張大海,劉健中,李岳洋,陳智同

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

經(jīng)營(yíng)管理

山東省LNG雙燃料動(dòng)力貨船應(yīng)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(shí)華新能源有限公司,山東 棗莊 277000；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)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(yīng)壓力等影響，我國(guó)發(fā)展船用LNG，實(shí)現(xiàn)近海與內(nèi)河航運(yùn)“綠色環(huán)?！币烟嵘狭俗h事日程。2015年，由中國(guó)石化天然氣分公司棗莊實(shí)華新能源有限公司牽頭新建的山東省首批2艘內(nèi)河LNG雙燃料動(dòng)力貨船在棗莊市港航管理局的監(jiān)護(hù)下順利下水，實(shí)現(xiàn)了山東省內(nèi)河航運(yùn)清潔能源船舶“零”的突破，填補(bǔ)了山東省LNG應(yīng)用于內(nèi)河新建船舶領(lǐng)域的空白。針對(duì)這2艘LNG示范船進(jìn)行應(yīng)用和效益分析，總結(jié)發(fā)展LNG動(dòng)力船舶的可行性和實(shí)際意義。

柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船；綠色水運(yùn)；LNG儲(chǔ)罐

近幾年，全球變暖、氣候異常等話(huà)題已逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，綠色環(huán)保、節(jié)能減排也已成為全世界大多數(shù)國(guó)家的共識(shí)。在這樣的大環(huán)境下，隨著全球航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，船舶所造成的污染也越來(lái)越引起國(guó)際社會(huì)的關(guān)注。特別是內(nèi)河流域、水利資源豐富、航運(yùn)交通繁忙、人口居住密集，對(duì)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(shì)下，如何運(yùn)用新的能源，如何運(yùn)用新的設(shè)備和技術(shù)，譬如優(yōu)化的船型設(shè)計(jì)、高效的推進(jìn)系統(tǒng)等，來(lái)減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色船舶，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。LNG燃料船，由于其具備良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，又符合國(guó)家發(fā)展低碳綠色經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排、實(shí)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(shí)和地利，并顯示出較強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。

當(dāng)前，全球LNG燃料動(dòng)力船舶應(yīng)用還處于發(fā)展起步階段，北歐的LNG燃料動(dòng)力船主要集中在客渡船、平臺(tái)供應(yīng)船兩大船型；美國(guó)哈維灣公司投資40億美元建造以LNG作為燃料的平臺(tái)供應(yīng)船；日本、韓國(guó)等亞洲國(guó)家已紛紛開(kāi)始設(shè)計(jì)LNG燃料動(dòng)力船。

我國(guó)LNG燃料動(dòng)力船舶大多以雙燃料改造為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2010年我國(guó)首艘改造船舶成功試航以來(lái)，國(guó)內(nèi)批準(zhǔn)的“油改氣”試點(diǎn)船舶已達(dá)到130艘。隨著LNG儲(chǔ)氣站、LNG水上/岸基加注站、LNG加注船等配套加注設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)和逐步完善，LNG燃料動(dòng)力船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將進(jìn)入高潮。

為了推動(dòng)我國(guó)LNG燃料動(dòng)力船舶市場(chǎng)快速健康發(fā)展，國(guó)家有關(guān)部門(mén)陸續(xù)出臺(tái)一系列鼓勵(lì)政策和規(guī)范法規(guī)，我國(guó)“十二五”規(guī)劃已經(jīng)明確提出，要大力推進(jìn)船舶節(jié)能和使用綠色能源，重點(diǎn)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?xì)夤疽颜竭M(jìn)入LNG燃料動(dòng)力船舶領(lǐng)域，未來(lái)幾年將迎來(lái)LNG燃料動(dòng)力船舶大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的黃金發(fā)展期。交通運(yùn)輸部發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，到2015年和2020年，內(nèi)河運(yùn)輸船舶能源消耗中LNG的比例將先后達(dá)到2%以上和10%以上的目標(biāo)。交通部水運(yùn)科學(xué)院預(yù)計(jì)，2017年—2020年我國(guó)將大約有1萬(wàn)艘新建LNG燃料動(dòng)力船。

