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1、绿色船舶LNG燃料推进技术发展与应用【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）前言虽然世界经济仍然在快速开展，科学技术也在飞速进步，人类面对的问题似乎也越来越多，全球气候的不断恶化，化石燃料的消耗殆尽，在这两个重大问题之下，人们不得不找寻有效的，环保的方法，以逐渐解决当前的问题，而对于世界船舶工业来说更是如此。由于成品油价格不断上涨，国际污染公约日趋严格，使得整个船舶工业不得不寻求新的解决之道。船用LNG技术似乎给我们带来了希望，它不仅清洁，而且储量充分，甚至比石油的储量还要丰富，如果应用LNG作为动力，似乎同时缓解了上述的两个问题，然而，对于现有的技术与政策而
2、言，要实现全面的LNG化，我们还有相当长的路要走。下面我们将会对LNG船用技术作一些初步了解，对其技术特点和原理应用进行详细的了解，并对整个行业的LNG化作出初步的探讨。1. LNG船用技术的背景和现状1.1 何为LNG？LNG就是液化天然气Liquefied Natural Gas的简称。 “先将气田生产的天然气净化处理，再经超低温-162加压液化就形成液化天然气。 LNG是英语液化天然气(liquefied natural gas)的缩写。主要成分是甲烷。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为52MMBtu/
3、t1MMBtu=2.52108cal。据统计，世界航运业每年要消耗20亿桶燃油，排放超过12亿吨二氧化碳，约占全球总排放量6%。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。于是，在寻求节能减排新路径中，比石油廉价且储量丰富的液化天然气LNG，以其环境效益显著的优势，成为了未来船用燃料的首选。多年来，包括挪威船级社等专业及科研单位致力于推动“油改气的研究，成果颇丰，目前建造使用LNG燃料的船舶在技术上已不存在困难，但“油改气的道路还不平坦，因为建造或改建的本钱费用较高，加装圆筒型LNG储罐会减少货物装载空间，船舶加气等补给配套尚不成熟。尽管存在这些因素，但按照国际
4、海事组织IMO的要求，各国船东必将选择使用液化天然气。在可以预见的时间内，随着LNG根底设施的不断完善成网，造船技术的日臻提高，世界航运将迈入绿色航运的新时代。1.2 船用LNG全球市场上的现状在全球船用LNG开展现状方面，现在，LNG作为船用燃料在全球范围内普及程度较低，只有零星几个国家在为数不多的轮渡、游轮等进行定点运输的船舶上用了LNG作为船用燃料，全球大局部船用LNG应用集中在挪威。LNG运载船多采用柴油和BOG双动力系统，其推进系统毫无例外都是蒸汽涡轮动力装置。目前全世界有300多艘LNGCs，BOG几乎都作为蒸汽涡轮装置的燃料来用。 然而，LNG燃料经济性优势正在推动船用LNG的开
5、展。国家原油供给紧张，油价维持在高价位，而国际LNG价格那么在2021年以后大幅回落，油价与天然气价格之间的落差越来越大，从燃料本钱等经济效益考虑，烧LNG比烧柴油合算。 同时，国际船舶排放标准将促使船用LNG快速开展。近年来，国际海事组织IMO加强了对海上船舶排放的强制性规定，如果各国都执行IMO的排放强制性规定的话，5-10年后世界上用于近海贸易的船只大多数都会使用LNG作为船用燃料。未来LNG船用燃料国际市场开展重点区域是波罗的海地区、北海和地中海地区。目前，国际上LNG燃料船动力系统主要由瓦锡兰、MAN、罗尔斯罗伊斯和三菱重工四家公司供给，其中瓦锡兰和MAN以双燃料发动机为主，而罗尔斯
