山东省LNG双燃料动力货船应用和效益分析

张大海,刘健中,李岳洋,陈智同

(1.枣庄实华新能源有限公司,山东 枣庄 277000；2.江苏现代造船技术有限公司,江苏 镇江 212000)

经营管理

山东省LNG双燃料动力货船应用和效益分析

张大海1,刘健中2,李岳洋2,陈智同2

(1.枣庄实华新能源有限公司,山东 枣庄 277000；2.江苏现代造船技术有限公司,江苏 镇江 212000)

受船舶污染、废气排放以及柴油供应压力等影响，我国发展船用LNG，实现近海与内河航运“绿色环保”已提上了议事日程。2015年，由中国石化天然气分公司枣庄实华新能源有限公司牵头新建的山东省首批2艘内河LNG双燃料动力货船在枣庄市港航管理局的监护下顺利下水，实现了山东省内河航运清洁能源船舶“零”的突破，填补了山东省LNG应用于内河新建船舶领域的空白。针对这2艘LNG示范船进行应用和效益分析，总结发展LNG动力船舶的可行性和实际意义。

柴油-LNG双燃料动力船；绿色水运；LNG储罐

近几年，全球变暖、气候异常等话题已逐渐成为人们关注的焦点，绿色环保、节能减排也已成为全世界大多数国家的共识。在这样的大环境下，随着全球航运业的发展，船舶所造成的污染也越来越引起国际社会的关注。特别是内河流域、水利资源丰富、航运交通繁忙、人口居住密集，对节能减排的要求更高也更为迫切。在绿色低碳、节能减排的大趋势下，如何运用新的能源，如何运用新的设备和技术，譬如优化的船型设计、高效的推进系统等，来减少对环境的污染，实现真正意义上的绿色船舶，成为当前亟待解决的问题。LNG燃料船，由于其具备良好的社会效益和经济效益，又符合国家发展低碳绿色经济、节能减排、实现可持续发展的能源发展战略，使其大力发展具备了天时和地利，并显示出较强劲的发展势头。

当前，全球LNG燃料动力船舶应用还处于发展起步阶段，北欧的LNG燃料动力船主要集中在客渡船、平台供应船两大船型；美国哈维湾公司投资40亿美元建造以LNG作为燃料的平台供应船；日本、韩国等亚洲国家已纷纷开始设计LNG燃料动力船。

我国LNG燃料动力船舶大多以双燃料改造为主，据统计，自2010年我国首艘改造船舶成功试航以来，国内批准的“油改气”试点船舶已达到130艘。随着LNG储气站、LNG水上/岸基加注站、LNG加注船等配套加注设施的规划建设和逐步完善，LNG燃料动力船舶产业的发展将进入高潮。

为了推动我国LNG燃料动力船舶市场快速健康发展，国家有关部门陆续出台一系列鼓励政策和规范法规，我国“十二五”规划已经明确提出，要大力推进船舶节能和使用绿色能源，重点发展LNG作为主要的船用清洁能源。中海油、中石油等石油巨头及5大燃气公司已正式进入LNG燃料动力船舶领域，未来几年将迎来LNG燃料动力船舶大规模商业化运营的黄金发展期。交通运输部发布的《关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》提出，到2015年和2020年，内河运输船舶能源消耗中LNG的比例将先后达到2%以上和10%以上的目标。交通部水运科学院预计，2017年—2020年我国将大约有1万艘新建LNG燃料动力船。

因此，大力发展内河LNG燃料动力船舶，是大势所趋，将会大有作为。抢先掌握内河LNG燃料动力船舶市场，是顺应国家发展、市场经济、节能环保的多方面需求，是决定企业今后生存和发展的重要一步。当国家对气体排放标准的要求越来越高，石油资源越来越少，节能的呼声越来越大时，对LNG燃料动力船舶的需求只会越来越多。面对市场机遇，抢占LNG燃料动力船舶的先机，设计和研发真正适合于内河的LNG船型，将是至关重要的，同时对LNG燃料动力船舶产业的发展也具有重要的意义。

1 目标船资料

山东省2艘LNG双燃料动力货船主要航行于我国内河A、B、C级航区，主要以装载干散货物为主(积载因数>0.45 m3/t)。主尺度满足京杭运河标准船型的要求。储气罐放置在船舶的尾部，压缩一部分甲板室的空间，适当降低船员的舒适度，来保证储气罐的布置[1-4]。其主要参数如表1所示。实船储气罐布置如图1所示。

