摘要：结合国家节能减排政策，对清洁能源液化天然气在水运交通行业的应用进行探讨。总结国内外船舶油改气技术的发展，分析长江流域等内河航道船舶进行以气代油的经济性，提出推广船用燃料以气代油存在的重点问题及解决思路。
关键词：船用LNG；LNG船；LNG-柴油混合动力船； 船舶LNG加气站
Discussion on Using LNG as Fuel
Abstract: The application of LNG as a clean energy in marine traffic is discussed with reference to the national energy-saving and emission-reduction policy. The global development of natural gas as an alternative fuel for ships is summarized. The economic performance of natural gas as an alternative fuel for ships in the inland waterways like
Key words: LNG for ship；LNG-powered ship；LNG-diesel powered ship；LNG refueling station for ships
1 概述
根据国家“十二五”发展规划及国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》(国发[2011]26号)要求，要大力推广使用清洁能源节约和替代石油。交通运输行业是石油的主要消费领域和节能减排的重点行业。陆域交通中汽车燃料用天然气替代汽油、柴油的技术在我国已广泛推广利用，并取得了巨大的成就[1-3]，但是水域交通中船舶以气代油工作在我国尚处于起步阶段。
根据国务院《关于加快长江等内河水运发展的意见》(国发[2011]2号)，将内河水运发展上升为国家战略，提出了我国内河水运的发展目标，提出“要利用l0年左右的时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系”。交通运输部发布的《公路水路交通运输节能减排“卜二五”规划》中明确要求，至“十二五”末，运营船舶单位运输周转量能耗要比2005年下降15％，二氧化碳排放量要比2005年下降16％，水运发展面临着新的形势和要求。因此，要大力推进运输船舶的节能减排、清洁能源替代石油的工作。
2 船用清洁燃料
目前全球航行船舶每年排放近12×108 t／a的CO2，占全球总排放量的6％，硫化物和氮氧化物的排放量分别占全球总排放量的20％和30％，船用燃料已经成为大气污染的重要成因。越来越多的国家和地区已经意识到这个问题的严重性，并迅速开展了船舶清洁燃料的探索和尝试。
2.1 船舶减排方案
在目前的技术条件下，船舶可考虑采用的减排方案主要有以下6种：
①低硫燃油。低硫燃油具有发热值较高、能直接减少细小颗粒物和二氧化硫排放量的特点。
欧盟海事局颁布的欧盟法令Directive 2005／33／EC《关于修改停靠欧盟港船舶的燃油含硫量控制的通知》要求，从
②废气洗涤器。利用化学品或海水除去发动机废气中的硫，这一工艺需要对船舶进行大规模的改造，不仅费用较高，也很难在运输过程中找到污水排放场所。
③生物燃料。生物柴油可以代替部分船用燃油，但面临蜡质堵塞和水分凝析等问题，且生物燃料大多由玉米、小麦、甘蔗等粮食或经济作物提炼，加工成本高于传统化石燃料，还会造成全球粮食供应短缺。
④可再生能源。主要是利用风能、太阳能等可再生能源提供船舶航行时所需要的动力，但这些新能源在技术上依然没有较大突破，成本高昂。
⑤燃料电池。挪威船级社在2003年就开始研发大中型燃料电池，之后韩国大宇造船公司也开始研发，但目前该技术仍处于测试阶段，距离应用还较为遥远。
