LNG作为未来理想船用燃料面临的问题.doc

LNG作为未来理想船用燃料面临的问题 上海海事大学 摘编 2011-04-20 据统计，世界航运业每年要消耗20亿桶燃油，排放超过12亿吨二氧化碳，约占全球总排放量6%。为应对世界气候变化出台的环保法规，规定了船舶污染防治、减少排放的标准和时限。于是，在寻求节能减排新路径中，比石油便宜且储量丰富的液化天然气（LNG），以其环境效益显著的优势，成为了未来船用燃料的首选。 多年来，包括挪威船级社等专业及科研单位致力于推动“油改气”的研究，成果颇丰，目前建造使用LNG燃料的船舶在技术上已不存在困难，但“油改气”的道路还不平坦，因为建造或改建的成本费用较高，加装圆筒型LNG储罐会减少货物装载空间，船舶加气等补给配套尚不成熟。 尽管存在这些因素，但按照国际海事组织（IMO）的要求，各国船东必将选择使用液化天然气。在可以预见的时间内，随着LNG基础设施的不断完善成网，造船技术的日臻提高，世界航运将迈入绿色航运的新时代。 全球减排与低碳趋势已将航运业推向风口浪尖。根据IMO（国际海事组织）海洋环境保护委员会所制定的“船舶污染防治国际公约”相关规定：要求2010年7月以后在ECA（排放管制区域）航行船只所用燃料之含硫量不能超过1%，2015年1月1日以后不能超过0.1%。此ECA范围包括：波罗的海、北海到英吉利海峡南端的连续海域，未来北美部分地区也将纳入。 其实，针对这一绿色航运能源发展趋势，全球已经将视角投向多种能源研究，诸如：使用各种船用燃料油降低硫含量、燃煤净化、核能、再生能源等，然而LNG（液化天然气），因其作为船舶能源优势明显而成为“一枝独秀”。 应对环保法规的首选燃料 IMO发布的研究报告数据显示，目前航运业每年共消耗20亿桶燃油，排放了超过12亿吨的二氧化碳，约占全球总排放量的6%，同时硫化物排放量和氮化物排放量分别占全球排放量的20%和30%。来自DNV（挪威船级社）的一项数据也显示，2008年在波罗的海运行的船舶排放了135000吨硫氧化物、393000吨的氮氧化物和1890万吨的二氧化碳，等于瑞典和丹麦的氮氧化物排放总量、硫氧化物排放量的两倍。据预测，到2020年全球航运业二氧化碳排放总量将达到14亿吨。 为了在全球范围内降低氮氧化物排放，IMO的防污染公约将对船舶的9大排放进行限制，主要通过强制性的能效设计指数（EEDI）公式，从船舶设计和建造阶段起对船舶能效水平进行规范，并规定船用发动机当前和未来的氮氧化物排放限值。 按照IMO的限值要求，各国船东如果在2015年之后继续在ECA范围运营船舶，必须在三种方案中作出最后抉择：其一、使用低硫燃油；其二、安装废气洗涤器；其三，使用液化天然气。 DNV的分析认为，第一种方案，如果使船用汽油和船用柴油的硫含量降低至01%以下，只需对船舶燃油系统调整，然而低硫燃油供应量有限，需求的增加会导致价格上涨。第二种方案，采用化学品或海水除去发动机废气中的硫，需要对船舶进进大规模改造，安装废气洗涤器又会增加能耗和二氧化碳排放量。而采用液化天然气作为燃料，则是一项耗资成本低、安全环保的最佳路径。“LNG作为船用燃油的环境效益非常显著，它几乎可以100%减排硫氧化物、没有颗粒、减少85%-90%氮氧化物和15%-20% CO2的排放。而且，LNG的应用也带来可观的经济效益，它比石油便宜，而且世界上天然气的储量丰富。”DNV 副总裁兼大中国区主席姚伯乐先生说。 目前，世界探明的天然气储量丰富。如果加进非传统能源，如页岩气，按当前使用量来计算天然气可供人类使用250年。液化天然气的现货价格仅相当于柴油的1/4到1/3。国家发改委能源局副局长胡卫平坦言，作为未来石油燃料的替代能源，目前欧美发达国家LNG的利用率已达25%，中国虽仅为39%，但采用LNG的年增速达到了世界先进水平。截止目前，中国已成为世界上主要的LNG进口国，预计到2015年，LNG的年供应量将达2800-3350亿立方米。 DNV引领LNG燃料潮流 DNV（挪威船级社）是全球第一家引入以LNG为船舶燃料的船级社，在2001年就率先开发了LNG作为燃料的船舶规范，具有引领地位。目前在北欧特别是挪威沿海有20艘以LNG为燃油的渡轮和近海供应船在营运，这些船舶全部由DNV检验入级。 