福建船舶油改氣歷程與思考

福建閩能燃?xì)庥邢薰?陳 鋒 王東平 吳 杰

國(guó)務(wù)院及有關(guān)部委先后出臺(tái)了有關(guān)建設(shè)低碳交通運(yùn)輸體系、加快內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見(jiàn)，進(jìn)一步推動(dòng)節(jié)能減排工作。發(fā)展LNG 動(dòng)力船舶，對(duì)我國(guó)航運(yùn)的節(jié)能減排具有重要意義，前景廣闊。

1 背景分析

福建省航運(yùn)歷史悠久、有漫長(zhǎng)的海岸線和閩江等內(nèi)河水路，以及豐富的港口資源。福建全省水運(yùn)客、貨運(yùn)均居全國(guó)第七位，通航里程1886 公里。2009 年底，內(nèi)河貨運(yùn)量2770萬(wàn)噸,沿海貨運(yùn)量1.25 億噸；內(nèi)河擁有機(jī)動(dòng)船舶1278 艘，其中客輪397 艘，功率總計(jì)為3.14 萬(wàn)kW，貨船881 艘，功率總計(jì)為20.45 萬(wàn)kW，凈載重量為243088 噸位。沿?？痛?58艘，總噸數(shù)為13499 噸位，載客量為14016 客位；貨船1007艘，總噸數(shù)為1799300 噸位；遠(yuǎn)洋貨船69 艘，總噸數(shù)為513819噸位；漁船6.8 萬(wàn)艘。

福建內(nèi)河與沿海船舶、中小型船舶均是以輕質(zhì)柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。目前，按單機(jī)平均功率331.5kW、常用功率248.6kW、柴油消耗量205g/ kW· h、LNG 消耗0.3Nm3/ kW· h、航行時(shí)間5280 小時(shí)計(jì)算，福建4771 艘的沿海、沿江運(yùn)輸船舶有一半的數(shù)量適合進(jìn)行船舶油改氣，即若有2385 艘，則一年運(yùn)輸船舶可消耗柴油總量64.2 萬(wàn)噸，消耗LNG 量為45.7萬(wàn)噸。漁船共有6.8 萬(wàn)艘，按總量1/3 的漁船（主機(jī)功率≥120kW）適合船舶油改氣，則有2 萬(wàn)多艘（按單機(jī)常用平均功率200kW、柴油消耗量205g/ kW·h、LNG 消耗0.3Nm3/ kW·h、航行時(shí)間5280 小時(shí)計(jì)算），則一年漁船消耗的柴油總量433 萬(wàn)噸，消耗LNG 總量為308 萬(wàn)噸。

在船舶運(yùn)管成本中，燃料成本占總成本的50%～60%左右。使用LNG 動(dòng)力比柴油動(dòng)力能源利用率提高5%～10%，經(jīng)測(cè)算，1 立方米LNG 氣體在動(dòng)力使用上近似1.1 公升（柴、汽）油。LNG 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)切斷氣源，在船安全性較高。LNG 是主要?jiǎng)恿δ茉?，與柴油配比為7:3，測(cè)算顯示，運(yùn)用LNG 后船舶能節(jié)約燃料成本近25%～30%。

LNG 作為船舶動(dòng)力燃料，與燃油相比，其優(yōu)勢(shì)在于排放更清潔，國(guó)外已經(jīng)投入使用的雙燃料船舶發(fā)動(dòng)機(jī)硫化物排放量減少了90%，氮氧化物排放量減少了80%，二氧化碳排放量減少了20%。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有排放限制法規(guī)，普遍未采用減少排放的技術(shù)措施，導(dǎo)致我國(guó)船舶柴油機(jī)有害物排放水平要高出歐美同類(lèi)船舶柴油機(jī)。同時(shí)，柴油動(dòng)力的船舶還存在使用成本高、排放碳和硫高、泄漏污染水面等局限。受船舶油污、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)?！背蔀榘l(fā)展趨勢(shì)。