⑥液化天然气(LNG)。LNG具有资源丰富、使用方便、排放清洁等特点，它基本不含硫化物和微小颗粒等有害物质；而且经过60多年的发展，LNG已经形成了从开采液化、储存、运输到终端的一整套完整工艺。在提供相同热量情况下，LNG价格低于柴油价格约30％。在安全性方面，LNG具有无色、无味、无毒、无腐蚀性等特点，密度比空气轻，发生泄漏事故时会很快自然气化，不会对水体产生污染。
2.2 船舶清洁燃料选择
为应对世界气候变化出台的环保法规，规定了船舶污染防治、减少排放的标准和时限，特别是在2010年12月联合国气候变化框架公约第16次公约方大会和第6次《京都议定书》成员国大会(简称坎昆会议)之后，全球减少碳排放的呼声日益高涨。为了控制运输船舶对海洋的污染，国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)已出台规定，重质燃料油平均含硫质量分数将从目前的4.5％降到2020年的0.5％，轻质燃料油平均含硫质量分数将从目前的l％降到2015年的0.1％。这将对整个航运业带来深刻的变革，同样也对全球船舶燃料供应市场带来了新的机遇和挑战。于是，在寻求节能减排新途径中，比石油便宜且储量丰富的液化天然气(LNG)，以其环境效益及经济效益的显著优势成为未来船舶燃料的首选。
①作为船用燃料，LNG在环保方面具有突出的优势。目前较成熟的LNG动力船舶为LNG-柴油双燃料混合动力，船舶采用LNG一柴油双燃料发动机，LNG替代约70％的燃油时发动机运行稳定，LNG与柴油混合比例(质量比)约为7:3。
LNG气化后天然气的平均低热值约37.85 MJ／m3，密度约
在LNG与柴油混合比例(质量比)为7：3的工作状态下，双燃料发动机与燃油的单燃料发动相比，硫氧化物和颗粒排放量降低约60％～70％，氮氧化物排放量降低约35％～40％，二氧化碳排放量降低约20％-28％。
②作为船用燃料，LNG在经济方面具有明显的效益。目前0号柴油零售价为7.40元／L(折合8.82元L／kg)，LNG零售价为5.9元／kg(折合气态天然气4.60 元／m3)，按LNG替换70％的柴油计，LNG-柴油混合动力船舶比纯柴油动力船舶燃料成本下降约25％。
③在技术上，LNG对于船舶也有较好的适用性。
a．LNG具有无色、无味、无毒、无腐蚀性等特点。
b．LNG为低温液体，即使发生泄漏事故也会很快自然气化，其密度比空气轻，会自动向上扩散，不会对水体产生污染；LNG燃点比汽柴油更高，瞬间着火慢，比汽柴油易扩散，不易达到爆炸极限，安全性强。
C．现有内河船舶经过改装，在船舶现有柴油机的基础上，增加一套LNG供气系统和LNG-柴油双燃料电控喷射系统，将船舶单一的柴油动力改造为LNG-柴油双燃料动力，LNG替代约70％的柴油，改造后船舶的动力性能与原柴油机的动力性能相当。
综上所述，LNG作为船舶动力燃料安全环保、成本优势明显、使用方便、运行状态良好，是未来船舶上替代石油能源的最理想的燃料。
3 国内外船用LNG发展概况
3.1 国际LNG燃料船舶发展现在
目前，国际上LNG燃料船舶的发展总体上处于初期起步阶段。其特点，一是已经投入使用运营的船舶数量少，范围小；二是发展速度较快；三是国际上LNG燃料船舶主要为近海海域运输的较大型船舶。
世界LNG燃料船舶的发展挪威走在前列。挪威船级社(DNV)早在2001年就已率先制定了一系
列LNG动力船舶的技术标准规范，进行了LNG船舶技术攻关研究。目前挪威已建立了船用LNG的基础设施，有一批专门为LNG动力船加注燃料的船舶。到2012年，全球有20艘LNG燃料动力船，全部在DNV检验入级，还有部分LNG燃料动力船正在生产。
①2000年，世界第一艘采用LNG为燃料的渡船“M／F Glutra”号在挪威最大的运输公司Fjordl集团投入运营。目前Fjordl集团共运营10艘LNG燃料船舶，主要为近海渡轮。
