山東省LNG雙燃料動力貨船應用和效益分析

張大海,劉健中,李岳洋,陳智同

(1.棗莊實華新能源有限公司,山東 棗莊 277000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

經營管理

山東省LNG雙燃料動力貨船應用和效益分析

張大海1,劉健中2,李岳洋2,陳智同2

(1.棗莊實華新能源有限公司,山東 棗莊 277000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

受船舶污染、廢氣排放以及柴油供應壓力等影響，我國發(fā)展船用LNG，實現(xiàn)近海與內河航運“綠色環(huán)?！币烟嵘狭俗h事日程。2015年，由中國石化天然氣分公司棗莊實華新能源有限公司牽頭新建的山東省首批2艘內河LNG雙燃料動力貨船在棗莊市港航管理局的監(jiān)護下順利下水，實現(xiàn)了山東省內河航運清潔能源船舶“零”的突破，填補了山東省LNG應用于內河新建船舶領域的空白。針對這2艘LNG示范船進行應用和效益分析，總結發(fā)展LNG動力船舶的可行性和實際意義。

柴油-LNG雙燃料動力船；綠色水運；LNG儲罐

近幾年，全球變暖、氣候異常等話題已逐漸成為人們關注的焦點，綠色環(huán)保、節(jié)能減排也已成為全世界大多數國家的共識。在這樣的大環(huán)境下，隨著全球航運業(yè)的發(fā)展，船舶所造成的污染也越來越引起國際社會的關注。特別是內河流域、水利資源豐富、航運交通繁忙、人口居住密集，對節(jié)能減排的要求更高也更為迫切。在綠色低碳、節(jié)能減排的大趨勢下，如何運用新的能源，如何運用新的設備和技術，譬如優(yōu)化的船型設計、高效的推進系統(tǒng)等，來減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)真正意義上的綠色船舶，成為當前亟待解決的問題。LNG燃料船，由于其具備良好的社會效益和經濟效益，又符合國家發(fā)展低碳綠色經濟、節(jié)能減排、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源發(fā)展戰(zhàn)略，使其大力發(fā)展具備了天時和地利，并顯示出較強勁的發(fā)展勢頭。

當前，全球LNG燃料動力船舶應用還處于發(fā)展起步階段，北歐的LNG燃料動力船主要集中在客渡船、平臺供應船兩大船型；美國哈維灣公司投資40億美元建造以LNG作為燃料的平臺供應船；日本、韓國等亞洲國家已紛紛開始設計LNG燃料動力船。

我國LNG燃料動力船舶大多以雙燃料改造為主，據統(tǒng)計，自2010年我國首艘改造船舶成功試航以來，國內批準的“油改氣”試點船舶已達到130艘。隨著LNG儲氣站、LNG水上/岸基加注站、LNG加注船等配套加注設施的規(guī)劃建設和逐步完善，LNG燃料動力船舶產業(yè)的發(fā)展將進入高潮。

為了推動我國LNG燃料動力船舶市場快速健康發(fā)展，國家有關部門陸續(xù)出臺一系列鼓勵政策和規(guī)范法規(guī)，我國“十二五”規(guī)劃已經明確提出，要大力推進船舶節(jié)能和使用綠色能源，重點發(fā)展LNG作為主要的船用清潔能源。中海油、中石油等石油巨頭及5大燃氣公司已正式進入LNG燃料動力船舶領域，未來幾年將迎來LNG燃料動力船舶大規(guī)模商業(yè)化運營的黃金發(fā)展期。交通運輸部發(fā)布的《關于推進水運行業(yè)應用液化天然氣的指導意見》提出，到2015年和2020年，內河運輸船舶能源消耗中LNG的比例將先后達到2%以上和10%以上的目標。交通部水運科學院預計，2017年—2020年我國將大約有1萬艘新建LNG燃料動力船。