福建擁有可靠的天然氣供應(yīng)基地。位于莆田的福建LNG接收站，是繼廣東LNG 建成投產(chǎn)之后的我國(guó)第二個(gè)LNG 接收站，是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，也是福建省規(guī)劃的大型能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。我省與印尼簽訂的液化天然氣銷(xiāo)售與購(gòu)買(mǎi)協(xié)議（SPA）中，年協(xié)議合同量為260 萬(wàn)噸，合同期限25 年，目前福建與印尼續(xù)簽了第二期液化天然氣銷(xiāo)售與購(gòu)買(mǎi)協(xié)議，合同量為300 萬(wàn)噸，這為福建省發(fā)展LNG 船舶項(xiàng)目提供了可靠的氣源保證。

2 福建省“船舶油改氣”工作歷程

福建省投資集團(tuán)中閩物流公司啟動(dòng)“船舶油改氣”以來(lái)的工作，能夠典型代表我省這方面的工作歷程。

2.1 前期準(zhǔn)備

中閩物流2009 年率先在全國(guó)提出“船舶油改氣”. 與上海交大等合作啟動(dòng)項(xiàng)目前期工作。首先，開(kāi)展合作伙伴的選擇、項(xiàng)目具體實(shí)施技術(shù)、裝置的調(diào)研工作及我省船舶油改氣市場(chǎng)調(diào)研；對(duì)國(guó)內(nèi)成功研發(fā)的LNG 燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和各類(lèi)新能源船舶進(jìn)行實(shí)地考察與調(diào)研，與相關(guān)單位進(jìn)行合作前的意向交流與洽談，簽訂合作諒解備忘錄和合作框架協(xié)議等。開(kāi)展對(duì)沿海主要港口、漁港碼頭船舶的市場(chǎng)，船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、燃料品種、燃料用量、船舶改造費(fèi)用、用戶改造意愿等展開(kāi)調(diào)查。

第二，與濟(jì)柴、武漢交發(fā)船舶設(shè)計(jì)公司商定合作框架意向。濟(jì)柴可滿足福建方提出船舶動(dòng)力的型號(hào)、規(guī)格要求，生產(chǎn)提供福建船舶市場(chǎng)所需要的雙燃料船舶動(dòng)力系統(tǒng)。包括雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料船用發(fā)電機(jī)組（輔機(jī)）、撬裝式LNG供氣模塊、LNG 低溫儲(chǔ)罐和動(dòng)力控制集成系統(tǒng)（ECU 系統(tǒng)），完全按照中國(guó)船級(jí)社（CCS）規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，具有完善的安全操作系統(tǒng)，保證雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全可靠，保證（動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備及其配套的設(shè)備）通過(guò)CCS 認(rèn)證。

濟(jì)柴負(fù)責(zé)動(dòng)力系統(tǒng)集成模塊CCS 統(tǒng)一認(rèn)證，船體結(jié)構(gòu)部分的認(rèn)證應(yīng)由福建地方的船檢部門(mén)給予認(rèn)證，漁船的改造還要得到地方漁業(yè)檢驗(yàn)部門(mén)的認(rèn)可和認(rèn)證。

武漢交發(fā)公司協(xié)助編制《福建船舶油改氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》，負(fù)責(zé)福建方委托設(shè)計(jì)船舶的設(shè)計(jì)圖紙通過(guò)CCS 蓋章認(rèn)可。對(duì)于有資質(zhì)、能力承擔(dān)福建近海新能源漁船、內(nèi)河/沿海新能源運(yùn)輸船和近海LNG 加氣躉船的設(shè)計(jì)，福建方提供需要船舶的相關(guān)要求和近海水文地質(zhì)相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，明確工作重點(diǎn)，并進(jìn)行實(shí)船考察。