6、罗伊斯和三菱重工以气体发动机为主。LNG船体制造方面，日本韩国为主要产地。三菱重工是多艘LNG燃料船舶主机的供给商，日本商船三井于2021年公布了采用LNG燃料的“ISHIN-II号环保渡船的设计设想，大宇造船与海洋公司目前正在开发采用LNG燃料的大型集装箱船，该公司与MAN公司正在共同开发应用于14000TEU集装箱船的ME-GI发动机和DSME高压低温燃料供给系统。1.3 船用LNG在中国的开展 目前，国内船用LNG利用根本处于空白领域，我国内河航运燃料以柴油动力为主，尚未将LNG燃料应用于船用领域，但近两年LNG行业内一些技术领先公司已经尝试将LNG船用燃料作为LNG行业未来开展的一个重
7、要方向，已有多种型号的船舶主流柴油机已经进行台架测试，并通过了国家相关部门组织的鉴定验收，证明了技术和经济上的可行性。此外在政府“节能减排政策指引下，内河船改装LNG燃料将成为重点开展领域。从开展趋势来看，一方面，未来我国内河LNG船数量会快速增长。我国内河航运资源丰富，拥有大、小天然河流5800多条，河流总长43万公里，对内河船舶的需求量巨大。而在节能减排大背景下，在LNG接收站不断增加的根底上，开展内河LNG船舶对防治船舶污染，对保护江河水域环境，具有十分重要的现实意义。预计未来3年总共会有5万多艘轮机船进行改装，直接带动能源设备价值高达260亿元人民币的市场增量。另一方面，国家加大资金投
8、入推进内河航运开展，对LNG船开展构成有力支持。交通运输部副部长徐祖远透露，“十二五期间，中央将安排450亿元财政资金，加大航道、支持保障系统和中西部地区港口等的资金投入，同时安排50亿元财政引导资金，推进内河船型标准化和运力结构调整。这意味着“十二五内河航运投资将比“十一五期间增加2.7倍，增幅创造历史新高。2.LNG船用技术的特点和绿色性2.1 船用LNG开展应用 LNG燃料船的特点LNG是压缩天然气的升级换代产品，具有一次充装量大，行驶里程远、系统低压运行更平安、更清洁等特点。使用LNG加柴油混合动力的船舶，可比单独使用柴油动力节约燃料费用25%左右，碳排放指数更低。相比其他替代能源，以
9、LNG为燃料的船舶具有以下优势：首先，本钱优势。按照目前的油价和LNG价格水平，使用LNG清洁能源比使用柴油节约40%60%的燃料费用。 按热值计算，LNG价格只有柴油的60%左右，且因为天然气燃烧彻底，不易积碳，减少维护费用逾50%。广东大鹏公司的LNG运载船使用BOG作为蒸汽涡轮装置的燃料来用，从燃料本钱上比拟，每年可节约近6千万元。大型LNG船经济性更加明显。 其次，环保优势。以天然气作为船用燃料,比起重油可减少80%的二氧化氮排放量、二氧化碳排放量降低25%，二氧化硫以及颗粒物排放量减少100%。中国以及北欧各国LNG船用燃料的开展将很大程度上取决于各国政府船舶减排碳法规的日益严格，特
10、别是如果对二氧化碳的排放所征收的费用越高，越能促进LNG船用燃料的开展。 第三，平安优势。LNG属低温液体，即使发生泄漏事故时也会很快自然气化，其密度比空气轻，泄漏后会自动向上溢开，不会对水体产生污染；参加特殊嗅剂后，天然气泄漏可及时被发现；天然气的燃点比汽柴油更高，瞬间着火比油慢，易扩散，不易到达爆炸极限。从使用平安性上来讲，天然气也比燃油好很多。 与此同时，使用LNG作为船舶燃料也存在一定劣势：第一，LNG燃料系统体积大。LNG储罐燃料系统所占空间大，重量重，影响载货量。LNG储罐体积大，所占空间比传统的柴油燃料储存所占空间大4倍左右，重量也是后者的1.5倍。第二，LNG燃料船的造价较高。
11、目前LNG燃料船的造价高于传统柴油燃料船5%-20%左右，会带来一定的本钱压力。第三，LNG燃料缺乏技术平安通用规那么。目前只有挪威船级社DNV对天然气燃料船做出了相关分类标准，但大局部国家还没有针对LNG船用燃料的技术标准规那么等出台相关政府管制规定LNG实船应用也遇到一些困难。专家表示，阻碍LNG实船应用的因素主要有3个：一是续航能力弱。目前，以LNG为燃料的船舶最高续航能力仅为22天，达不到远洋运输要求。究其原因，船舶燃油舱体积虽大，但可以在船上见缝插针随机安放；而LNG储存罐体积虽小，却系统复杂，布局难。这给船舶的设计和建造带来了很大的难度。二是港口LNG补给设施不配套。尽管LNG补给