因此，大力發(fā)展內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶，是大勢(shì)所趨，將會(huì)大有作為。搶先掌握內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶市場(chǎng)，是順應(yīng)國(guó)家發(fā)展、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、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(dāng)國(guó)家對(duì)氣體排放標(biāo)準(zhǔn)的要求越來(lái)越高，石油資源越來(lái)越少，節(jié)能的呼聲越來(lái)越大時(shí)，對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶的需求只會(huì)越來(lái)越多。面對(duì)市場(chǎng)機(jī)遇，搶占LNG燃料動(dòng)力船舶的先機(jī)，設(shè)計(jì)和研發(fā)真正適合于內(nèi)河的LNG船型，將是至關(guān)重要的，同時(shí)對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有重要的意義。

1 目標(biāo)船資料

山東省2艘LNG雙燃料動(dòng)力貨船主要航行于我國(guó)內(nèi)河A、B、C級(jí)航區(qū)，主要以裝載干散貨物為主(積載因數(shù)>0.45 m3/t)。主尺度滿(mǎn)足京杭運(yùn)河標(biāo)準(zhǔn)船型的要求。儲(chǔ)氣罐放置在船舶的尾部，壓縮一部分甲板室的空間，適當(dāng)降低船員的舒適度，來(lái)保證儲(chǔ)氣罐的布置[1-4]。其主要參數(shù)如表1所示。實(shí)船儲(chǔ)氣罐布置如圖1所示。

表1 船舶主要參數(shù)

圖1 實(shí)船儲(chǔ)氣罐布置

2 試航試驗(yàn)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

工程化應(yīng)用成功與否的重要指標(biāo)，是考察其是否具備可行性和實(shí)用性?？尚行钥捎纱皥D紙審查、船廠施工及調(diào)試和船舶試運(yùn)行來(lái)評(píng)估，而試點(diǎn)船舶能否產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益則是評(píng)價(jià)其是否具有實(shí)用性的指標(biāo)之一。通過(guò)對(duì)山東省2艘LNG示范船主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和試航期間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行測(cè)算。

根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)及航行試驗(yàn)報(bào)告，以柴油6.8 元/千克，LNG4.5 元/千克測(cè)算，在以正常航速航行時(shí)，每小時(shí)單機(jī)可節(jié)省燃油費(fèi)用如表2所示，燃料費(fèi)用節(jié)省對(duì)比如表3所示。

表2 單機(jī)航行每小時(shí)燃油費(fèi)用對(duì)比

圖2 燃料費(fèi)用節(jié)省對(duì)比

由表2可以看出，對(duì)比傳統(tǒng)的柴油燃料動(dòng)力貨船，LNG雙燃料動(dòng)力貨船將節(jié)省約20%的燃料費(fèi)。2015年液化天然氣價(jià)格如圖3所示?？梢?jiàn)應(yīng)用LNG雙燃料動(dòng)力帶來(lái)的收益將大于測(cè)算結(jié)果。船舶運(yùn)營(yíng)商和航運(yùn)企業(yè)都希望船用動(dòng)力裝置擁有良好的動(dòng)力、最佳的能源使用效率，以減少船舶運(yùn)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(dòng)力裝置具有與柴油機(jī)基本同等的動(dòng)力性指標(biāo)。其他替代能源動(dòng)力裝置目前還無(wú)法成為船舶的主要?jiǎng)恿?，只能作為補(bǔ)充和輔助動(dòng)力。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)單位輸出功率的成本價(jià)格比柴油機(jī)低，成本優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)對(duì)油價(jià)與天然氣價(jià)格歷年走勢(shì)的對(duì)比分析報(bào)告，國(guó)際天然氣價(jià)格的漲幅低于油價(jià)漲幅，未來(lái)國(guó)際油價(jià)和天然氣價(jià)格仍將持續(xù)走高，油價(jià)與天然氣價(jià)格之間的落差呈越來(lái)越大的趨勢(shì)，從燃料成本等經(jīng)濟(jì)效益考慮，采用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低航運(yùn)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 2015年液化天然氣價(jià)格