因此，大力發(fā)展內河LNG燃料動力船舶，是大勢所趨，將會大有作為。搶先掌握內河LNG燃料動力船舶市場，是順應國家發(fā)展、市場經濟、節(jié)能環(huán)保的多方面需求，是決定企業(yè)今后生存和發(fā)展的重要一步。當國家對氣體排放標準的要求越來越高，石油資源越來越少，節(jié)能的呼聲越來越大時，對LNG燃料動力船舶的需求只會越來越多。面對市場機遇，搶占LNG燃料動力船舶的先機，設計和研發(fā)真正適合于內河的LNG船型，將是至關重要的，同時對LNG燃料動力船舶產業(yè)的發(fā)展也具有重要的意義。

1 目標船資料

山東省2艘LNG雙燃料動力貨船主要航行于我國內河A、B、C級航區(qū)，主要以裝載干散貨物為主(積載因數>0.45 m3/t)。主尺度滿足京杭運河標準船型的要求。儲氣罐放置在船舶的尾部，壓縮一部分甲板室的空間，適當降低船員的舒適度，來保證儲氣罐的布置[1-4]。其主要參數如表1所示。實船儲氣罐布置如圖1所示。

表1 船舶主要參數

圖1 實船儲氣罐布置

2 試航試驗參數和經濟分析

工程化應用成功與否的重要指標，是考察其是否具備可行性和實用性?？尚行钥捎纱皥D紙審查、船廠施工及調試和船舶試運行來評估，而試點船舶能否產生可觀的經濟效益則是評價其是否具有實用性的指標之一。通過對山東省2艘LNG示范船主機臺架試驗和試航期間的試驗數據進行定量分析，對經濟效益進行測算。

根據臺架試驗及航行試驗報告，以柴油6.8 元/千克，LNG4.5 元/千克測算，在以正常航速航行時，每小時單機可節(jié)省燃油費用如表2所示，燃料費用節(jié)省對比如表3所示。

表2 單機航行每小時燃油費用對比

圖2 燃料費用節(jié)省對比

由表2可以看出，對比傳統(tǒng)的柴油燃料動力貨船，LNG雙燃料動力貨船將節(jié)省約20%的燃料費。2015年液化天然氣價格如圖3所示?？梢姂肔NG雙燃料動力帶來的收益將大于測算結果。船舶運營商和航運企業(yè)都希望船用動力裝置擁有良好的動力、最佳的能源使用效率，以減少船舶運行成本。相比柴油和其他替代能源，以天然氣為燃料的船舶動力裝置具有與柴油機基本同等的動力性指標。其他替代能源動力裝置目前還無法成為船舶的主要動力，只能作為補充和輔助動力。天然氣發(fā)動機單位輸出功率的成本價格比柴油機低，成本優(yōu)勢明顯。根據國際能源機構對油價與天然氣價格歷年走勢的對比分析報告，國際天然氣價格的漲幅低于油價漲幅，未來國際油價和天然氣價格仍將持續(xù)走高，油價與天然氣價格之間的落差呈越來越大的趨勢，從燃料成本等經濟效益考慮，采用雙燃料發(fā)動機可以降低航運企業(yè)的運營成本，具有非常明顯的經濟效益。

圖3 2015年液化天然氣價格

以上論述中的經濟效益只是對于船東或者船務公司來講，而由行業(yè)發(fā)展前景來看，雙燃料動力船舶的應用無疑會產生巨大的規(guī)模效應，規(guī)?；母脑旌蛻檬俏磥淼内厔葜籟5]。對于天然氣公司來講，LNG的需求量也會大幅增加，由此也能對供氣公司產生巨大的經濟效益。隨著系統(tǒng)的大量應用，相關配套廠商如儲罐、汽化器等關鍵設備生產商，以及改造技術提供單位和改造實施單位也會得到大量的訂單，產生巨大的經濟效益。