2011 年8 月22 日，中海石油福建新能源有限公司(中閩物流重組)、中船重工武漢701 所(中國(guó)艦船設(shè)計(jì)研究中心)、中船重工河南柴油機(jī)有限公司、一拖（洛陽(yáng)）柴油機(jī)有限公司、福建船舶集團(tuán)福寧船舶重工公司在武漢簽訂《福建船舶“油改氣”示范項(xiàng)目合作開(kāi)發(fā)框架協(xié)議》。

2011 年9 月9 日，中海石油福建新能源有限公司、中船重工武漢701 所在福州主持召開(kāi)“福建LNG 船舶油改氣示范項(xiàng)目工作會(huì)議”，對(duì)示范目標(biāo)船LNG 油改氣方案、船舶主機(jī)技術(shù)方案、改裝相關(guān)要求，進(jìn)行充分的分析和討論。

2.2“目標(biāo)示范船舶”選擇

2011 年9～12 月，啟動(dòng)在建的內(nèi)河350T 運(yùn)輸甲板駁船，進(jìn)行LNG 動(dòng)力系統(tǒng)改造初步方案設(shè)計(jì)(后因非技術(shù)性原因中止)；啟動(dòng)在航2 萬(wàn)噸運(yùn)輸貨船的LNG 動(dòng)力系統(tǒng)改造項(xiàng)目前期調(diào)研工作(后因“預(yù)評(píng)估不可行”中止)。

2.3 示范區(qū)域選擇

當(dāng)前應(yīng)選擇可用LNG 罐車(chē)對(duì)船補(bǔ)氣的地點(diǎn)。

福安賽江為內(nèi)河運(yùn)輸船示范點(diǎn)：福安賽江沿岸分布43家修造船企業(yè)，相關(guān)從業(yè)人員6.5 萬(wàn)多人，年造船能力110萬(wàn)噸，占全省的“半壁江山”，船舶工業(yè)產(chǎn)值占全省1/3，躋身福建四大船舶修造基地、全國(guó)民間船舶交易市場(chǎng)、全國(guó)重要的拆解中小船基地。

連江黃岐漁港為漁船示范點(diǎn)、黃岐擁有漁船5092 艘，其中功率在50kW 以下的有3700 艘，多為木質(zhì)養(yǎng)殖船，共有1815 艘；50～120kW 的有450 艘，120kW 以上功率的共有942 艘，其中收鮮船有502 艘，多為200kW 以上。黃岐漁港適合于LNG 罐車(chē)對(duì)船補(bǔ)氣及今后LNG 加注躉船建。

選擇游船示范點(diǎn)：經(jīng)考察閩江內(nèi)河福州段游船，其條件適合作為示范船及大金湖游船：數(shù)量41 艘2102 個(gè)座位，儲(chǔ)備運(yùn)力36 艘858 個(gè)座位；主機(jī)功率：31.6kW～195kW 不等，較大游船適合油改氣;結(jié)合履行泰寧申請(qǐng)丹霞地貌世界遺產(chǎn)的“綠色”承諾。

2.4 示范船舶動(dòng)力配置、LNG 加注躉船選擇

考慮國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟度和LNG 動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)際，以LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船為主，待LNG 動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展成熟、LNG 加氣站網(wǎng)布局形成后，向LNG 單燃料動(dòng)力船為主過(guò)渡。

LNG 加注躉船開(kāi)發(fā)：LNG 船舶加氣網(wǎng)點(diǎn)形成前，是限制行業(yè)發(fā)展的主要因素。船舶受潮漲潮退、水流、載荷影響，停泊位置動(dòng)態(tài)變化，LNG 輸送管道為低溫管道，其特性給船加氣成了目前需要克服的難題。在技術(shù)相對(duì)成熟的北歐，采用“LNG 儲(chǔ)配站”，將儲(chǔ)存、配送、物流做到一體化聯(lián)動(dòng)。國(guó)內(nèi)如武漢交通發(fā)展公司開(kāi)發(fā)LNG 加氣躉船，即一種移動(dòng)式的小型儲(chǔ)氣船只，為經(jīng)過(guò)的柴油-LNG 雙燃料船只加注LNG。

