船用替代燃料應用前景

翁雨波中國船舶工業經濟與市場研究中心科技與配套部部長

航運業承擔了全球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的法規，并逐步實施。可替代燃料是航運界實現CO2總排放量至2050年較2008年減少50%目標的重要手段，也是降低NOx、SOx的排放的途徑之一，其發展應用情況值得關注。

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、燃料電池系統和風力輔助推進等三大系統。從各替代燃料應用情況來看，LNG是應用較為廣泛替代燃料，采用LNG作為燃料的船舶數量已經超過500艘，且手持訂單超過300艘，而其他各類替代燃料應用數量較小，均在10艘以下。在三大系統上，電池系統應用較為廣泛，目前已經安裝應用的船舶數量超過70艘，訂單數量超過80艘，而燃料電池系統和風力輔助推進系統正處于試驗應用階段，安裝應用數量較少。

1、LNG動力應用最為廣泛

目前，LNG作為船用燃料應用范圍逐步擴大，全球使用LNG作為動力的船舶數量已經超過500艘，且近幾年持續增長。在現有LNG動力船舶中，LNG運輸船在現有LNG動力船隊中占據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，占手持訂單總艘數的7.6%，占總噸的15.7%。部分船舶也采用LNG Ready設計，從而在將來條件成熟時轉換為LNG動力。

2、電池動力發展迅速

相關統計數據顯示，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，其中已經運營8艘，手持訂單19艘。從電動船舶應用船型上看，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。

3、其他替代燃料應用進展緩慢

除LNG燃料和電池動力系統外，其他替代燃料仍處于發展的起步階段，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已經開發出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品，近年來，MAN已經開發了ME-LGI系列發動機，可采用甲醇作為燃料。根據相關數據統計，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 電池動力船舶應用情況（艘）

乙烷：乙烷也是全球貿易的重要化學品，MAN已經開發了ME-GIE系列發動機，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等發動機廠商已經開發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燃油中添加生物燃料的方式，從而達到大規模應用的效果。

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聯合挪威康士伯海事、巴拉德動力系統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。

風帆動力：風力輔助推進系統近幾年快速發展。芬蘭Norsepower公司制造的旋筒風帆動力裝置（Rotor Sails）已經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船也采用了風帆技術。

船用替代燃料未來發展前景

2018年，IMO已 經 同 意 在2050年前，航運業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零碳排放，替代燃料是實現這一目標的重要手段。目前，替代燃料的可獲得性、經濟性以及技術發展水平是影響其大規模使用的重要因素，但在航運業減排的大背景下，替代燃料未來發展必將迎來機遇期。

1、LNG/LPG

未來幾年內，LNG船舶仍是替代燃料中最廣泛的一種，隨著基礎設施的不斷完善、更嚴格的航運環境監管下，將推動LNG的發展應用。根據LNG燃料加注聯盟SEALNG提供的信息顯示，從有限的供應量來看，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（國際燃油行業協會）預測，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模應用。

2、甲醇

甲醇燃料也是未來有可能大規模應用的替代燃料。甲醇最大的優勢在于不需要低溫儲存和絕熱，因而燃料艙的設計和建造非常簡單，與LNG相比成本大大降低。此外，甲醇加注方便，在全球港口或傳統的船用燃料補給中心都較易獲取。在發動機技術上，甲醇發動機在現有部分雙燃料發動機基礎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，就可以使用甲醇作為燃料。就減排效果來說，甲醇發動機與LNG發動機相差無幾，可以直接滿足目前的主要法規要求。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，其結果表明，對于僅在排放控制區（ECA）內航行的船舶，甲醇優勢高于LNG，與重油加后處理裝置的方案經濟性相當。隨著甲醇燃料應用研究的加快，甲醇在未來船用替代燃料市場應用范圍將逐步加大。

3、生物燃料

生物燃料是實現零排放的重要能源。生物燃料在政策扶持下發展很快，近幾年取得了很大的成績，以糧食為原料的燃料乙醇生產，已經形成規模，未來加緊向非糧原料生產轉型；以廢油等為原料的生物柴油生產，也已步入產業化道路。目前，生物燃料已經在車用市場占有一定的市場份額，隨著與傳統柴油摻燒技術的不斷成熟，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熱點之一，近幾年迎來爆發式的增長。發展速度快、應用船型廣、零排放、低噪音的電動船舶已成為實現船舶工業節能減排和轉型升級的重要路徑。同時，在新能源汽車發展的帶動下，動力電池、電驅動系統在成本控制、技術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域目前尚不具備大規模商業化應用的條件，但是隨著國際公約法規對船舶排放要求的日益嚴格，燃料電池系統卓越的排放性能有可能將其推向船舶動力市場的新風口。目前限制船用燃料電池系統走向大規模商業化的歸根結底還是技術與成本問題，但隨著技術的不斷革新，燃料電池將有可能打破現有的船用動力系統格局，在船舶上的應用范圍將逐步擴大。

6、風力輔助推進

風帆動力是可再生清潔能源，是助力航運業減排重要方案。目前，風帆輔助推進技術正加快發展，通過將風力輔助推進系統與計算機計算技術在不斷結合，實時計算風向、風速與船舶航行狀態。未來，風帆動力將作為輔助動力得到大規模應用。