船舶LNG動力系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

沈 菊

（南通遠(yuǎn)洋船舶配套有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求量和消耗量也逐年增加。世界的發(fā)展造成大環(huán)境污染，常年碳排放使得環(huán)境和生態(tài)的壓力越來越大。開發(fā)利用新能源（可再生）成為發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家21世紀(jì)能源發(fā)展戰(zhàn)略的基本選擇。運(yùn)用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)耗能高、排量大的能源，成為當(dāng)今節(jié)能減排方面的突破口。交通運(yùn)輸行業(yè)由于能源消耗較大，將天然氣作為綠色環(huán)保能源替代傳統(tǒng)柴油，成為現(xiàn)代船舶綠色發(fā)展的燃料之一[1]。

1 LNG的概念及組成

天然氣為一種天然氣體，主要產(chǎn)生于氣田或是油田，主要成分為甲烷并參雜乙烷、丙烷、氮等雜質(zhì)，如表1所示。常態(tài)下的天然氣以氣態(tài)形式存在，不便于輸送和存儲，因此將其進(jìn)行低溫液化，將常態(tài)氣溫降低至-163℃進(jìn)行液態(tài)處理[2]。天然氣中的雜質(zhì)會在低溫環(huán)境中出現(xiàn)凝固，要在液化之前對其進(jìn)行凈化處理，去除雜質(zhì)，提升天然氣業(yè)態(tài)形式的純凈度，以免損傷輸送管道，提高氣體的使用效率。

表1 不同氣田L(fēng)NG成分分析表

2 LNG燃料動力船舶發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 LNG燃料價(jià)格較高，使得成本居高不下

我國運(yùn)用LNG燃料動力的起步較晚，運(yùn)用LNG燃料的主要原因?yàn)長NG的價(jià)格比柴油低，能源綜合折價(jià)率達(dá)到15%～25%，從而節(jié)省大量的燃料費(fèi)用，提升了船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，部分船舶選用LNG供氣系統(tǒng)，或者對其動力系統(tǒng)進(jìn)行改建[3]，見圖1。但隨著原油價(jià)格的回落，LNG原料的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢大大降低，尤其是我國為了整治氣污染，提倡運(yùn)用清潔能源，致使LNG消費(fèi)速度增加，出現(xiàn)LNG能源短缺現(xiàn)象，造成LNG價(jià)格不斷上漲，使得船舶運(yùn)用LNG動力系統(tǒng)時(shí)，會面對較大的資金壓力。近幾年，在船舶行業(yè)運(yùn)用中LNG動力系統(tǒng)裝置改建以及新建的速度相對比較平緩。

圖1 LNG動力系統(tǒng)配置圖

與此同時(shí)，國內(nèi)對船舶進(jìn)行LNG燃料動力系統(tǒng)改造過程中，為提升船舶的運(yùn)用效率，縮短改造周期，與其相配套的法律規(guī)范尚不夠完善，基礎(chǔ)設(shè)施較為落后，相應(yīng)的配套設(shè)備供應(yīng)不全，大部分的設(shè)備還需進(jìn)口，致使船舶改造的工藝不高，實(shí)際安裝和改造過程中工序較為復(fù)雜，因此改建費(fèi)用相對較高。

2.2 配套基礎(chǔ)設(shè)施滯后，專業(yè)化技術(shù)人員短缺

現(xiàn)階段雖然在船舶運(yùn)輸行業(yè)大力宣揚(yáng)LNG動力系統(tǒng)在船舶的運(yùn)用，但是LNG加注碼頭的建設(shè)效率較低，其中因出現(xiàn)規(guī)劃依據(jù)不足，完善建設(shè)選址等方面存在諸多困難，審批流程審批文件依據(jù)也不夠完善，使得碼頭在建設(shè)過程中存在一定的問題，從而無法支撐LNG動力船只的運(yùn)行與?？縖4]。對于船舶運(yùn)輸而言，加注站的數(shù)量與分布直接影響船舶運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，若其數(shù)量不足或者分布不合理，建設(shè)規(guī)劃不科學(xué)，則會造成船舶運(yùn)輸行業(yè)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益也會相應(yīng)的下降。