以上論述中的經(jīng)濟(jì)效益只是對(duì)于船東或者船務(wù)公司來(lái)講，而由行業(yè)發(fā)展前景來(lái)看，雙燃料動(dòng)力船舶的應(yīng)用無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生巨大的規(guī)模效應(yīng)，規(guī)?；母脑旌蛻?yīng)用是未來(lái)的趨勢(shì)之一[5]。對(duì)于天然氣公司來(lái)講，LNG的需求量也會(huì)大幅增加，由此也能對(duì)供氣公司產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著系統(tǒng)的大量應(yīng)用，相關(guān)配套廠商如儲(chǔ)罐、汽化器等關(guān)鍵設(shè)備生產(chǎn)商，以及改造技術(shù)提供單位和改造實(shí)施單位也會(huì)得到大量的訂單，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 社會(huì)效益分析

LNG動(dòng)力所產(chǎn)生的社會(huì)效益主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

3.1 推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

近年來(lái)，LNG在船舶上的應(yīng)用示范項(xiàng)目被國(guó)家列入第四批節(jié)能減排項(xiàng)目，隨之而來(lái)的是國(guó)內(nèi)眾多廠商對(duì)LNG 動(dòng)力船舶改造船的熱情投入。然而由于“油改氣”初期缺乏切實(shí)可行的技術(shù)規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，改造廠商技術(shù)水平良莠不齊，使得國(guó)內(nèi)LNG動(dòng)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(dòng)力示范船的成功下水標(biāo)志著相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)得到了中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范所、地方海事局以及船東的認(rèn)可，對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶的建造技術(shù)水平的提高具有明顯的推動(dòng)作用。

3.2 滿(mǎn)足環(huán)境要求

眾所周知，柴油機(jī)排出的尾氣中含有大量的有毒物和致癌物。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局將柴油機(jī)排放中的40余種化合物列為危險(xiǎn)空氣污染物[6]。這些污染物絕大多數(shù)以吸附于柴油機(jī)排放出的顆粒(直徑2.5 μm以下)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，可以通過(guò)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(zhì)量，形成各種程度的酸雨。目前各船用主機(jī)廠正在積極研究降低船用柴油機(jī)的排放措施，包括采用電控高壓共軌等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和SCR等后處理手段，但會(huì)導(dǎo)致成本大幅增加。

應(yīng)用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)是減少有害物排放的一條重要途徑，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益等方面與柴油機(jī)相比也具有不可替代的明顯優(yōu)勢(shì)。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(chēng)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(jī)少。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)可以滿(mǎn)足國(guó)際海事組織(IMO)當(dāng)前和2016年開(kāi)始執(zhí)行的氮氧化物排放法規(guī)，滿(mǎn)足2015年開(kāi)始執(zhí)行的硫氧化物排放法規(guī)，也能滿(mǎn)足顆粒物排放法規(guī)并能為新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)貢獻(xiàn)20%左右[7]。

在此背景下，2011 年國(guó)務(wù)院和交通部先后出臺(tái)的有關(guān)內(nèi)河運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)政策方案明確指出，要著力構(gòu)建綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系，實(shí)現(xiàn)內(nèi)河水運(yùn)綠色發(fā)展。其中，交通部發(fā)布的《公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》和《“十二五”水運(yùn)節(jié)能減排總體推進(jìn)實(shí)施方案》，明確了水運(yùn)節(jié)能減排的目標(biāo)和主要任務(wù)。在船舶方面，其中規(guī)定要調(diào)整船舶運(yùn)力結(jié)構(gòu)，大力推廣應(yīng)用節(jié)能環(huán)保型運(yùn)輸船舶。到2015 年，內(nèi)河船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗下降14%。為達(dá)到節(jié)能減排的既定目標(biāo)，“十二五”期間開(kāi)展重點(diǎn)技術(shù)試點(diǎn)工作，其中包括應(yīng)用內(nèi)河柴油和LNG 混合動(dòng)力船舶技術(shù)等。

