一種既可以滿(mǎn)足2015年對(duì)SOx又在2016年對(duì)NOx排放要求的方法。因此，合理的使用LNG燃料是迎接這次航運(yùn)業(yè)挑戰(zhàn)的重要手段之一。

為了應(yīng)對(duì)船舶節(jié)能減排的需求，現(xiàn)階段世界各造船大國(guó)都在進(jìn)行LNG使用的研發(fā)。近些年，國(guó)內(nèi)也在積極開(kāi)展LNG的應(yīng)用研發(fā)工作。交通部、工信部、科技部已立項(xiàng)開(kāi)展小型LNG運(yùn)輸船、氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、LNG加注船等相關(guān)與項(xiàng)課題，涵蓋LNG水上應(yīng)用鏈。從2010年起，國(guó)內(nèi)開(kāi)始LNG燃料動(dòng)力船試點(diǎn)，以改造為主結(jié)合新造LNG動(dòng)力船的方式逐漸展開(kāi)船用LNG燃料的使用。

因此，隨著LNG應(yīng)用技術(shù)的逐漸成熟，LNG必將在未來(lái)的船舶領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以采油服務(wù)公司的5000m3LNG加注船為例詳細(xì)論述了LNG作為船舶燃料的節(jié)能減排特性，同時(shí)分析了船舶行業(yè)的國(guó)際節(jié)能減排形勢(shì)及LNG在船舶行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。通過(guò)本文的分析可以得出，LNG作為一種低能耗的清潔能源在船舶節(jié)能減排方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其必將成為船舶行業(yè)能源發(fā)展的重要方向。

[1]逄金星.LNG船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)研究[D].大連理工大學(xué),2014.

[2]黃勇.LNG燃料動(dòng)力內(nèi)河船舶時(shí)代的到來(lái)[A].第十二屆全國(guó)內(nèi)河船舶與航運(yùn)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2012.

[3]中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司.5000m3LNG加注船建造項(xiàng)目可行性研究報(bào)告[R].天津,2014.

[4]胡瓊,陳凱,孫權(quán).新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)及應(yīng)對(duì)策略分析[J]．中國(guó)造船，2011（S1）：27-32.

[5]張向輝.ECA生效是一把把雙刃劍[J].中國(guó)船檢,2012(6):14.

[6]王佐.淺談MARPOL公約大氣污染排放控制的規(guī)定[J].中國(guó)水運(yùn)（理論版）,2006,4(5):183-184.