內(nèi)河柴油—LNG雙燃料動(dòng)力船舶應(yīng)用分析

夏中垠

摘 要：如何緩解石油資源的約束“瓶頸”，破解排放污染問(wèn)題，是內(nèi)河運(yùn)輸持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作。柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船舶正是在此形勢(shì)下發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是調(diào)整交通運(yùn)輸能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色航運(yùn)的有益嘗試。

關(guān)鍵詞：柴油—LNG雙燃料動(dòng)力船 混燃模式 LNG儲(chǔ)罐

我國(guó)目前LNG雙燃料動(dòng)力船舶應(yīng)用情況

我國(guó)從九十年代開(kāi)研究開(kāi)發(fā)工作，目前內(nèi)河船舶江蘇、安徽、湖北、江西、山東等地陸續(xù)開(kāi)展柴油LNG混合動(dòng)力船舶的開(kāi)發(fā)工作。特別是自2010年以來(lái)，蘇宿貨1260、紅日166號(hào)、長(zhǎng)迅3號(hào)、贛撫州貨0608、武漢302號(hào)輪渡等艘船，經(jīng)過(guò)雙燃料改造后，分別在京杭運(yùn)河和長(zhǎng)江航線進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，與柴油燃料相比燃料成本下降20%以上，船舶尾氣污染物綜合指標(biāo)下降50%以上，動(dòng)力性、可靠性、操控性能與原機(jī)相當(dāng)，得到了用戶的一致認(rèn)可和歡迎，為規(guī)模發(fā)展LNG船舶打下了良好的基礎(chǔ)。下面以安徽蕪湖“紅日166號(hào)”船舶改造為例說(shuō)明。

改造方案就是以柴油–LNG雙燃料替代柴油單一燃料，在保持原有柴油機(jī)主體結(jié)構(gòu)和燃燒方式不變的前提下，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和柴油–LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，通過(guò)電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)下兩種運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。

該船的混燃技術(shù)改造方案由三大系統(tǒng)組成，即LNG儲(chǔ)供氣系統(tǒng)，柴油—天然氣混燃電控噴射系統(tǒng)，消防報(bào)警系統(tǒng)。

1、紅日166船的技術(shù)參數(shù)：

紅日166船運(yùn)行情況

2011年4月7日長(zhǎng)江首艘內(nèi)河柴油-LNG混合動(dòng)力改造船“紅日166”在蕪湖市成功首航，截止到8月份共運(yùn)行陽(yáng)新至上海重載11航次，上海至陽(yáng)新空載8航次，上海至黃石重載4航次，陽(yáng)新到南京重載1航次、南京到陽(yáng)新空載1航次。運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)力與原機(jī)相當(dāng)，加一次氣的續(xù)航里程達(dá)到4000公里。

1、主要技術(shù)指標(biāo)

對(duì)原柴油機(jī)不做改動(dòng)，改裝簡(jiǎn)單、方便，利于推廣。

隨時(shí)在純柴油和柴油-天然氣混燃兩種模式下切換。

混燃模式下動(dòng)力與原機(jī)相當(dāng)，沒(méi)有動(dòng)力損耗，操作性與原機(jī)相同。

混燃模式下，天然氣替代60%～75%柴油，且燃料消耗按照當(dāng)量熱值計(jì)算不超過(guò)原機(jī)。

在混燃模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、油壓、水溫等技術(shù)指標(biāo)與原機(jī)一致。

自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ECU和控制程序，控制精確，能滿足不同客戶的不同需求，操作維護(hù)簡(jiǎn)單、快捷。

2、主要安全指標(biāo)

根據(jù)《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》的要求以及散貨船的特點(diǎn)，參考中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院于2010年9月對(duì)江蘇《船用柴油-LNG混合動(dòng)力技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析安全評(píng)價(jià)（節(jié)選）》的結(jié)論，在保證安全的前提下，混燃船舶主要采取的是ESD防護(hù)。

LNG儲(chǔ)罐的安裝滿足穩(wěn)性、ESD防護(hù)和安全泄放要求。儲(chǔ)罐處需配置電動(dòng)、手動(dòng)和氣動(dòng)緊急切斷閥和安全泄放閥，保證緊急情況下，儲(chǔ)罐出液根部閥能及時(shí)切斷燃?xì)夤?yīng)，并將超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的天然氣排放到船體外的大氣中。