山東這2艘LNG示范船對(duì)于提高LNG動(dòng)力船設(shè)計(jì)水平及批量推廣建造具有極強(qiáng)的指導(dǎo)作用，同時(shí)LNG動(dòng)力船的應(yīng)用推廣也將產(chǎn)生較好的環(huán)境效益。

3.3 完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

2014年，由交通運(yùn)輸部和財(cái)政部根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展意見(jiàn)》等規(guī)定，聯(lián)合下發(fā)了《內(nèi)河船型標(biāo)準(zhǔn)化補(bǔ)貼資金管理辦法》(后文簡(jiǎn)稱(chēng)《辦法》)?！掇k法》明確了對(duì)于新建LNG 動(dòng)力示范船的補(bǔ)貼政策。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)之初充分參照中國(guó)船級(jí)社的相關(guān)規(guī)范，經(jīng)交通部水運(yùn)科學(xué)院的技術(shù)評(píng)估和技術(shù)認(rèn)定，符合《辦法》要求，順利拿到專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼資金。

一個(gè)適用、可行的雙燃料動(dòng)力船舶技術(shù)方案可以推動(dòng)一艘試點(diǎn)船舶順利通過(guò)相關(guān)地方海事局的驗(yàn)收，一艘通過(guò)了驗(yàn)收的雙燃料改造試點(diǎn)船舶可以加快局部地區(qū)的示范效應(yīng)，而一個(gè)成功的示范案例也會(huì)促進(jìn)該案例在全國(guó)的推廣和應(yīng)用，進(jìn)而形成以點(diǎn)帶面的影響格局，促進(jìn)了相關(guān)市場(chǎng)的快速健康發(fā)展。

LNG在內(nèi)河船舶上的應(yīng)用屬于整個(gè)LNG產(chǎn)業(yè)鏈的下游，產(chǎn)業(yè)鏈下游終端用戶(hù)的豐富和增加無(wú)疑會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用和社會(huì)效益，緩解就業(yè)壓力、增加從業(yè)者收入、推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促使法規(guī)政策的完善等。

4 結(jié)束語(yǔ)

LNG示范船的建造成功和應(yīng)用，與傳統(tǒng)的柴油燃料動(dòng)力貨船對(duì)比，有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

1)減輕船舶運(yùn)輸成本。按照目前的油價(jià)和LNG價(jià)格水平，使用LNG清潔能源比使用柴油節(jié)約20%的燃料費(fèi)用。 按熱值計(jì)算，LNG價(jià)格只有柴油的60%左右，且因?yàn)樘烊粴馊紵龔氐祝灰追e碳，減少維護(hù)費(fèi)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(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)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(huì)很快自然氣化，其密度比空氣輕，泄漏后會(huì)自動(dòng)向上擴(kuò)散，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染；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。

4)降低對(duì)于傳統(tǒng)化石燃料的依賴(lài)程度。隨著人類(lèi)的發(fā)展，對(duì)于油品的依賴(lài)越來(lái)越強(qiáng)，需求量也逐年增加，而石油產(chǎn)品的儲(chǔ)量和開(kāi)采量呈逐年減少的趨勢(shì)，當(dāng)使用LNG作為油品替代品后，能一定程度的減輕石油開(kāi)采壓力，降低對(duì)汽柴油的依賴(lài)程度。

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

[2]吳孟君,管義鋒,李岳洋,等.內(nèi)河雙燃料動(dòng)力貨船儲(chǔ)氣罐支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J]. 價(jià)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(chǔ)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(dòng)力船舶氣體燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 江蘇船舶,2013(5):17-19.

[5]于慧.天然氣價(jià)格市場(chǎng)化助力我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整[N]. 中國(guó)工業(yè)報(bào), 2015-12-15(A3).

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

[7]柳夢(mèng)源,柳衛(wèi)東,郭峰,等.使用雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的EEDI計(jì)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(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事石油工程專(zhuān)業(yè)工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.003

2016-01-07