另外，安裝LNG動力系統(tǒng)后，現(xiàn)有的船舶維修專業(yè)隊(duì)伍缺乏高質(zhì)量技術(shù)人員，相應(yīng)的配件采購困難，有些維修及服務(wù)只能依靠原廠家解決，這些均導(dǎo)致維修時(shí)間變長、費(fèi)用增加。目前，MSC.396(95)決議明確要求LNG燃料動力船舶船員在實(shí)際上崗前應(yīng)經(jīng)過強(qiáng)制性培訓(xùn)，但國內(nèi)針對LNG燃料船舶船員培訓(xùn)且具有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)較少，這些因素造成了專業(yè)化高技能的船員數(shù)量與現(xiàn)階段市場的需求量不相符，致使遠(yuǎn)洋航運(yùn)公司在招收船員方面存在一定困難[5]。

2.3 技術(shù)規(guī)范不完善，系統(tǒng)運(yùn)作技術(shù)水平較低

近年來，我國在研制、生產(chǎn)各種規(guī)格的LNG動力和LNG柴油雙燃料船用天然氣發(fā)動機(jī)方面取得長足的進(jìn)展，并在相應(yīng)的船舶設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)控制等方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)展[6]。但是部分試點(diǎn)改造的LNG燃料動力船舶技術(shù)仍不成熟，發(fā)動機(jī)和安全警報(bào)系統(tǒng)中樞控制系統(tǒng)時(shí)常發(fā)生故障等問題。同時(shí)，由于運(yùn)用清潔能源的時(shí)間較短，LNG燃料動力在船舶上運(yùn)用的時(shí)間較短，相關(guān)技術(shù)規(guī)范正在完善當(dāng)中，使得船舶建造和改造中出現(xiàn)規(guī)范指導(dǎo)和法規(guī)依據(jù)不一致等情況，對船舶建造的成本和投入使用的期限均造成了一定的影響。

3 LNG燃料動力船舶發(fā)展新機(jī)遇

3.1 國際海事組織的限硫規(guī)則

隨著LNG動力的應(yīng)用與發(fā)展，國際海事組織已經(jīng)通過海運(yùn)減排機(jī)制要求，其主旨在于全球范圍內(nèi)船舶使用過程中運(yùn)用的燃料含硫量降至0.5%,此條例在2020年1月1日起開始執(zhí)行。面對此種排放標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)苛的要求，各國船運(yùn)在2020年后，其總體排放量應(yīng)根據(jù)海運(yùn)減排機(jī)制要求進(jìn)行規(guī)劃[7]。為保證船舶在實(shí)際運(yùn)行過程中能夠達(dá)標(biāo)，各國船運(yùn)企業(yè)會在低硫燃油、安裝洗滌器和使用LNG等清潔能源3種方式中進(jìn)行選擇。1）隨著低硫燃油的供應(yīng)量減少，需求量上漲的同時(shí)價(jià)格必然會上升；2）安裝洗滌器進(jìn)行船舶改造，除了系統(tǒng)本身投入外，系統(tǒng)運(yùn)行的耗能對運(yùn)營公司也是一筆不小的成本壓力；3）LNG燃料作為清潔能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。在國際條例的約束和比較之下，運(yùn)用LNG燃料成為航運(yùn)發(fā)展的趨勢之一，大大推動了LNG燃料的發(fā)展與運(yùn)用。

3.2 國內(nèi)政策支持力度不斷提升

為加快落實(shí)船舶清潔能源的運(yùn)用，國家制定了擴(kuò)大清潔能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略決策。相關(guān)政策的出臺為能源生產(chǎn)、能源消費(fèi)與運(yùn)用提供了良好的社會背景。在國家政策實(shí)施過程中，為保證其落實(shí)到位，相關(guān)部門也相繼出臺了保障措施和激勵(lì)措施，對船舶報(bào)廢拆除和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)行了相應(yīng)的補(bǔ)貼，使得LNG動力船舶改造的成本降低，船運(yùn)行業(yè)得到的經(jīng)濟(jì)效益不斷提升。國家與政府為推動LNG燃料的使用效果，延長了補(bǔ)貼時(shí)間，為加快LNG燃料動力船舶的發(fā)展，提供政策性保障。

