【摘 要】世界能源日益緊張，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將趕超石油成為世界第一大能源。液化天然氣（LNG）市場(chǎng)是當(dāng)今世界能源工業(yè)中發(fā)展速度最快的市場(chǎng)之一，液化天然氣逐步替代燃料油作為客車、載貨汽車及船舶等的氣體燃燒動(dòng)力。LNG正發(fā)展成為未來的航運(yùn)動(dòng)力，本文在分析研究LNG的特點(diǎn)、LNG動(dòng)力船舶的可行性的基礎(chǔ)上， 提出LNG動(dòng)力船舶的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】液化天然氣；LNG動(dòng)力船；可行性；發(fā)展

0.前言

天然氣作為清潔能源越來越受到青睞，很多國家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應(yīng)中的比例迅速增加。液化天然氣正以每年約12%的高速增長(zhǎng)，成為全球增長(zhǎng)最迅猛的能源行業(yè)之一。LNG作為船舶的燃料動(dòng)力也成為未來航運(yùn)事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，各國船社也已對(duì)LNG動(dòng)力船進(jìn)行應(yīng)用和開發(fā)。

1.LNG應(yīng)用于船舶的特點(diǎn)

天然氣在常壓下，當(dāng)冷卻至約-162℃時(shí)，則由氣態(tài)變成液態(tài)，稱為液化天然氣。天然氣在液化過程中進(jìn)一步得到凈化，甲烷純度更高，不含二氧化碳，硫化物，無色、無味、無毒且無腐蝕性。天然氣液化后密度為420kg/m3，體積為原來的的1/625，大大方便存儲(chǔ)和運(yùn)輸。液化天然氣比水輕，重量?jī)H為同體積水的45%。

不同產(chǎn)地的LNG組分不同，但以甲烷為主，表1為中原油田生產(chǎn)的LNG組分。

LNG液化天然氣目前是全世界增長(zhǎng)速度最快的一種優(yōu)質(zhì)清潔燃料。它具有儲(chǔ)存，運(yùn)輸效率高，雜質(zhì)含量少，燃燒清潔高效，氣價(jià)低平穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)為：

（1）液化天然氣場(chǎng)站建設(shè)不受城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的制約；機(jī)動(dòng)靈活，投資少，見效快；是理想的汽車，工業(yè)生產(chǎn)、電力和民用燃料。

（2）天然氣經(jīng)冷凍液化后其體積縮小600倍，極大的提高了運(yùn)輸效率，有利于天然氣的推廣普及。

（3）天然氣的氣相密度為0.72kg/m3，比空氣要輕，稍有泄露，即可揮發(fā)空中，因此使用相對(duì)安全。

（4）LNG作為優(yōu)質(zhì)的燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)。燃料費(fèi)用低，環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。

（5）LNG汽化潛熱高，液化過程中的冷量可回收利用。

（6）由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清潔燃料，有利于保護(hù)環(huán)境，減少城市污染。

2.LNG作為船舶動(dòng)力的可行性分析

2.1環(huán)保效益

國際海事組織(IMO)專家組日前發(fā)布研究報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，目前航運(yùn)業(yè)每年共消耗20億桶燃油，排放了超過12億噸的C02，約占全球總排放量的6％，同時(shí)硫化物(SOX)排放量和氮化物(NOX)排放量分別占全球排放量的20％和30％。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年全球航運(yùn)業(yè)C02排放總量將達(dá)l4億噸。為了在全球范圍內(nèi)降低氮氧化物的排放，國際海事組織的防污染公約將針對(duì)船舶的九大排放進(jìn)行限制，主要通過強(qiáng)制性的能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)公式，從船舶設(shè)計(jì)和建造階段起對(duì)船舶能效水平進(jìn)行規(guī)范，并規(guī)定了船用發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前和未來的氮氧化物排放限值。