②2003年，世界第一艘以LNG作为燃料的海洋工程船“Viking Energy”号在挪威投入使用。该船总长为
③2005年，法国大西洋船厂为法国天然气公司建造的世界第一艘最大的双燃料LNG船交付使用。该船总吨位为49 700 t，载重吨位为34 800 t，全长为
④2009年，挪威皇家海岸警卫队租借的首艘环保型沿海警戒舰“KV Barentshav”号开始服役，是世界上首艘采用LNG和柴油驱动的舰艇。该舰采用VS794CGV型设计，由Kleven Verft公司负责建造。
⑤2010年，STX挪威近海公司为Olympic航运公司建造1艘LNG燃料船。该船采用PSV06LNG
设计，船长为
⑥2011年，挪威NSK航运公司向土耳其TERSAN船厂订购了世界上第一艘LNG燃料海货运输船，于2012年初交付。该船能够运输超过2 000 t的鱼产品，将长期租借给BioMar公司在挪威海岸运营。
⑦2012年，德国航运公司Reederei Stefan Patjens公司联合挪威船级社等公司对l艘4年船龄的5 000标准箱的集装箱船进行改装，采用LNG燃料，该项目于2012年底完成。该船成为全球首艘使用LNG作为燃料的集装箱船，也是首次在全球航线中使用I,NG作为燃料。
⑧全球第一大集装箱航运公司丹麦的马士基集团宣布，订造20艘以LNG为动力的超大型集装箱新船。
目前国际上LNG燃料船舶设计已经涉及到超大型船舶。
2010年12月，挪威船级社(DNV)公布一艘超大型油船(Very Large Crude Carrier，VLCC)“Triarity”号的设计构想。该船载质量为291 300 t，总长为
201 1年，芬兰瓦锡兰公司公布了65 000 t级LNG燃料豪华旅游船的设计方案。该船长为
3.2 国内船用LNG发展现状
我国船用LNG燃料动力技术已取得了关键技术上的突破，已改造成功LNG-柴油混合动力船舶，为我国水运气代油工作积累了经验，对拓展绿色航运打下了基础。
我国LNG燃料船舶主要是对内河航道采用柴油为燃料的船舶进行改造，改造的船舶主要为l 000～5 000 t级内河航道运输船。目前已经实现了拖轮、散货船等船舶的LNG-柴油双燃料改装试验，并试航成功。
①
②
③2011年3月，由中国长航集团、北京中兴恒和能源科技有限公司共同研发的3 000 t级LNG-柴油混合动力散货船“长讯三号”在长江重庆航段试航成功。
④2011年4月，由中石油昆仑能源有限公司承担及组织研发的5 000 t级“红日l
⑤
LNG-柴油双燃料混合动力就是在船舶现有结构和燃烧方式不变的前提下，增加一套LNG供气系统和柴油-LNG双燃料电控喷射系统，通过电子转换开关，实现单纯柴油燃料状态下和油气双燃料状态下两种运行模式，将船舶单一的柴油动力改造为LNG-柴油双燃料动力，并可在纯柴油和LNG-柴油双燃料(混燃)两种状态间随时切换，方便了船机用户对燃料的选择。正常航行时以天然气为主要燃料，柴油只作为引燃天然气的燃料及发动机部件润滑剂。LNG替代约70％的燃油，达到节省燃油和降低排放的双重目的。
船体的改造主要为将LNG储罐布置在船艉部主甲板上，储罐基座与船体主甲板采用螺栓连接固定，在储罐和主甲板上的舱室之间没有隔离空舱，从而使储罐与舱室和机舱隔开，以确保船舶运营安全和船员生命安全。
经改造后空载和满载试验表明，船舶采用LNG-柴油混合动力后，LNG替换柴油约70％，LNG-柴油混合动力性能与纯柴油动力基本保持一致。
根据《关于交通运输行业第四批节能减排示范项目的公示》(交能办函[2011]49号)，LNG在运输船舶上的应用项目已被列入我国交通运输行业第四批节能减排项目，同时也被列为“十二五”规划节能减排示范工程。国家已安排将长江、京杭大运河、赣江、西江、珠江水系以及松辽水系等作为LNG动力船舶主要推广应用地区。