4 激勵(lì)LNG動力船舶發(fā)展的措施

4.1 加快LNG加注配套設(shè)施建設(shè)

現(xiàn)如今，無論內(nèi)河于海洋皆在運(yùn)用LNG動力的船舶，但是相比于海洋運(yùn)輸而言，內(nèi)河LNG動力船舶運(yùn)用的較少，因此需要大力推廣。此時(shí)，有效促進(jìn)內(nèi)河LNG船舶的運(yùn)用，應(yīng)進(jìn)行LNG能源加注站點(diǎn)建設(shè)的審批以及落實(shí)，以此促進(jìn)LNG動力系統(tǒng)的船舶能夠在大量加注點(diǎn)的支撐下，得以大規(guī)模運(yùn)用與發(fā)展，以此改善傳統(tǒng)動力系統(tǒng)船舶在內(nèi)河運(yùn)用的情況，為環(huán)境改善和能源節(jié)約提供助推力。針對加注碼頭建設(shè)過程中存在規(guī)劃、選址、審批等方面困難的問題，相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步加大對各職能單位的監(jiān)管力度，責(zé)任予以落實(shí)，使相關(guān)人員能夠清楚認(rèn)識到LNG燃料使用管理安全性的重要作用，在優(yōu)化審批流程及完善審批文件等方面得到改善，保證LNG加注碼頭項(xiàng)目建設(shè)速度提升，從而建立健全相應(yīng)的配套設(shè)施。按照市場主導(dǎo)統(tǒng)籌兼顧的原則，尊重并擴(kuò)大市場在LNG加注碼頭資源配置過程中的作用，使其決定與主導(dǎo)加注碼頭建設(shè)效果，船舶流量大、供應(yīng)需求大的重點(diǎn)航段得以優(yōu)先建設(shè)，從而提升LNG加注碼頭的建設(shè)效果，使其盡早正常使用[8]。

4.2 加強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)

LNG船舶動力系統(tǒng)發(fā)展過程中，應(yīng)充分發(fā)揮聯(lián)合與攜手的作用，加大企業(yè)與高校、科研機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系，使得LNG新能源動力船舶系統(tǒng)基礎(chǔ)研究力度得以提升，從而使發(fā)動機(jī)的精細(xì)化設(shè)計(jì)、安全報(bào)警系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)等方面得以完善。船舶在運(yùn)行過程中各個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率不斷降低，進(jìn)而突破LNG燃料動力方面的技術(shù)難題，減少船只在維修與改造過程中所占的時(shí)間，提升實(shí)際運(yùn)行效果。同時(shí)，有關(guān)人員還應(yīng)大力開展船舶動力改造技術(shù)的研究與運(yùn)用，從檢驗(yàn)、維修、維護(hù)入手，使得船舶改造后的詬病得以消除或減少，在運(yùn)用中能夠達(dá)到符合投入營運(yùn)的標(biāo)準(zhǔn) 。

4.3 提升船員培訓(xùn)力度

相關(guān)部門應(yīng)針對現(xiàn)階段LNG動力船舶船員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)布點(diǎn)少、開盤量不足的情況進(jìn)行相應(yīng)的改革，適量加大培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的布點(diǎn)并增加相應(yīng)的開班次數(shù)，解決當(dāng)前航運(yùn)市場船員需求量大的難題。與此同時(shí)，在培訓(xùn)過程中應(yīng)對培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范和管理，在進(jìn)行系統(tǒng)理論知識培訓(xùn)的同時(shí)注重使用過程中問題的識別與處理，保證培訓(xùn)人員的技能能夠滿足新能源船舶實(shí)際使用的需求。此外，相關(guān)部門應(yīng)對LNG動力船員發(fā)展給予一定的支持，協(xié)調(diào)解決船運(yùn)企業(yè)在人員的招聘、資金不足等方面的問題，從而解決航運(yùn)企業(yè)現(xiàn)階段存在的難題，使航運(yùn)企業(yè)能在市場中占據(jù)有利地位。