12、并不困难，但是港口方面却没有建立起完备且实用的配套体系。正如当前汽车加气站匾乏制约了燃气汽车普及，未来燃气船舶的普及也取决于港口的配套体系建设。三是初始本钱较高。据了解，一个LNG储存罐的费用就要几百万美元，如果船东只算建造本钱这笔账，往往会望而却步。不过，由于所在区域对船舶排放要求日益严格，丹麦、娜威等北欧国家目前已经不得不开始使用以LNG为燃料的渡船、滚装船、海岸警备船、LNG船和平台供给船。这说明，随着全球范围内对气体排放要求越来越高，石油资源越来越少，节能呼声越来越大，船东和港口方面的障碍正逐步被去除。据了解，目前国内已有船企接到过国外船东建造以LNG为燃料的冷藏船的询价。国内一家知名
13、船企的机电专家甚至认为，很可能未来两三年国内将会出现以LNG为燃料的船舶的订单。不过，由于所在区域对船舶排放要求日益严格，随着全球范围内对气体排放要求越来越高，石油资源越来越少，节能呼声越来越大，船东和港口方面的障碍也正逐步被去除。2.2 LNG动力船舶绿色性研究LNG动力船舶一般船舶最主要的区别在于他们动力装置的不同，这里研究LNG动力船舶的绿色性时，主要着眼于其动力装置。按照节能减排思想，船舶动力装置的绿色评价指标可包括能源和环境两个方面。2.2.1 能源属性船舶动力装置与能源属性的有关的指标有以下几个方面：能源类型、能源消耗量、能源利用效率、能源回收率等。能源消耗量和能源利用率一般是针对
14、不可再生能源而言的，在对单个船舶动力装置进行评判的过程中，能源消耗量和能源利用率可整体表现为燃料的消耗率；而在动力装置的使用过程中可不考虑能源的回收率，故这里只对能源类型和燃料消耗率进行探讨。LNG动力船舶所采用的能源类型主要是LNG，即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间和本钱，而且具有热值大、性能高等特点。相对于目前船舶主要采用的能源柴油来说，LNG是一种清洁的能源，采用LNG燃料可以减少10%20%的CO2排放量，90%的NOX排放量，100%的硫
15、化物和颗粒物排放。而且，LNG燃料主机不需要安装润滑油清洁设备，内部环境较好。目前，适合于船舶推进的开式循环燃气轮机的燃料利用效率也已经大大得到提高，一方面是由于添加了热交换器，用排气来预热压缩机和燃烧室之间的空气，另一方面是由于对低压和高压压缩机之间的空气进行冷却。2.2.2 环境属性一般产品的环境指标主要包括在产品生命周期内的水环境指标、大气环境指标、固体废物排放指标、噪声和振动指标等。对于船舶动力装置而言，在其生命周期的不同阶段，其主要环境指标所包含的方面也不同，侧重点也不同。对于LNG动力船舶而言，不使用或使用很少量的柴油，所以其含油污水的排放很少，在这里主要考虑其在废气排放、噪音两方
16、面的影响。2.2.2.1 废气排放在废气排放方面，LNG推进装置的尾气排放中不合铅和苯，硫含量极徽，CO、HC、NOx等有害排放物含量相对于柴油机和汽油机也均有不同程度的降低。LNG动力装置及发电机组装置在船艇上的推广应用能大大减轻尾气对环境造成的污染。2.2.2.2 噪音船员长期工作和生活在船上，强烈的噪音使船员精神疲劳，工作效率下降，严重时影响身心健康，危及航行平安。20世纪80年代，由于航运业的蓬勃开展，国际社会普遍关注船舶舱室的噪音问题，相关研究较多，也促使了我国一系列标准的出台。之后一段时间，随着造船技术的成熟，舱室噪音得到一定控制，关注度逐渐降低，国内相关研究也日趋减少。然而，目前的船舶动力装置普遍采