3 社會效益分析

LNG動力所產生的社會效益主要從以下幾個方面進行闡述。

3.1 推動技術進步

近年來，LNG在船舶上的應用示范項目被國家列入第四批節(jié)能減排項目，隨之而來的是國內眾多廠商對LNG 動力船舶改造船的熱情投入。然而由于“油改氣”初期缺乏切實可行的技術規(guī)范和驗收標準，改造廠商技術水平良莠不齊，使得國內LNG動力船舶“油改氣”工作推行的并不理想。在這樣的背景下，山東2艘LNG動力示范船的成功下水標志著相關關鍵技術得到了中國船級社武漢規(guī)范所、地方海事局以及船東的認可，對LNG燃料動力船舶的建造技術水平的提高具有明顯的推動作用。

3.2 滿足環(huán)境要求

眾所周知，柴油機排出的尾氣中含有大量的有毒物和致癌物。美國國家環(huán)保局將柴油機排放中的40余種化合物列為危險空氣污染物[6]。這些污染物絕大多數以吸附于柴油機排放出的顆粒(直徑2.5 μm以下)對環(huán)境產生危害，可以通過人體呼吸沉積到肺，影響人體健康，還可以影響港口及城市環(huán)境大氣質量，形成各種程度的酸雨。目前各船用主機廠正在積極研究降低船用柴油機的排放措施，包括采用電控高壓共軌等機內凈化技術和SCR等后處理手段，但會導致成本大幅增加。

應用天然氣發(fā)動機是減少有害物排放的一條重要途徑，天然氣發(fā)動機在經濟性和社會效益等方面與柴油機相比也具有不可替代的明顯優(yōu)勢。天然氣是石化能源中最清潔的能源，其主要成分為甲烷，被稱為大自然賦予的“綠色能源”。天然氣不僅熱值比柴油高，而且燃燒后形成的污染物比傳統(tǒng)的柴油機少。天然氣發(fā)動機可以比柴油發(fā)動機減少90%的NOx以及20%的CO2排放，并能消除SOx及顆粒物的排放。船舶采用天然氣發(fā)動機可以滿足國際海事組織(IMO)當前和2016年開始執(zhí)行的氮氧化物排放法規(guī)，滿足2015年開始執(zhí)行的硫氧化物排放法規(guī)，也能滿足顆粒物排放法規(guī)并能為新船能效設計指數貢獻20%左右[7]。

在此背景下，2011 年國務院和交通部先后出臺的有關內河運輸的相關政策方案明確指出，要著力構建綠色的現(xiàn)代化內河水運體系，實現(xiàn)內河水運綠色發(fā)展。其中，交通部發(fā)布的《公路水路交通運輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》和《“十二五”水運節(jié)能減排總體推進實施方案》，明確了水運節(jié)能減排的目標和主要任務。在船舶方面，其中規(guī)定要調整船舶運力結構，大力推廣應用節(jié)能環(huán)保型運輸船舶。到2015 年，內河船舶單位運輸周轉量能耗下降14%。為達到節(jié)能減排的既定目標，“十二五”期間開展重點技術試點工作，其中包括應用內河柴油和LNG 混合動力船舶技術等。

山東這2艘LNG示范船對于提高LNG動力船設計水平及批量推廣建造具有極強的指導作用，同時LNG動力船的應用推廣也將產生較好的環(huán)境效益。

3.3 完善產業(yè)結構

2014年，由交通運輸部和財政部根據《國務院關于加快長江等內河水運發(fā)展意見》等規(guī)定，聯(lián)合下發(fā)了《內河船型標準化補貼資金管理辦法》(后文簡稱《辦法》)?！掇k法》明確了對于新建LNG 動力示范船的補貼政策。設計單位在設計之初充分參照中國船級社的相關規(guī)范，經交通部水運科學院的技術評估和技術認定，符合《辦法》要求，順利拿到專項補貼資金。

一個適用、可行的雙燃料動力船舶技術方案可以推動一艘試點船舶順利通過相關地方海事局的驗收，一艘通過了驗收的雙燃料改造試點船舶可以加快局部地區(qū)的示范效應，而一個成功的示范案例也會促進該案例在全國的推廣和應用，進而形成以點帶面的影響格局，促進了相關市場的快速健康發(fā)展。