4.4 落實(shí)環(huán)保政策

由于現(xiàn)階段LNG動力船舶發(fā)展的過程中，相關(guān)政策落實(shí)存在不足，若未進(jìn)行強(qiáng)制性、導(dǎo)向性的政策，則難以真正的落實(shí)污染防控。因此，首先在LNG動力船舶發(fā)展期間應(yīng)認(rèn)真落實(shí)與完善《船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動實(shí)施方案》，并根據(jù)其中新修訂的船舶污染物排放指標(biāo)進(jìn)行新動力的船舶改造，并在一定的期限內(nèi)將不達(dá)標(biāo)的船舶淘汰，以此提升整體政策的執(zhí)行力度，促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。其次，我國政府部門還應(yīng)大力強(qiáng)化LNG動力船舶財(cái)政資金補(bǔ)貼的政策，促使LNG動力船舶在資金政策的支持下得到大力的發(fā)展。例如，進(jìn)行補(bǔ)貼方向和補(bǔ)貼對象的調(diào)整、出臺針對不同發(fā)動機(jī)技術(shù)的補(bǔ)貼政策等，以此激勵(lì)我國LNG動力系統(tǒng)研發(fā)的新技術(shù)發(fā)展與提升。

4.5 完善法規(guī)和制度

LNG動力船發(fā)展離不開相關(guān)政策與法律的支持。首先，相關(guān)人員應(yīng)關(guān)注LNG動力船發(fā)展的實(shí)際情況，完善相應(yīng)的法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得LNG能源與優(yōu)品獲得同等待遇，使得在研發(fā)和運(yùn)用中能夠享有安全和環(huán)保政策待遇。其次，相關(guān)部門應(yīng)提升LNG發(fā)動機(jī)的研發(fā)力度，并開發(fā)具有自主致使產(chǎn)權(quán)以及國際水平較高的LNG發(fā)動機(jī)，以此為我國的LNG動力船舶提供技術(shù)支持和保障。再次，加緊落實(shí)LNG動力船舶相關(guān)的法律和法規(guī)，并將相關(guān)細(xì)則和操作層面的措施進(jìn)行完善和彌補(bǔ)，進(jìn)而滿足LNG動力船舶發(fā)展的需要。與此同時(shí)，還影響成較為完善的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)體系，使得相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行LNG船舶建造以及使用的過程中，能受到法律法規(guī)的充分指引。

4.6 強(qiáng)化我國LNG發(fā)動機(jī)的探索與研究

其一，選取支管多點(diǎn)順序噴射技術(shù)。與傳統(tǒng)的總管進(jìn)氣模式相比較而言，選取支管多點(diǎn)順序噴射技術(shù)在運(yùn)用的過程中，不經(jīng)能有效地控制燃?xì)夤?yīng)量，提升空燃比的控制靈活度，還能強(qiáng)化發(fā)動機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性，在提升熱效率的同時(shí)還能有效防治LNG逃逸情況出現(xiàn)。其二，加大對燃?xì)鈾C(jī)關(guān)鍵零部件的研究。相比于傳統(tǒng)的柴油發(fā)動系統(tǒng)，液化天然氣自身的燃燒速度較慢，因此若是雙動力系統(tǒng)，則LNG燃燒的最晚。此情況會造成排氣溫度上升，燃燒室部件符合不斷提升，進(jìn)而影響運(yùn)動零件的實(shí)際工作效果和潤滑度。因此應(yīng)對此部分進(jìn)行全面探究，強(qiáng)化雙系統(tǒng)中的零部件運(yùn)用效果，進(jìn)而強(qiáng)化LNG動力系統(tǒng)燃?xì)鈾C(jī)的可靠性和船舶運(yùn)用的安全性。

5 結(jié)語

新能源在船舶動力系統(tǒng)發(fā)展過程中具有至關(guān)重要的作用，船舶新能源的開發(fā)和利用需要站在能源安全的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行研究。液化LNG、甲醇、氨、氫等清潔能源在船舶的推廣使用，必將在節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境等方面產(chǎn)生積極影響，為船舶修造企業(yè)以及專業(yè)化配套公司帶來新的發(fā)展機(jī)遇。