按照IMO的限值要求，各國船東如果在2015年之后繼續(xù)在污染排放控制區(qū)運(yùn)營，采用LNG做燃料動(dòng)力室最好的選擇。由于天然氣是最清潔的化石燃料，船舶采用液化天然氣不需要其他的減排措施就可以符合污染排放控制的要求，由于LNG的組分純，燃燒完全，硫氧化物和顆粒物質(zhì)的減排量幾乎可達(dá)到100%，氮氧化物減排的減排量可達(dá)到85～90%，溫室氣體CO2的減排量可達(dá)15～20%。

2.2安全性

LNG安全性能可靠。LNG屬低溫液體，即使發(fā)生泄漏事故時(shí)也會(huì)很快自然氣化，其密度比空氣輕，在發(fā)生泄漏后會(huì)自動(dòng)向上溢開，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染；加入特殊嗅劑后，天然氣泄漏可及時(shí)被發(fā)現(xiàn)；天然氣的燃點(diǎn)比汽柴油更高，瞬間著火比油慢，易擴(kuò)散，不易達(dá)到爆炸極限。從使用安全性上來講，天然氣也比燃油好很多。

2.3經(jīng)濟(jì)可行性

LNG的熱值是柴油的1．23倍，價(jià)格卻只有柴油的1/2， 因而是極有前景的代用燃料。1Nm3 天然氣的行駛里程等效于1.2升汽油。汽油(93#)按7.1元／升計(jì)算， 天然氣零售價(jià)為按4.8元／Nm3。計(jì)算如下： (1.2×7.1-4.8)/1.2×7.1=43.67％。因此，使用LNG作燃料比汽油便宜43.67%，其具有低成本的優(yōu)勢(shì)。

2.4技術(shù)可行性

現(xiàn)有船舶要以LNG或者LNG/柴油為燃料，則必須加裝LNG儲(chǔ)存艙等裝置，通常情況下，在船舶改裝過程中，加裝的主要裝置為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐和氣體處理系統(tǒng)。此外，船上還需要安裝一些輔助系統(tǒng)，如氣體加熱系統(tǒng)、惰氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、遙控閥門及安全系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等。典型的船舶使用LNG方案為：LNG通過氣體處理系統(tǒng)氣化天然氣通過主控閥供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)而使船舶獲得動(dòng)力。

氣體發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)較為成熟，在船舶動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，國際幾大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商經(jīng)過多年的技術(shù)研發(fā)，其產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足船舶應(yīng)用LNG燃料的需要。

據(jù)挪威船級(jí)社（DNV）介紹， 目前無論是單一采用LNG為燃料與混合燃料的技術(shù)問題，還是包括少量氣體燃料未經(jīng)燃燒通過發(fā)動(dòng)機(jī)以廢氣形式排放、在空間較小的船體中安裝非圓柱形儲(chǔ)罐等，均已得到解決并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

以LNG為燃料的船舶在靠泊，可通過岸上的管道補(bǔ)充燃料，當(dāng)船在海上運(yùn)營時(shí)，則可通過小型的LNG船來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)給。

3.LNG動(dòng)力船舶的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

截至目前，采用LNG作為單一燃料的營運(yùn)船舶已達(dá)20艘。挪威航運(yùn)業(yè)是最早改變石油能源路徑依賴，也是最多采用液化天然氣等清潔能源作為船用燃料的先行者。挪威船級(jí)社DNV早在2001年，就率先制定了LNG船舶檢驗(yàn)規(guī)則，成為多年來LNG船舶建造與檢驗(yàn)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

DNV與日本大島造船有限公司聯(lián)合開發(fā)的“ECO-Ship2020”項(xiàng)目已完成第一階段，該項(xiàng)目完成了敞艙口散貨船的概念設(shè)計(jì)。這是一艘完全使用LNG、不使用其他任何燃料也不使用電力推進(jìn)系統(tǒng)的商船。該船配備有4個(gè)C型高壓儲(chǔ)存?zhèn)}，共能儲(chǔ)氣3000立方米，還加上了應(yīng)用廢熱回收、空氣潤(rùn)滑等其它節(jié)能技術(shù)，該船滿足IMO廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求，其硫化物排放量為0.氮氧化物排放量可下降90%，二氧化碳的排放量可下降50%以上。

