內河柴油—LNG雙燃料動力船舶應用分析

夏中垠

摘 要：如何緩解石油資源的約束“瓶頸”，破解排放污染問題，是內河運輸持續(xù)發(fā)展的一項重要工作。柴油-LNG雙燃料動力船舶正是在此形勢下發(fā)展起來的一項先進技術，是調整交通運輸能源結構，發(fā)展綠色航運的有益嘗試。

關鍵詞：柴油—LNG雙燃料動力船 混燃模式 LNG儲罐

我國目前LNG雙燃料動力船舶應用情況

我國從九十年代開研究開發(fā)工作，目前內河船舶江蘇、安徽、湖北、江西、山東等地陸續(xù)開展柴油LNG混合動力船舶的開發(fā)工作。特別是自2010年以來，蘇宿貨1260、紅日166號、長迅3號、贛撫州貨0608、武漢302號輪渡等艘船，經過雙燃料改造后，分別在京杭運河和長江航線進行試驗運行，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下降50%以上，動力性、可靠性、操控性能與原機相當，得到了用戶的一致認可和歡迎，為規(guī)模發(fā)展LNG船舶打下了良好的基礎。下面以安徽蕪湖“紅日166號”船舶改造為例說明。

改造方案就是以柴油–LNG雙燃料替代柴油單一燃料，在保持原有柴油機主體結構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)，通過電子轉換開關，實現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)下兩種運行模式的轉換。

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

1、紅日166船的技術參數(shù)：

紅日166船運行情況

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

1、主要技術指標

對原柴油機不做改動，改裝簡單、方便，利于推廣。

隨時在純柴油和柴油-天然氣混燃兩種模式下切換。

混燃模式下動力與原機相當，沒有動力損耗，操作性與原機相同。

混燃模式下，天然氣替代60%～75%柴油，且燃料消耗按照當量熱值計算不超過原機。

在混燃模式下，發(fā)動機油溫、油壓、水溫等技術指標與原機一致。

自主知識產權的ECU和控制程序，控制精確，能滿足不同客戶的不同需求，操作維護簡單、快捷。

2、主要安全指標

根據(jù)《氣體燃料動力船檢驗指南》的要求以及散貨船的特點，參考中國安全生產科學研究院于2010年9月對江蘇《船用柴油-LNG混合動力技術項目進行定量風險分析安全評價（節(jié)選）》的結論，在保證安全的前提下，混燃船舶主要采取的是ESD防護。

LNG儲罐的安裝滿足穩(wěn)性、ESD防護和安全泄放要求。儲罐處需配置電動、手動和氣動緊急切斷閥和安全泄放閥，保證緊急情況下，儲罐出液根部閥能及時切斷燃氣供應，并將超過設計壓力的天然氣排放到船體外的大氣中。

燃氣管線采用06Cr19Ni10不銹鋼管，管線接頭主要采用全熔透焊，保證燃氣管線的強度和氣密性。管線上配置三聯(lián)裝氣體互鎖閥，保證在天然氣發(fā)生泄漏時能及時切斷燃氣供應，并將管線中的天然氣排放到船體外的大氣中。

LNG儲罐以及機艙要有燃氣泄露探頭和消防聯(lián)動裝置。當發(fā)生燃氣泄漏達到1%時，低爆報警，開啟排風機，排出可燃氣體；當發(fā)生燃氣泄漏達到2%時，高爆報警，發(fā)動機自動轉為純柴油運行，所有通往機艙的燃氣管路必須遙控關閉，開啟排風機和互鎖氣體閥排出可燃氣體。

3、經濟環(huán)保指標

按照當前柴油和LNG的價格，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。混燃模式延長了發(fā)動機的使用壽命，機油消耗降低10%以上，降低發(fā)動機維護費用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%，無顆粒物排放，二氧化碳也減排20%～25%，發(fā)動機噪聲降低10%以上。

改裝成本和經濟性、環(huán)保性測算

1、改裝成本測算

2、經濟性測算

對于這一混燃改造的船舶，據(jù)船舶公司統(tǒng)計，使用全柴油時，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%。柴油價格為8500元/噸，LNG價格為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、社會效益

燃用雙燃料時，柴油機的熱負荷降低，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，氣缸內的積碳很少，可減少氣缸與活塞之間的磨損，有利于延長發(fā)動機的使用壽命。使用LNG部分替代柴油在為船東帶來可觀的經濟效益的同時，有效緩解了柴油供需矛盾，改善了內河船舶燃料結構，減少排放，經濟性和環(huán)保效益明顯，對發(fā)展綠色水運，構建現(xiàn)代交通運輸體系有良好的推動作用。

