船用替代燃料應(yīng)用前景

翁雨波中國船舶工業(yè)經(jīng)濟與市場研究中心科技與配套部部長

航運業(yè)承擔(dān)了全球80%以上的貨物運輸，是全球大氣中NOx、SOx、CO2等排放的重要來源。為降低船舶排放，國際海事組織（IMO）對各類廢氣排放均出臺了相應(yīng)的法規(guī)，并逐步實施?？商娲剂鲜呛竭\界實現(xiàn)CO2總排放量至2050年較2008年減少50%目標(biāo)的重要手段，也是降低NOx、SOx的排放的途徑之一，其發(fā)展應(yīng)用情況值得關(guān)注。

主要船用替代燃料

目前，船用可替代燃料主要有LNG、LPG、甲醇、生物燃料、氫氣五大類，以及電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)和風(fēng)力輔助推進等三大系統(tǒng)。從各替代燃料應(yīng)用情況來看，LNG是應(yīng)用較為廣泛替代燃料，采用LNG作為燃料的船舶數(shù)量已經(jīng)超過500艘，且手持訂單超過300艘，而其他各類替代燃料應(yīng)用數(shù)量較小，均在10艘以下。在三大系統(tǒng)上，電池系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛，目前已經(jīng)安裝應(yīng)用的船舶數(shù)量超過70艘，訂單數(shù)量超過80艘，而燃料電池系統(tǒng)和風(fēng)力輔助推進系統(tǒng)正處于試驗應(yīng)用階段，安裝應(yīng)用數(shù)量較少。

1、LNG動力應(yīng)用最為廣泛

目前，LNG作為船用燃料應(yīng)用范圍逐步擴大，全球使用LNG作為動力的船舶數(shù)量已經(jīng)超過500艘，且近幾年持續(xù)增長。在現(xiàn)有LNG動力船舶中，LNG運輸船在現(xiàn)有LNG動力船隊中占據(jù)69%。此外，客船、海工船、油船、集裝箱船及散貨船開始采用LNG動力推進，訂單比重逐漸增加。截至目前，全球共有513余艘LNG動力船舶，其中379艘為LNG運輸船，135艘為非LNG運輸船。此外，手持訂單中，LNG動力船占比不斷提升，目前全球共有311艘船舶計劃采用LNG動力，占手持訂單總艘數(shù)的7.6%，占總噸的15.7%。部分船舶也采用LNG Ready設(shè)計，從而在將來條件成熟時轉(zhuǎn)換為LNG動力。

2、電池動力發(fā)展迅速

相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球運營中和擬建造電動船舶（包含混合動力和純電池動力）數(shù)量為155艘，其中營運船舶75艘，擬建造船舶80艘。純電動船舶共有28艘，其中已經(jīng)運營8艘，手持訂單19艘。從電動船舶應(yīng)用船型上看，目前電動船舶以車客渡船、客船為主，且主要分布在北歐地區(qū)。

3、其他替代燃料應(yīng)用進展緩慢

除LNG燃料和電池動力系統(tǒng)外，其他替代燃料仍處于發(fā)展的起步階段，市場接單相對偏少。

LPG：LPG與LNG類似，也是全球海運的重要能源。目前，MAN已經(jīng)開發(fā)出ME-LGIP低速機，其可以以LPG為燃料，全球有4艘5.5萬載重噸采用LPG為燃料的LPG船正在建造中。

圖1. 全球LNG船隊規(guī)模

圖2. LNG動力船型分布

表1 LNG動力船船隊情況

表2 LNG Ready船船隊情況

甲醇：甲醇屬于可再生能源，也是全球海運的重要化學(xué)品，近年來，MAN已經(jīng)開發(fā)了ME-LGI系列發(fā)動機，可采用甲醇作為燃料。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有7艘甲醇運輸船采用甲醇作為燃料，另有4艘正在建造中。

圖3 電池動力船舶應(yīng)用情況（艘）

乙烷：乙烷也是全球貿(mào)易的重要化學(xué)品，MAN已經(jīng)開發(fā)了ME-GIE系列發(fā)動機，可以采用乙烷作為燃料。目前全球已有4艘乙烷運輸船采用乙烷作為燃料，另有2艘正在建造中。

生物燃料：生物燃料屬于可再生能源，目前ABC、Scania等發(fā)動機廠商已經(jīng)開發(fā)出了生物燃料柴油機。目前全球有5艘采用生物燃料為動力的船舶，另有4艘正在建造中，主要船型為客渡船。此外，馬士基等也在試驗在傳統(tǒng)燃油中添加生物燃料的方式，從而達到大規(guī)模應(yīng)用的效果。

氫燃料：2017年，比利時公司Cie.Maritime Belge SA（CMB）完成了雙燃料氫動力渡輪Hydroville的建造，這是全球第一艘通過認證的柴油和氫能雙燃料動力內(nèi)燃機客船。目前，氫燃料研究相對較少。

燃料電池：2018年7月，英國船廠Ferguson Marine聯(lián)合挪威康士伯海事、巴拉德動力系統(tǒng)公司等合作伙伴啟動了氫燃料動力客滾船HySeas III號建造項目，而美國Golden Gate Zero Emission Marine（GGZEM）公司將建造美國首艘氫氣燃料電池船Water-Go-Round號，該船將能運輸84名乘客，最高航速可達22節(jié)。