中国长江航运(集团)总公司是我国内河最大的航运企业，是我国航运企业中唯一能实现远洋、沿海、长江、运河全程物流服务的航运企业。该公司在2010年1月签约了我国第一个大型内河航运清洁能源改造项目——长江航运船舶LNG-柴油双燃料改造项目。计划每年改造360艘千吨级运输船舶，在沿江的主要港口建设船用LNG加气站，培育并扩大船舶LNG市场，推进“长江绿色物流创新工程”项目。
中石油昆仑能源有限公司依据其在天然气供应方面的优势，将天然气船舶业务作为重要发展战略，并成立了“船用新型能源(LNG)推广应用领导小组”，组织内河船舶清洁能源推广应用工作，重点开发长江流域、珠江流域、京杭大运河等船用LNG市场，同时决定将广东、江苏、安徽和湖北四省作为推广试点省份。
4 船用LNG的市场前景
“武轮拖302号”、“苏宿货1260号”和“长讯3号”等LNG-柴油混合动力船舶试航成功，标志着我国已在内河船舶油改气关键技术上实现突破，长江等内河航道使用天然气这一清洁燃料时代已经到来。
据统计，到2010年底，全国内河通航里程达12.4×
根据“苏宿1260号”实际试航数据，该船满载3 000 t黄沙从宿迁到淮安往返
5 存在闭题
我国LING-柴油混合动力船舶从2010年8月试航成功至今历时近3年，试航后的继续推进工作却进展缓慢。尚需积极解决一些问题，才能大力推进LNG燃料动力船的发展。
所有航运船舶必须通过中国船级社(China Classification Society，CCS)认证才可获得市场准入证。中国船级社对新能源动力船舶要求十分严格，特别是对动力、供气、安全监控等硬件均有严格的要求。
2011年，中国船级社(CCS)在2008版《气体燃料动力船检验指南》(GUIDANCE NOTES指导性文件GD06-2008)基础上修改出台了新版《气体燃料动力船检验指南》(GUIDANCE NOTES指导性文件GD04-2011)，该指南对以LNG为燃料的发动机的气体燃料供应、气体燃料发动机机舱布置、检测与安全保护、操作与培训等方面的内容进行了补充，为首部LNG燃料船舶适用的试验性行业标准文件。
虽然新版指南的推出使得LNG-柴油混合动力船舶行业标准问题初步“破题”，实现了行业发展的一大跨越，但对于LNG-柴油混合动力船舶的实质性推广及其行业管理要求依然有差距，应完善“指南”，适时上升到“规范”高度，并考虑到未来发展方向。只有相关检验标准完善，加快改造船舶的认证，才能使LNG-柴油混合动力船舶进入正常的运营。
因此，应加强跨部门、跨行业的组织协调工作，合力解决项目实施中出现的部门审批、船级社认证、燃料供应安全性、动力配套等一系列问题，共同推动新型能源船舶项目驶入快车道。
①目前国内尚无船舶LNG加气站，LNG加气设施不配套成为LNG燃料船舶推广的主要障碍。LNG加气设施对于船舶改造来讲落于其后，目前尚未有船舶LNG加气站相关的规范出台，船舶LNG加气设施的建设缺乏专业的技术依据，大力推广建设有较大的难度。因此，要尽快出台船舶LNG加气站有关规范，为LNG加气设施的建设提供技术依据。
②船舶LNG加气站建设也存在一些技术难题。由于内河航道枯水季与丰水季水位变化较大，如长江流域在重庆地区枯水季与丰水季水位差约
因此，船舶LNG加气设施建设要积极开拓思路，结合现有的可参照的规范、条例及技术条件，从水域建站、陆域建站等多种渠道考虑建设方案，对发展绿色水运、构建现代交通运输体系起到推动作用。
参考文献：
[1] 周春，庄伟波，时荣剑，等.沪宁高速公路客运发展LNG汽车的可行性[J].煤气与热力，2012，32(9)：B17-B20.
[2] 尤刚，李斌，许可，等.贵州省LNG客车改装标准的编制[J].煤气与热力，2012，32(9)：B21-B24.
[3] 张纪鹏，赵红，吴彦，等.丹东市燃气汽车及清洁汽车行动[J].煤气与热力，2009，29(9)：B08-Bl2.
本文作者：王卫琳 林权
您可以选择一种方式赞助本站
支付宝转账赞助
微信转账赞助