表1 船舶主要参数

图1 实船储气罐布置

2 试航试验参数和经济分析

工程化应用成功与否的重要指标，是考察其是否具备可行性和实用性。可行性可由船舶图纸审查、船厂施工及调试和船舶试运行来评估，而试点船舶能否产生可观的经济效益则是评价其是否具有实用性的指标之一。通过对山东省2艘LNG示范船主机台架试验和试航期间的试验数据进行定量分析，对经济效益进行测算。

根据台架试验及航行试验报告，以柴油6.8 元/千克，LNG4.5 元/千克测算，在以正常航速航行时，每小时单机可节省燃油费用如表2所示，燃料费用节省对比如表3所示。

表2 单机航行每小时燃油费用对比

图2 燃料费用节省对比

由表2可以看出，对比传统的柴油燃料动力货船，LNG双燃料动力货船将节省约20%的燃料费。2015年液化天然气价格如图3所示。可见应用LNG双燃料动力带来的收益将大于测算结果。船舶运营商和航运企业都希望船用动力装置拥有良好的动力、最佳的能源使用效率，以减少船舶运行成本。相比柴油和其他替代能源，以天然气为燃料的船舶动力装置具有与柴油机基本同等的动力性指标。其他替代能源动力装置目前还无法成为船舶的主要动力，只能作为补充和辅助动力。天然气发动机单位输出功率的成本价格比柴油机低，成本优势明显。根据国际能源机构对油价与天然气价格历年走势的对比分析报告，国际天然气价格的涨幅低于油价涨幅，未来国际油价和天然气价格仍将持续走高，油价与天然气价格之间的落差呈越来越大的趋势，从燃料成本等经济效益考虑，采用双燃料发动机可以降低航运企业的运营成本，具有非常明显的经济效益。

图3 2015年液化天然气价格

以上论述中的经济效益只是对于船东或者船务公司来讲，而由行业发展前景来看，双燃料动力船舶的应用无疑会产生巨大的规模效应，规模化的改造和应用是未来的趋势之一[5]。对于天然气公司来讲，LNG的需求量也会大幅增加，由此也能对供气公司产生巨大的经济效益。随着系统的大量应用，相关配套厂商如储罐、汽化器等关键设备生产商，以及改造技术提供单位和改造实施单位也会得到大量的订单，产生巨大的经济效益。

3 社会效益分析

LNG动力所产生的社会效益主要从以下几个方面进行阐述。

3.1 推动技术进步

近年来，LNG在船舶上的应用示范项目被国家列入第四批节能减排项目，随之而来的是国内众多厂商对LNG 动力船舶改造船的热情投入。然而由于“油改气”初期缺乏切实可行的技术规范和验收标准，改造厂商技术水平良莠不齐，使得国内LNG动力船舶“油改气”工作推行的并不理想。在这样的背景下，山东2艘LNG动力示范船的成功下水标志着相关关键技术得到了中国船级社武汉规范所、地方海事局以及船东的认可，对LNG燃料动力船舶的建造技术水平的提高具有明显的推动作用。

3.2 满足环境要求

众所周知，柴油机排出的尾气中含有大量的有毒物和致癌物。美国国家环保局将柴油机排放中的40余种化合物列为危险空气污染物[6]。这些污染物绝大多数以吸附于柴油机排放出的颗粒(直径2.5 μm以下)对环境产生危害，可以通过人体呼吸沉积到肺，影响人体健康，还可以影响港口及城市环境大气质量，形成各种程度的酸雨。目前各船用主机厂正在积极研究降低船用柴油机的排放措施，包括采用电控高压共轨等机内净化技术和SCR等后处理手段，但会导致成本大幅增加。

应用天然气发动机是减少有害物排放的一条重要途径，天然气发动机在经济性和社会效益等方面与柴油机相比也具有不可替代的明显优势。天然气是石化能源中最清洁的能源，其主要成分为甲烷，被称为大自然赋予的“绿色能源”。天然气不仅热值比柴油高，而且燃烧后形成的污染物比传统的柴油机少。天然气发动机可以比柴油发动机减少90%的NOx以及20%的CO2排放，并能消除SOx及颗粒物的排放。船舶采用天然气发动机可以满足国际海事组织(IMO)当前和2016年开始执行的氮氧化物排放法规，满足2015年开始执行的硫氧化物排放法规，也能满足颗粒物排放法规并能为新船能效设计指数贡献20%左右[7]。