燃?xì)夤芫€采用06Cr19Ni10不銹鋼管，管線接頭主要采用全熔透焊，保證燃?xì)夤芫€的強(qiáng)度和氣密性。管線上配置三聯(lián)裝氣體互鎖閥，保證在天然氣發(fā)生泄漏時(shí)能及時(shí)切斷燃?xì)夤?yīng)，并將管線中的天然氣排放到船體外的大氣中。

LNG儲(chǔ)罐以及機(jī)艙要有燃?xì)庑孤短筋^和消防聯(lián)動(dòng)裝置。當(dāng)發(fā)生燃?xì)庑孤┻_(dá)到1%時(shí)，低爆報(bào)警，開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)，排出可燃?xì)怏w；當(dāng)發(fā)生燃?xì)庑孤┻_(dá)到2%時(shí)，高爆報(bào)警，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為純柴油運(yùn)行，所有通往機(jī)艙的燃?xì)夤苈繁仨氝b控關(guān)閉，開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)和互鎖氣體閥排出可燃?xì)怏w。

3、經(jīng)濟(jì)環(huán)保指標(biāo)

按照當(dāng)前柴油和LNG的價(jià)格，使用混燃模式行駛同使用全柴油模式行駛相比，燃料成本降低20%以上。混燃模式延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，機(jī)油消耗降低10%以上，降低發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用30%以上。

改裝后的排放與使用柴油相比，硫氧化合物和碳煙排放降低70%以上，氮氧化合物減排35%～40%，無(wú)顆粒物排放，二氧化碳也減排20%～25%，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲降低10%以上。

改裝成本和經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性測(cè)算

1、改裝成本測(cè)算

2、經(jīng)濟(jì)性測(cè)算

對(duì)于這一混燃改造的船舶，據(jù)船舶公司統(tǒng)計(jì)，使用全柴油時(shí)，每艘船舶平均年消耗柴油120噸。混燃改造后按照柴油替代率平均70%。柴油價(jià)格為8500元/噸，LNG價(jià)格為6000元/噸。混燃改造后，每艘船舶年節(jié)省：120×70%×（8500-6000）=210000元，成本回收210000×3=630000元。

3、節(jié)能減排測(cè)算

用天然氣70%替代柴油，每噸柴油減排0.88噸碳排放。每艘船每年替代柴油：120×70%=84噸。

每艘船每年減少碳排放：84×0.88=73.92噸。

4、社會(huì)效益

燃用雙燃料時(shí)，柴油機(jī)的熱負(fù)荷降低，排氣煙度大大降低，汽缸最高爆破壓力和噪聲也略低于燃用柴油工況，氣缸內(nèi)的積碳很少，可減少氣缸與活塞之間的磨損，有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。使用LNG部分替代柴油在為船東帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，有效緩解了柴油供需矛盾，改善了內(nèi)河船舶燃料結(jié)構(gòu)，減少排放，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益明顯，對(duì)發(fā)展綠色水運(yùn)，構(gòu)建現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系有良好的推動(dòng)作用。

目前內(nèi)河LNG雙燃料動(dòng)力船舶應(yīng)用中存在問(wèn)題與建議

內(nèi)河柴油—LNG混合動(dòng)力船舶在推廣應(yīng)用上尚存在一些問(wèn)題：

一是技術(shù)規(guī)范體系不完善，“油改氣”的技術(shù)現(xiàn)在還不是非常成熟，難以快速普及。二是相關(guān)監(jiān)管制度不健全，人員培訓(xùn)認(rèn)證等存在問(wèn)題。三是基礎(chǔ)設(shè)施，加氣站或加氣船建設(shè)不到位等問(wèn)題，船舶加氣非常困難，LNG船舶的續(xù)航力普遍不高。四是船用產(chǎn)品認(rèn)證問(wèn)題。五是國(guó)家扶持政策不到位。