風(fēng)帆動力：風(fēng)力輔助推進系統(tǒng)近幾年快速發(fā)展。芬蘭Norsepower公司制造的旋筒風(fēng)帆動力裝置（Rotor Sails）已經(jīng)獲得了首個型式認證，利用這套裝置船舶可以減少7%～10%的燃料消耗，并已經(jīng)安裝在馬士基油輪Maersk Pelican號等3艘船上。大連船舶重工建造的世界上第一艘機帆混合動力VLCC船也采用了風(fēng)帆技術(shù)。

船用替代燃料未來發(fā)展前景

2018年，IMO已 經(jīng) 同 意 在2050年前，航運業(yè)的總溫室氣體排放量將比2008年至少降低50%，并盡快在本世紀末實現(xiàn)零碳排放，替代燃料是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。目前，替代燃料的可獲得性、經(jīng)濟性以及技術(shù)發(fā)展水平是影響其大規(guī)模使用的重要因素，但在航運業(yè)減排的大背景下，替代燃料未來發(fā)展必將迎來機遇期。

1、LNG/LPG

未來幾年內(nèi)，LNG船舶仍是替代燃料中最廣泛的一種，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善、更嚴格的航運環(huán)境監(jiān)管下，將推動LNG的發(fā)展應(yīng)用。根據(jù)LNG燃料加注聯(lián)盟SEALNG提供的信息顯示，從有限的供應(yīng)量來看，全球最大的25個港口中，有24個港口具有LNG燃料加注能力。而IBIA（國際燃油行業(yè)協(xié)會）預(yù)測，到2020年，航運市場對LNG燃料需求將達到4%。

而LPG/乙烷等，隨著技術(shù)的成熟，未來也有可能首先在LNG運輸船、乙烷運輸船等上得到大規(guī)模應(yīng)用。

2、甲醇

甲醇燃料也是未來有可能大規(guī)模應(yīng)用的替代燃料。甲醇最大的優(yōu)勢在于不需要低溫儲存和絕熱，因而燃料艙的設(shè)計和建造非常簡單，與LNG相比成本大大降低。此外，甲醇加注方便，在全球港口或傳統(tǒng)的船用燃料補給中心都較易獲取。在發(fā)動機技術(shù)上，甲醇發(fā)動機在現(xiàn)有部分雙燃料發(fā)動機基礎(chǔ)上基本不需要任何改動，只需要加上新的噴油器和燃料共軌系統(tǒng)，就可以使用甲醇作為燃料。就減排效果來說，甲醇發(fā)動機與LNG發(fā)動機相差無幾，可以直接滿足目前的主要法規(guī)要求。歐盟海事局（EMSA）“甲醇和乙醇用作航運替代燃料研究”項目比較了重油加后處理裝置、LNG和甲醇三種方案，其結(jié)果表明，對于僅在排放控制區(qū)（ECA）內(nèi)航行的船舶，甲醇優(yōu)勢高于LNG，與重油加后處理裝置的方案經(jīng)濟性相當(dāng)。隨著甲醇燃料應(yīng)用研究的加快，甲醇在未來船用替代燃料市場應(yīng)用范圍將逐步加大。

3、生物燃料

生物燃料是實現(xiàn)零排放的重要能源。生物燃料在政策扶持下發(fā)展很快，近幾年取得了很大的成績，以糧食為原料的燃料乙醇生產(chǎn)，已經(jīng)形成規(guī)模，未來加緊向非糧原料生產(chǎn)轉(zhuǎn)型；以廢油等為原料的生物柴油生產(chǎn)，也已步入產(chǎn)業(yè)化道路。目前，生物燃料已經(jīng)在車用市場占有一定的市場份額，隨著與傳統(tǒng)柴油摻燒技術(shù)的不斷成熟，生物燃料在航運中需求也將逐步提升。

4、電池動力

鋰電池作為清潔能源，已成為船舶動力行業(yè)熱點之一，近幾年迎來爆發(fā)式的增長。發(fā)展速度快、應(yīng)用船型廣、零排放、低噪音的電動船舶已成為實現(xiàn)船舶工業(yè)節(jié)能減排和轉(zhuǎn)型升級的重要路徑。同時，在新能源汽車發(fā)展的帶動下，動力電池、電驅(qū)動系統(tǒng)在成本控制、技術(shù)等方面都有了大幅度提升。純電動和混合動力船舶未來市場需求將穩(wěn)步提升。

5、燃料電池

受成本、安全、壽命等多種因素影響，燃料電池在民用船舶領(lǐng)域目前尚不具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的條件，但是隨著國際公約法規(guī)對船舶排放要求的日益嚴格，燃料電池系統(tǒng)卓越的排放性能有可能將其推向船舶動力市場的新風(fēng)口。目前限制船用燃料電池系統(tǒng)走向大規(guī)模商業(yè)化的歸根結(jié)底還是技術(shù)與成本問題，但隨著技術(shù)的不斷革新，燃料電池將有可能打破現(xiàn)有的船用動力系統(tǒng)格局，在船舶上的應(yīng)用范圍將逐步擴大。

6、風(fēng)力輔助推進

風(fēng)帆動力是可再生清潔能源，是助力航運業(yè)減排重要方案。目前，風(fēng)帆輔助推進技術(shù)正加快發(fā)展，通過將風(fēng)力輔助推進系統(tǒng)與計算機計算技術(shù)在不斷結(jié)合，實時計算風(fēng)向、風(fēng)速與船舶航行狀態(tài)。未來，風(fēng)帆動力將作為輔助動力得到大規(guī)模應(yīng)用。