在此背景下，2011 年国务院和交通部先后出台的有关内河运输的相关政策方案明确指出，要着力构建绿色的现代化内河水运体系，实现内河水运绿色发展。其中，交通部发布的《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》和《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》，明确了水运节能减排的目标和主要任务。在船舶方面，其中规定要调整船舶运力结构，大力推广应用节能环保型运输船舶。到2015 年，内河船舶单位运输周转量能耗下降14%。为达到节能减排的既定目标，“十二五”期间开展重点技术试点工作，其中包括应用内河柴油和LNG 混合动力船舶技术等。

山东这2艘LNG示范船对于提高LNG动力船设计水平及批量推广建造具有极强的指导作用，同时LNG动力船的应用推广也将产生较好的环境效益。

3.3 完善产业结构

2014年，由交通运输部和财政部根据《国务院关于加快长江等内河水运发展意见》等规定，联合下发了《内河船型标准化补贴资金管理办法》(后文简称《办法》)。《办法》明确了对于新建LNG 动力示范船的补贴政策。设计单位在设计之初充分参照中国船级社的相关规范，经交通部水运科学院的技术评估和技术认定，符合《办法》要求，顺利拿到专项补贴资金。

一个适用、可行的双燃料动力船舶技术方案可以推动一艘试点船舶顺利通过相关地方海事局的验收，一艘通过了验收的双燃料改造试点船舶可以加快局部地区的示范效应，而一个成功的示范案例也会促进该案例在全国的推广和应用，进而形成以点带面的影响格局，促进了相关市场的快速健康发展。

LNG在内河船舶上的应用属于整个LNG产业链的下游，产业链下游终端用户的丰富和增加无疑会对整个产业的发展产生巨大的促进作用和社会效益，缓解就业压力、增加从业者收入、推动相关产业发展、促使法规政策的完善等。

4 结束语

LNG示范船的建造成功和应用，与传统的柴油燃料动力货船对比，有以下几点优势。

1)减轻船舶运输成本。按照目前的油价和LNG价格水平，使用LNG清洁能源比使用柴油节约20%的燃料费用。 按热值计算，LNG价格只有柴油的60%左右，且因为天然气燃烧彻底，不易积碳，减少维护费用逾50%。

2)减少环境污染。以LNG作为船用燃料, CO2排放可降低20%，NOx排放量可减少约30%～40%，SOx和PM颗粒物排放量下降70%～80%。此外，采用LNG作为船舶燃料，还能大幅度的降低发动机工作时产生的噪声，减少噪声污染。

3)提高安全性能。LNG属低温液体，即使发生泄漏事故也会很快自然气化，其密度比空气轻，泄漏后会自动向上扩散，不会对水体产生污染；天然气的燃点比汽柴油更高，瞬间着火比油慢，易扩散，不易达到爆炸极限。

4)降低对于传统化石燃料的依赖程度。随着人类的发展，对于油品的依赖越来越强，需求量也逐年增加，而石油产品的储量和开采量呈逐年减少的趋势，当使用LNG作为油品替代品后，能一定程度的减轻石油开采压力，降低对汽柴油的依赖程度。

[1]管义锋,史腾飞,李岳洋,等.79 800 DWT双燃料动力散货船气体燃料系统设计[J]. 船舶工程,2015(10):40-44.

[2]吴孟君,管义锋,李岳洋,等.内河双燃料动力货船储气罐支撑结构强度分析[J]. 价值工程,2015(33):114-117.

[3]史腾飞,管义锋.79 800 DWT双燃料散货船LNG储气罐位置确定[J]. 船海工程, 2015(4):158-161，166.

[4]李岳洋,管义锋.柴油-LNG双燃料动力船舶气体燃料系统设计[J]. 江苏船舶,2013(5):17-19.

[5]于慧.天然气价格市场化助力我国能源结构调整[N]. 中国工业报, 2015-12-15(A3).

[6]王兆省,周广丰.船舶柴油机NOx排放控制探析[J]. 科技创新与应用,2015(36):49-50.

[7]柳梦源,柳卫东,郭峰,等.使用双燃料推进系统船舶的EEDI计算探讨[J]. 船舶与海洋工程,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

张大海(1971-)，男，河南新乡人，高级工程师，大学本科，主要从事石油工程专业工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.003

2016-01-07