LNG在內河船舶上的應用屬于整個LNG產業(yè)鏈的下游，產業(yè)鏈下游終端用戶的豐富和增加無疑會對整個產業(yè)的發(fā)展產生巨大的促進作用和社會效益，緩解就業(yè)壓力、增加從業(yè)者收入、推動相關產業(yè)發(fā)展、促使法規(guī)政策的完善等。

4 結束語

LNG示范船的建造成功和應用，與傳統(tǒng)的柴油燃料動力貨船對比，有以下幾點優(yōu)勢。

1)減輕船舶運輸成本。按照目前的油價和LNG價格水平，使用LNG清潔能源比使用柴油節(jié)約20%的燃料費用。 按熱值計算，LNG價格只有柴油的60%左右，且因為天然氣燃燒徹底，不易積碳，減少維護費用逾50%。

2)減少環(huán)境污染。以LNG作為船用燃料, CO2排放可降低20%，NOx排放量可減少約30%～40%，SOx和PM顆粒物排放量下降70%～80%。此外，采用LNG作為船舶燃料，還能大幅度的降低發(fā)動機工作時產生的噪聲，減少噪聲污染。

3)提高安全性能。LNG屬低溫液體，即使發(fā)生泄漏事故也會很快自然氣化，其密度比空氣輕，泄漏后會自動向上擴散，不會對水體產生污染；天然氣的燃點比汽柴油更高，瞬間著火比油慢，易擴散，不易達到爆炸極限。

4)降低對于傳統(tǒng)化石燃料的依賴程度。隨著人類的發(fā)展，對于油品的依賴越來越強，需求量也逐年增加，而石油產品的儲量和開采量呈逐年減少的趨勢，當使用LNG作為油品替代品后，能一定程度的減輕石油開采壓力，降低對汽柴油的依賴程度。

[1]管義鋒,史騰飛,李岳洋,等.79 800 DWT雙燃料動力散貨船氣體燃料系統(tǒng)設計[J]. 船舶工程,2015(10):40-44.

[2]吳孟君,管義鋒,李岳洋,等.內河雙燃料動力貨船儲氣罐支撐結構強度分析[J]. 價值工程,2015(33):114-117.

[3]史騰飛,管義鋒.79 800 DWT雙燃料散貨船LNG儲氣罐位置確定[J]. 船海工程, 2015(4):158-161，166.

[4]李岳洋,管義鋒.柴油-LNG雙燃料動力船舶氣體燃料系統(tǒng)設計[J]. 江蘇船舶,2013(5):17-19.

[5]于慧.天然氣價格市場化助力我國能源結構調整[N]. 中國工業(yè)報, 2015-12-15(A3).

[6]王兆省,周廣豐.船舶柴油機NOx排放控制探析[J]. 科技創(chuàng)新與應用,2015(36):49-50.

[7]柳夢源,柳衛(wèi)東,郭峰,等.使用雙燃料推進系統(tǒng)船舶的EEDI計算探討[J]. 船舶與海洋工程,2015(6):52-55.

Influenced by ship pollution,waste gas emission and diesel supply pressure,ship LNG was developed to realize the green environmental protection of coastal and inland river.In 2015,the first two inland LNG dual fuel power cargo ships are launched in ZAOZHUANG under the guardian ship of the Port Management Bureau,filling the blank and achieving a zero break through of inland river clean energy vessel in SHANDONG Province.Application and benefit analysis are carried out aiming at the two LNG model ships.The feasibility and practical significance of the development of LNG power ship are summarized.

diesel-LNG dual fuel power ship;green water transport;LNG tank

張大海(1971-)，男，河南新鄉(xiāng)人，高級工程師，大學本科，主要從事石油工程專業(yè)工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.003

2016-01-07