為了進(jìn)一步加大內(nèi)河船舶“油改氣”的技術(shù)應(yīng)用，建議：一是開(kāi)展加油加氣站規(guī)劃。為滿足柴油LNG雙燃料動(dòng)力船舶加油加氣的需求，需沿江、河布置加油加氣站，近期首先開(kāi)展加油加氣站布點(diǎn)規(guī)劃。二是研究制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，中國(guó)船級(jí)社已經(jīng)完成《氣體燃料動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》，還有柴油-LNG雙燃料動(dòng)力系統(tǒng)《操作手冊(cè)》和《船員安全作業(yè)及維護(hù)須知》，船用產(chǎn)品等需要規(guī)范。三是加快相關(guān)管理制度的研究，規(guī)范行為。四是研究出臺(tái)相關(guān)扶持政策。在試點(diǎn)推廣初期，研究出臺(tái)相關(guān)扶持政策，主要包括三個(gè)方面：一要資金扶持。研究通過(guò)建立專項(xiàng)補(bǔ)助資金、政府貼息、過(guò)閘費(fèi)減免等方式，在推廣初期對(duì)柴油-LNG雙燃料動(dòng)力改裝船舶給予適當(dāng)資金扶持。二要土地政策支持。在沿河加油加氣站點(diǎn)、LNG和燃油儲(chǔ)備庫(kù)等基地的土地征用中給予適當(dāng)政策支持。三要建立項(xiàng)目工作協(xié)調(diào)機(jī)制。針對(duì)加油加氣站的布點(diǎn)規(guī)劃和立項(xiàng)審批、船舶設(shè)施設(shè)備和船員發(fā)證等方面工作，采取集中處理和一站式處理等方式，簡(jiǎn)化程序。

總的說(shuō)來(lái)，將高效、優(yōu)質(zhì)、潔凈的液化天然氣新型船舶應(yīng)用到現(xiàn)代航運(yùn)業(yè)，一方面可以符合國(guó)際海事組織的法則法規(guī)；另一方面，有利于保持良好的生態(tài)環(huán)境。因此，使用天然氣，可帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益，是非常可行，同時(shí)也是十分必要的。

內(nèi)河LNG雙燃料動(dòng)力船舶應(yīng)用展望

目前，天然氣的儲(chǔ)量，世界探明的天然氣儲(chǔ)量豐富。如果加進(jìn)非傳統(tǒng)能源，如頁(yè)巖氣，按當(dāng)前使用量來(lái)計(jì)算天然氣可供人類使用250年。液化天然氣的現(xiàn)貨價(jià)格僅相當(dāng)于柴油的1/4到1/3。作為未來(lái)石油燃料的替代能源，目前歐美發(fā)達(dá)國(guó)家LNG的利用率已達(dá)25%，中國(guó)雖僅為3.9%，但采用LNG的年增速達(dá)到了世界先進(jìn)水平。截止目前，中國(guó)已成為世界上主要的LNG進(jìn)口國(guó)，預(yù)計(jì)到2015年，LNG的年供應(yīng)量將達(dá)2800-3350億立方米。

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，一方面，未來(lái)我國(guó)內(nèi)河LNG船數(shù)量會(huì)快速增長(zhǎng)。我國(guó)內(nèi)河航運(yùn)資源豐富，擁有大、小天然河流5800多條，河流總長(zhǎng)43萬(wàn)公里，對(duì)內(nèi)河船舶的需求量巨大，我國(guó)內(nèi)河運(yùn)輸船舶近20萬(wàn)艘。而在節(jié)能減排大背景下，在LNG接收站不斷增加的基礎(chǔ)上，發(fā)展內(nèi)河LNG船舶對(duì)防治船舶污染，對(duì)保護(hù)江河水域環(huán)境，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年總共會(huì)有5萬(wàn)多艘輪機(jī)船進(jìn)行改裝，直接帶動(dòng)能源設(shè)備價(jià)值高達(dá)260億元人民幣的市場(chǎng)增量。

另一方面，國(guó)家加大資金投入推進(jìn)內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展，對(duì)LNG船發(fā)展構(gòu)成有力支持。交通運(yùn)輸部副部長(zhǎng)徐祖遠(yuǎn)透露，“十二五”期間，中央將安排450億元財(cái)政資金，加大航道、支持保障系統(tǒng)和中西部地區(qū)港口等的資金投入，同時(shí)安排50億元財(cái)政引導(dǎo)資金，推進(jìn)內(nèi)河船型標(biāo)準(zhǔn)化和運(yùn)力結(jié)構(gòu)調(diào)整。這意味著“十二五”內(nèi)河航運(yùn)投資將比“十一五”期間增加2.7倍，增幅創(chuàng)造歷史新高。

船舶采用柴油LNG雙燃料動(dòng)力后，柴油的平均替代率達(dá)到60%至70%，可實(shí)現(xiàn)硫氧化合物減排減排85%～90%，二氧化碳減排15%～20%，同時(shí)，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。據(jù)測(cè)算，如安徽的內(nèi)河船舶近3萬(wàn)艘經(jīng)過(guò)改造，使用柴油LNG雙燃料動(dòng)力后，每年可減排硫氧化合物3.1萬(wàn)噸，氮氧化合物3.2萬(wàn)噸，二氧化碳37.5萬(wàn)噸。 （作者單位：安徽省船舶檢驗(yàn)局）