气体燃料在航运业的应用将是大势所趋。未来，船舶设计、建造、操作乃至航运企业的管理与航线分布都将随着新型能源的应用而发生实质性改变。

去年10月16日，美国NASSCO船厂建造的全球首艘LNG动力集装箱船“Isla Bella”号比预定交付日期提前两个月向TOTE海运公司交付。“Isla Bella”号船设计载箱量为3100 TEU，型长232.8米，是目前世界上最大的LNG动力集装箱船。“Isla Bella”号船的交付标志着以LNG为代表的气体燃料在船舶应用上成功地从理论研究转化为实践。

船舶动力装置多元化 气体燃料将取代石油

据预测，目前全球已探明的石油储量仅可供人类再使用40～60年，每年石油消费量是新勘探石油储量的4～5倍，且这些新勘探的油田多位于深海，开采难度和成本都很高，传统石油资源的枯竭迫使人类开始寻找新能源。目前，人类已成功掌握气体燃料、生物柴油、海洋风能、太阳能、燃料电池等新能源技术。与传统的石油相比，这些新能源普遍具有供应充足、低碳环保、价格适中的特点，不仅可基本满足人类对于能源的需求，还能有效减少能源使用过程中造成的污染与碳排放。对于高度依赖能源的航运业而言，如何利用新能源为船舶提供动力是整个行业发展过程中亟待解决的问题。随着国际海事组织对污染物排放要求的不断提高，航运业对新能源的需求将越来越迫切。

与石油相比，气体燃料的储存量相当丰富。以天然气为例，目前已探明的人类能够开采的天然气总量就足够使用百年以上，这还不包括深海可燃冰及页岩气等受目前技术手段限制难以大规模开采的天然气资源。更为重要的是，气体燃料所具有的环保优势是石油所不具备的——理论上绝大部分气体燃料在燃烧过程中不会产生硫氧化物，气体燃烧所产生的氮氧化物与二氧化碳数量也远低于其他类型的燃料。因此，采用LNG为燃料的船舶可以轻而易举地满足国际海事组织关于船用发动机排放指标及船舶能效的严苛要求。随着海运环保要求日趋严格，在不远的将来以LNG为代表的气体燃料完全有可能取代石油成为船舶最主要的能源。

气体燃料发动机受宠

气体燃料发动机的问世使船舶采用气体燃料作为主推进能源成为可能。气体燃料发动机的工作原理与柴油机相似，由于着火温度比燃油高，这类发动机在使用电火花点火时，因电火花释放的能量偏小，一次性点燃大量燃料可能致燃料着火情况不稳定；且电火花点火时发动机的压缩比必须适当降低，否则气体容易产生爆燃现象。由于这些原因，早期的气体燃料发动机无法单独用于船舶主推进，只能采用电力推进的模式，即由多台气体燃料发动机驱动发电机组提供电能，再由电动机驱动船舶推进器以解决气体燃料发动机单机功率不足的问题。然而电力推进的船舶输配电系统非常复杂，推进电机等关键设备采购与维护费用很高。同时，中高速气体燃料发动机的实际热效率并不高，因此这类动力装置目前仅在豪华邮轮和海洋工程船等对电力负荷有特殊要求的船舶上应用。

随着近年来稀薄燃烧、多点均匀点火以及双燃料燃烧等关键技术的突破，气体燃料发动机单机功率开始增加，使船舶单独采用气体燃料发动机作为动力装置成为可能。此类船舶动力装置与目前主流的低速柴油机推进装置非常相似。采用这种动力装置无需改变现有船舶机舱布局，且原来已熟悉柴油机操作的船员稍加培训即可适应相关的操作，因此低速气体燃料发动机和双燃料发动机的概念一经推出就受到国际航运界的高度重视，一度被视为未来气体燃料动力装置的首选形式。

气燃动力装置布局难题

“Isla Bella”号船设计理念

“Isla Bella”号船问世前已有气体燃料动力装置在油轮、海洋平台、沿海渡轮以及内河船舶上成功应用的案例，然而气体燃料应用于集装箱船对全球海运业的意义更为重大。长期以来，如何布置气体燃料储罐一直是船舶设计中的难题。尽管在总燃烧热值相同的情况下燃油体积较大，但燃油舱可见缝插针地布置在船舶的大部分位置，气体燃料储罐体积虽小，但其本身有一定的几何形状，对于集装箱船等空间本已十分紧张的船舶而言布置难度很大。与此同时，无论采用何种储存方法，气体燃料相对燃油都具有更高的潜在风险，这将进一步增加气体燃料在集装箱船上布置的难度。

“Isla Bella”号船采用在船尾设置一个专用的开敞空间布置LNG燃料储罐的方案。由于船舶尾部通常具有一定的型线，用以布置LNG燃料储罐对载货量的牺牲不会太大；通过限制在船舶尾部的甲板区域载运危险品的方法可以将LNG储罐与船上载运的危险品有效隔离；将燃料储罐布置在自然通风良好的甲板开敞位置可尽最大可能避免可燃气体在船上聚集，特别是一旦发生事故时不易发生大量可燃气体泄漏到船员生活区。另外，由于船舶尾部结构的损坏一般不会引起船舶结构总体失效，一旦发生LNG泄漏对船舶总体结构的危害也会非常有限。将LNG燃料储罐布置在船尾还能有效防止因碰撞而导致的LNG储罐损坏，将风险降到最低。

总体而言，“Isla Bella”号船是一个很好的支线集装箱船设计案例。与尺度相似的同级别集装箱船相比，“Isla Bella”号船的建造成本增长30%～35%，且由于LNG燃料储罐的应用而损失约200～250TEU的载货量。但是，船舶设计与建造方NASSCO称这艘船能减少排放氮氧化物98%、硫氧化物97%、二氧化碳72%和颗粒物60%，相当于减少1.57万辆汽车的排放量。从长远角度看，“Isla Bella”号船较那些采用柴油机动力装置的船舶潜在的综合经济与环保效益将非常可观。

相对那些主尺度较大，从事远洋航行的大型船舶而言，类似“Isla Bella”号的中型支线集装箱船对于船舶航速与续航力的需求并不高；相对载货量在2000TEU以下型船而言，该类船舶对于因布置LNG燃料储罐及相应的动力装置而牺牲的载货量并不敏感。因此，气体燃料动力装置率先在“Isla Bella”号这类中型支线集装箱船上应用并非偶然。

然而受目前技术条件限制，低速气体燃料发动机高压缩比时的爆燃问题目前依然无法解决，而采取对燃气本身加压将会导致燃料喷射口位置的压力很高而增加额外的风险。虽然应用双燃料可以有效避免这些问题，但燃油和天然气同时燃烧会产生一种酸性物质，从而发生燃烧室位置腐蚀。因此双燃料发动机每运行2～3个月就须停机维护，而这必将增加船舶营运管理难度。由于目前的气体燃料发动机或双燃料发动机尚不足以满足大型船舶对于推进动力的需求，未来的大型远洋船舶可能会倾向于选择另一种形式的气体燃料动力装置。