目前內河LNG雙燃料動力船舶應用中存在問題與建議

內河柴油—LNG混合動力船舶在推廣應用上尚存在一些問題：

一是技術規(guī)范體系不完善，“油改氣”的技術現(xiàn)在還不是非常成熟，難以快速普及。二是相關監(jiān)管制度不健全，人員培訓認證等存在問題。三是基礎設施，加氣站或加氣船建設不到位等問題，船舶加氣非常困難，LNG船舶的續(xù)航力普遍不高。四是船用產品認證問題。五是國家扶持政策不到位。

為了進一步加大內河船舶“油改氣”的技術應用，建議：一是開展加油加氣站規(guī)劃。為滿足柴油LNG雙燃料動力船舶加油加氣的需求，需沿江、河布置加油加氣站，近期首先開展加油加氣站布點規(guī)劃。二是研究制定相關技術標準。目前，中國船級社已經完成《氣體燃料動力船舶檢驗指南》，還有柴油-LNG雙燃料動力系統(tǒng)《操作手冊》和《船員安全作業(yè)及維護須知》，船用產品等需要規(guī)范。三是加快相關管理制度的研究，規(guī)范行為。四是研究出臺相關扶持政策。在試點推廣初期，研究出臺相關扶持政策，主要包括三個方面：一要資金扶持。研究通過建立專項補助資金、政府貼息、過閘費減免等方式，在推廣初期對柴油-LNG雙燃料動力改裝船舶給予適當資金扶持。二要土地政策支持。在沿河加油加氣站點、LNG和燃油儲備庫等基地的土地征用中給予適當政策支持。三要建立項目工作協(xié)調機制。針對加油加氣站的布點規(guī)劃和立項審批、船舶設施設備和船員發(fā)證等方面工作，采取集中處理和一站式處理等方式，簡化程序。

總的說來，將高效、優(yōu)質、潔凈的液化天然氣新型船舶應用到現(xiàn)代航運業(yè)，一方面可以符合國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，可帶來可觀的經濟效益和顯著的社會效益，是非常可行，同時也是十分必要的。

內河LNG雙燃料動力船舶應用展望

目前，天然氣的儲量，世界探明的天然氣儲量豐富。如果加進非傳統(tǒng)能源，如頁巖氣，按當前使用量來計算天然氣可供人類使用250年。液化天然氣的現(xiàn)貨價格僅相當于柴油的1/4到1/3。作為未來石油燃料的替代能源，目前歐美發(fā)達國家LNG的利用率已達25%，中國雖僅為3.9%，但采用LNG的年增速達到了世界先進水平。截止目前，中國已成為世界上主要的LNG進口國，預計到2015年，LNG的年供應量將達2800-3350億立方米。

從發(fā)展趨勢來看，一方面，未來我國內河LNG船數(shù)量會快速增長。我國內河航運資源豐富，擁有大、小天然河流5800多條，河流總長43萬公里，對內河船舶的需求量巨大，我國內河運輸船舶近20萬艘。而在節(jié)能減排大背景下，在LNG接收站不斷增加的基礎上，發(fā)展內河LNG船舶對防治船舶污染，對保護江河水域環(huán)境，具有十分重要的現(xiàn)實意義。預計未來3-5年總共會有5萬多艘輪機船進行改裝，直接帶動能源設備價值高達260億元人民幣的市場增量。

另一方面，國家加大資金投入推進內河航運發(fā)展，對LNG船發(fā)展構成有力支持。交通運輸部副部長徐祖遠透露，“十二五”期間，中央將安排450億元財政資金，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，同時安排50億元財政引導資金，推進內河船型標準化和運力結構調整。這意味著“十二五”內河航運投資將比“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雙燃料動力后，柴油的平均替代率達到60%至70%，可實現(xiàn)硫氧化合物減排減排85%～90%，二氧化碳減排15%～20%，同時，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。據(jù)測算，如安徽的內河船舶近3萬艘經過改造，使用柴油LNG雙燃料動力后，每年可減排硫氧化合物3.1萬噸，氮氧化合物3.2萬噸，二氧化碳37.5萬噸。 （作者單位：安徽省船舶檢驗局）