去年， DNV为德国航运公司Reederei Stefan Patjens改装一艘有4年船龄的5000TEU集装箱船对2台辅机和辅助锅炉进行改造，采用液化天然气作为燃料。2012年该项目完成后，将成为全球首艘使用液化天然气作为燃料的集装箱船，这也是首次在全球航线中使用液化天然气作为燃料。在改造完成之后，该船可以顺利通过ECA“污染排放控制区”；当停泊于港口时，该船可以利用自己的清洁燃料提供能源。 随后，DNV再度开发了名为“Triality”的新概念油轮，实现了油轮性能的三大突破：优于传统油轮的环保特性优势；基于现有技术的创新与优化的可行性优势；与采用燃油为船舶燃料的传统油轮相比在经济效益上的优势。在谈到建造这种概念船会增加额外成本但减少营运成本时，DNV首席执行官麦恒力（Henrik O Madsen）明确指出，“我们完全可以建造环保性能优良的船舶并同时获得经济效益。根据我们的预测，Triality未来概念VLCC船的建造成本与传统的VLCC相比可能会增加10% 15%，但其整个生命周期中所减少的运营成本将达到传统VLCC新船建造成本的25%。第一艘Triality未来概念VLCC船预计将会在2014年底建造完毕。” DNV还与MAN（德国曼柴油机公司）合作Quantum 9000新概念集装箱船，其首选推进系统中采用了液化天然气，提高了集装箱船的液化天然气利用率。除了使用天然气之外，发动机解决方案还包括回收废热，提高能效和废气循环，降低污染排放。“我相信天然气将成为商船的主要燃料。大部分船东在2020年之前都会订购采用液化天然气作为燃料的船舶。”麦恒力说。 “全球航运界如果现在开始行动，采取一系列低成本高效益的措施，那么到2030年可实现减排30%。这其中最有效的措施就是使用液化天然气作为船舶燃料。”姚伯乐透露，在一项名为“通向低碳航运之路”的研究项目中，DNV把世界船队分为59个细分市场，分别代表了构成世界船队的船型。研究针对59种不同船舶类型的25项减排措施。研究发现，59种船型中有17种安装燃气型发动机是符合成本效益的。研究报告表明世界船队可以采用符合成本效益的措施，实现与基线排放量相比减排30%二氧化碳的目的，如果采用所有减排措施，那么减排比例更将高达60%。 “油改气”趋势喜忧参半 事实上，亚洲地区不在ECA范围，但船舶燃料“油改气”对此地区有着相当的影响。 韩国几家大型船厂和日本船厂都积极争夺马士基集团的大型环保型集装箱船建造订单，订造20艘18000标箱的集装箱船，新集装箱船将以LNG为动力，投资将约40亿美元。此次订单花落谁家意义重大，因为赢得这份订单就意味着船厂在新一代环保型集装箱船建造市场上取得领先地位。 中国目前在“油改气”的领域中已经有了一些成就。中国试验船舶燃料“油改气”的宗旨除了因为国内环保要求之外，还有能源多元化的战略考量。 2010年8月，中国第一艘以LNG和柴油的双燃料拖船在武汉试水，25天后宣告成功。此次LNG船舶项目由湖北西蓝天然气公司与武汉轮渡公司合作，并首次在“武拖轮302号”船上使上用LNG柴油与天然气混合动力能源，柴油与天然气能耗为3：7，船舶改用动力燃料后不仅比一般燃油节能25%左右，而且安全、环保，不漏油。目前，该公司将武汉作为全国布局的关键区域，现已组建了宜昌、襄樊、黄石、汉川等地方分公司，初步计划3年内投资13亿元在鄂兴建20个LNG储备站、30座加气站，以及6座水上加气码头。 2010年8月，京杭运河水域LNG动力船开始试航。据项目研究组的主要成员北京油陆集团董事长孙加成介绍，经过空载和满载航行表明，该船采用混合动力后，动力完全满足原船的要求，速度和原船相当，并且运行稳定，柴油的平均替代率达到60%70%，在混燃模式下，硫氧化合物百分之百实现了减排，氮氧化合物减排85%90%，二氧化碳也可以减排15%-20%，同时噪音、烟尘和废油水的排放也大为降低。在福建水域，福建省船舶“油改气”整体方案已于2009年正式启动，上海交通大学将为该方案的技术研发、设备制造及标准制定提供支持。 业内专家则认为，LNG作为航运燃料的美好前景毫无疑问，但是目前在LNG燃料船的推广上却面临