3 當(dāng)前目標(biāo)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)分析

在北歐、法國(guó)，目前最先被考慮的船舶有：渡船、游船（法國(guó)）、汽車(chē)渡輪、海岸警備船、鉆井平臺(tái)補(bǔ)給船、中小型貨柜船等近、內(nèi)海船舶。

對(duì)于福建而言，內(nèi)河和沿海船舶氣化應(yīng)當(dāng)首選貨運(yùn)船，其次是工程船，漁船由于大多噸位小、年行駛時(shí)間短且享受政府燃油補(bǔ)貼，改裝后如果政府不繼續(xù)提供燃油補(bǔ)貼，則沒(méi)有改裝的積極性。中國(guó)船級(jí)社對(duì)內(nèi)河運(yùn)輸船油改氣配套法規(guī)明確不適用于客運(yùn)船，客船的油改氣時(shí)機(jī)未到。 我國(guó)水上客運(yùn)量少，2010 年還不到全國(guó)旅客運(yùn)量的1%，因此，水上客運(yùn)消耗燃料量較少。同時(shí)，由于客船運(yùn)送大量的乘客，船舶停靠碼頭人口和建筑密度大，無(wú)論是對(duì)船舶本身還是碼頭的安全性要求都非常高，因此，較難滿足氣化條件。

按照船舶航行的水域，貨運(yùn)船舶分可為內(nèi)河運(yùn)輸、近海運(yùn)輸和遠(yuǎn)洋運(yùn)輸三類(lèi)。其中遠(yuǎn)洋運(yùn)輸基本為萬(wàn)噸以上大型船舶，LNG 儲(chǔ)罐的體積相比用柴油（或重油）時(shí)體積大，導(dǎo)致前者的載貨量要小。考慮到所需要的LNG 儲(chǔ)罐的體積，大型遠(yuǎn)洋集裝箱船以LNG 為燃料的可能性不大。

專家認(rèn)為，運(yùn)輸船齡小于18 年且船長(zhǎng)大于40 米小于68米的內(nèi)河一般干貨船都在“油改氣”的范圍之內(nèi)。LNG 替代船用燃料油沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力、不經(jīng)濟(jì)，而替代柴油則具有較好的經(jīng)濟(jì)性；只有燃用柴油的內(nèi)河和近海貨運(yùn)船舶用LNG 替代才比較現(xiàn)實(shí)。遠(yuǎn)期有可能類(lèi)似歐盟國(guó)家因受環(huán)境因素制約而采取遠(yuǎn)洋船舶在輪船靠岸時(shí)臨時(shí)改燒LNG 的方式來(lái)滿足排放要求。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，現(xiàn)階段適宜改裝成LNG 動(dòng)力的船舶噸位不宜低于1000t 級(jí)，不宜高于8000 t 級(jí)，以3000～5000t 級(jí)最為理想。

工程船是指裝有特種機(jī)械，在港區(qū)或航道從事碼頭修筑、航道疏通等工程的專用船舶，如挖泥船、打樁船、起重船。這類(lèi)船舶通常在某一固定區(qū)域作業(yè)，部分適合氣化，但船舶保有量有限，潛力預(yù)測(cè)暫不考慮。