營運(yùn)于澳大利亞至中國航線的環(huán)保概念礦砂船“Ecore”號(hào)使用了靈活的燃料方案采用二沖程ME-GI燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，能夠使用柴油與天然氣兩種燃料。該船采用了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，只設(shè)1個(gè)置中的貨艙，有C型LNG儲(chǔ)罐則位于船尾的駕駛艙，這一方案有助于利用船體空間，確保LNG儲(chǔ)罐不會(huì)占用貨艙空間及減少貨運(yùn)量。

2010年8月份，我國長(zhǎng)江混合動(dòng)力第一船的“武拖輪302”號(hào)在武漢首航成功，該船使用柴油和LNG兩種燃料為混合動(dòng)力。該混合動(dòng)力船舶以LNG為主要?jiǎng)恿δ茉?，與柴油配比為7：3。罐體固定在船舶甲板上，封閉運(yùn)行，所有控制點(diǎn)都有傳感器，能自動(dòng)或手動(dòng)切斷起源，安全性較高。測(cè)算顯示，運(yùn)用液化天然氣后船舶能節(jié)約燃料成本近25％。

由于國際海事組織（IMO）有關(guān)減排新規(guī)的實(shí)施，船東正在努力探索讓船舶采用更清潔燃料的方法，預(yù)計(jì)今后5年以液化天然氣（LNG）為動(dòng)力的船舶將跳增10倍。到2015年，全球以LNG為燃料的船舶將從現(xiàn)在的約100艘增加到800-1000艘。

4.LNG動(dòng)力船舶發(fā)展面臨的問題

目前，以LNG為燃料動(dòng)力的船舶的發(fā)展存在出現(xiàn)“雷聲大雨點(diǎn)小”的狀況，這種環(huán)保節(jié)能的新燃料的推廣卻時(shí)存在一定的阻礙。改建現(xiàn)有船隊(duì)和LNG儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施缺乏是目前面臨的主要問題。

首先最大的障礙是配套的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，由于大部分港口LNG補(bǔ)給設(shè)施不配套。盡管LNG補(bǔ)給并不困難，但是港口方面卻沒有建立起完備且實(shí)用的配套體系。LNG配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)涉及港口的規(guī)劃布局，需要政府企業(yè)的規(guī)劃以及企業(yè)與政府機(jī)構(gòu)的密切溝通和配合。

第二是是由于LNG燃料船的續(xù)航能力還較弱。目前，以LNG為燃料的船舶最高續(xù)航能力較低，達(dá)不到遠(yuǎn)洋長(zhǎng)途運(yùn)輸要求。船舶的燃油艙體積雖大，但可以在船上見縫插針隨機(jī)安放；而LNG儲(chǔ)存罐體積雖小，卻系統(tǒng)復(fù)雜，布局難，安裝圓筒形LNG儲(chǔ)罐也會(huì)損失部分運(yùn)輸?shù)目臻g，這為船舶的設(shè)計(jì)和改建帶來了很大的難度。

此外，LNG作為燃料動(dòng)力的價(jià)格、LNG 動(dòng)力船舶市場(chǎng)的規(guī)范化以及市場(chǎng)發(fā)展的合理規(guī)劃也會(huì)是該新型燃料動(dòng)力船舶在發(fā)展過程中需要面對(duì)和解決的問題。

5.結(jié)論

隨著世界LNG貿(mào)易和消費(fèi)量的增長(zhǎng)、各地航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展需要必然導(dǎo)致LNG動(dòng)力船的需求量的增大。而LNG動(dòng)力船相關(guān)技術(shù)的突破和相應(yīng)配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，LNG必將成為未來航運(yùn)的主要?jiǎng)恿Α?[科]

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