漁船油改氣應(yīng)順勢(shì)而為，因?yàn)橹两裆形从腥魏斡透臍獾恼邔用嬷?或政府要求推進(jìn)的說(shuō)法。擬選擇改造的示范漁船（F 船）是福建進(jìn)行LNG 雙燃料動(dòng)力改造的主要船型，適合于改造。福建漁船共有6.8 萬(wàn)艘，95%以上船身長(zhǎng)度不到24m，尤其是內(nèi)河漁船其長(zhǎng)度一般不到12m，噸位小、裝機(jī)功率低。若用LNG 作動(dòng)力，需要增加儲(chǔ)氣罐、氣化器、供氣管道以及其他操控設(shè)施，改造后作業(yè)空間將大受影響，因此，從數(shù)量上看，大部分不適宜改裝。另一方面，自2006年起，農(nóng)業(yè)部對(duì)漁船實(shí)施燃油補(bǔ)貼政策，啟動(dòng)補(bǔ)貼機(jī)制，補(bǔ)貼額度主要根據(jù)漁船的裝機(jī)功率和類(lèi)型來(lái)確定，即漁船年油價(jià)補(bǔ)貼＝主機(jī)總功率（kW） × 補(bǔ)助用油系數(shù)（元／kW · a）。若用天然氣替代，按70%的柴油替代率、天然氣價(jià)格按現(xiàn)價(jià)計(jì)算，全年節(jié)省燃料費(fèi)低于燃油補(bǔ)貼。因此，漁船改燒LNG 后若不能享受燃油補(bǔ)貼，氣化的可能性不大，尤其是在沿海建造水上LNG 加注站（LNG 加注躉船）尚不具備條件下。漁船是屬于農(nóng)業(yè)部管理，海洋漁業(yè)局需對(duì)改造的漁船進(jìn)行全程的監(jiān)控、頒發(fā)認(rèn)證。

可啟動(dòng)“科技示范漁船”：選擇2 條收鮮漁船（F 船），船型長(zhǎng)度約20～30m 左右、寬度6m 左右，主機(jī)功率120kW～350kW，載重量200 噸～400 噸左右，進(jìn)行新建或改造（其中一艘采用LNG 雙燃料動(dòng)力系統(tǒng)、另一艘為L(zhǎng)NG 單燃料動(dòng)力系統(tǒng)）；LNG 冷能可提供為冷藏介質(zhì)，LNG 加注可先由加注車(chē)提供。

4 近年來(lái)船舶油改氣發(fā)展相對(duì)緩慢的原因分析

（1）LNG 動(dòng)力船舶需要增加儲(chǔ)氣系統(tǒng)、混燃系統(tǒng)、安全與消防系統(tǒng)等更為復(fù)雜的設(shè)備裝置；操作規(guī)程比燃油船步驟多。

（2） LNG 燃料補(bǔ)給需要到特定港口或區(qū)域，LNG 的運(yùn)輸、儲(chǔ)存等諸多環(huán)節(jié)還不暢通。

（3）尚未實(shí)行強(qiáng)制性排放標(biāo)準(zhǔn)，LNG 與燃料油相比經(jīng)濟(jì)上更有競(jìng)爭(zhēng)性，被新、改裝船投資、試航成本及“過(guò)關(guān)斬將”的手續(xù)辦理耗費(fèi)財(cái)力、精力，船東難有積極性。

（4）據(jù)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，LNG 單、雙動(dòng)力船舶新船建造成本比普通燃油船建造成本高，維護(hù)成本也高。

（5） LNG 動(dòng)力船及LNG 船舶加注站存在建造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏、配套基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重不足、雙燃料和單燃料氣體發(fā)動(dòng)機(jī)及配套技術(shù)待改進(jìn)等一系列問(wèn)題。

5 展望

綜合考慮技術(shù)研發(fā)、法規(guī)建立、市場(chǎng)培育、資源輸入等因素，我們認(rèn)為2012 年前，我國(guó)船舶油改氣處于試驗(yàn)階段，2013年～2015年為啟動(dòng)階段；由于LNG 動(dòng)力船舶制造、LNG 內(nèi)河運(yùn)輸及安全管理等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相繼制訂或頒布，國(guó)家對(duì)LNG 動(dòng)力船舶運(yùn)輸將逐步放開(kāi)。LNG 價(jià)格比柴油具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，船舶企業(yè)對(duì)柴油動(dòng)力船舶進(jìn)行改造的積極性將快速提高。