鉴于船用燃油价格存在上涨空间,加上国际法规对海运环保的要求越来越严格,LNG作为船用燃料的优势在逐步显现:与船用柴油与重油相比,其 价格较低;能够使二氧化碳等废气及颗粒物的排放量大幅减少;不仅如此,LNG的长期供给稳定。而在技术层面,不仅新建船舶可以使用LNG,在航船舶也能够 通过改装,使用LNG或者采用LNG/柴油双燃料。因此,未来5~10年间,以LNG为燃料的船舶的数量将持续增加;预计10年后,以LNG为燃料的船舶 所占的市场比例有望达到10%~15%。

    现有船舶改装技术可行

    现有船舶要以LNG或者LNG/柴油为燃料, 则必须加装LNG储存舱等装置。TGE Marine公司––一家总部位于德国、从事船舶气体处理系统及储罐供应业务的企业负责人表示,通常情况下,在船舶改装过程中,加装的主要装置为LNG储 罐和气体处理系统。此外,船上还需安装一些辅助系统,如气体加热系统、惰气系统、通风系统、遥控阀门及安全系统、自控系统等。典型的船舶使用LNG方案 为:LNG通过气体处理系统气化,天然气通过主控阀供给燃气发动机,进而使船舶获得动力。

    与会专家介绍,最易于改装的船型包括LPG船、近海成品油船/化学品船,改装难度较大的船型为客船、渡船、集装箱船,难度更大的船型则为大型集装箱船、散 货船和超大型油船(VLCC)等远洋船舶。目前,在船舶“油改气”项目过程中,最大的挑战主要有两点:一是如何布置好储罐以及其他气体燃料系统的子系统; 二是燃料系统如何满足船舶二冲程或四冲程主机的工作要求。举例来说,曼柴油机与透平公司的ME-GI双燃料发动机在燃用天然气的模式下,需要气体以 250~315巴(barg)的高压注入,则在船舶改装的过程中,就需要考虑在储罐中加装罐内增压泵及罐外的高压泵,则LNG通过加压后,再经过高压气化 器和高压加热器处理,最终供给发动机。

    据了解,在一些已经实施的船舶改装项目中,主机厂商也积极参与相关工作,确保项目顺利完成。目前TGE Marine正与挪威船级社(DNV)、曼恩柴油机与透平公司等合作,开展德国“Reederei Stefan Patjens”号5000TEU集装箱船的改装项目,项目在2012年完成后,该船将成为全球首艘使用液化天然气燃料的集装箱船。

    新船型积极采用LNG燃料

    DNV可谓应用LNG燃料的“先锋”,在2001年就率先制定了LNG燃料有关的船舶规范。在此次峰会上,DNV介绍了与日本大岛造船有限公司联合开发的 “ECO-Ship 2020”项目。该项目的第一阶段已经结束,完成了敞舱口散货船的概念设计。该型船集成了多项创新解决方案,其中最引人注目的便是该船是一艘完全使用 LNG、不使用其他任何燃料,也不使用电力推进系统的商船。该船配备有4个C型高压储存仓,共能储存LNG3000立方米。罗尔斯﹒罗伊斯公司为该船提供 了2台四冲程中速燃气发动机,单机功率为4000千瓦。加上应用了废热回收、空气润滑等其他节能技术,该船满足IMO Tier III废气排放标准要求,其硫化物排放量为零,氮氧化物排放量可下降90%,二氧化碳的排放量可下降50%以上。

    此外,DNV还在此次会议上展示了另一款未来船型:营运于澳大利亚至中国航线的环保概念矿砂船(The eco-friendly ore carrier)“Ecore”号。该船使用了灵活的燃料方案,采用了曼柴油机与透平公司的二冲程ME-GI燃气发动机,能够使用柴油机与天然气两种燃 料。值得关注的是,该船采用了优化的设计方案,只设1个置中的货舱,其C型LNG储罐则位于船尾的驾驶舱下,这一方案有助于充分利用船体空间,确保LNG 储罐不会占用货舱空间及减少货运量。

    除了上述船型,近期DNV还在研发环保型VLCC。据称,该船将配备双燃料发动机;为配合使用LNG燃料,还将安装两个C型储罐,每个储罐的容积将达 13500立方米。德国劳氏船级社(GL)近期公布的“阿芙拉型油船优加”设计概念也为安装天然气储罐预留了空间,可采用天然气燃料。此外,罗尔斯·罗伊 斯公司推出的环保型船舶设计理念(Enviroship Concept),也把LNG作为集装箱概念船等船型的燃料。

    气体发动机技术较为成熟

    在船舶动力系统领域,国际几大发动机生产商经过多年的技术研发,其产品已经能够满足船舶应用LNG燃料的需要。在此次会议上,瓦锡兰集团、曼柴油机与透平公司分别介绍了其双燃料发动机技术。

    瓦锡兰集团目前推出了包括20DF、34DF和50DF型机在内的DF系列机,并已成功在多艘船舶上应用。据介绍,与燃油模式相比,处于燃气模式的DF发 动机可使船舶的一氧化碳排放量减少75%,二氧化碳排放量减少20%,氮氧化物的排放量减少80%,并实现硫化物的零排放,从而满足国际海事组织 (IMO)Tier III标准。目前,DF双燃料发动机已成功应用在LNG船、近海供应船、FPSO、化学品船等船型上,其累计商业应用的时间已经超过了150万小时。而瓦 锡兰自2005年至今获得的船用发动机订单中,DF双燃料发动机的订单占比达到了45%。

    曼发动机与透平公司则在其传统ME-C发动机的基础上,研发出了型号相对应的ME-GI系列低速二冲程双燃料电喷发动机。今年5月18日,该公司在其位于 哥本哈根的柴油机研发中心举行了ME-GI双燃料发动机的首发仪式。ME-GI发动机能够燃用任何比例的天然气和柴油,甚至能燃用液化石油气或重油,可用 作LNG船、LPG船、集装箱船等多种商用船舶的主推进系统。其中,在4T50ME-X型发动机基础上研发成功的4T50ME-GI 燃气发动机进行了一系列海试,已通过了各项性能验证测试。此外,DNV的环保概念矿砂船“Ecore”号就使用了2台该公司的 6S60ME-C8.2-GI型双燃料发动机。

    除了上述两家企业,罗尔斯·罗伊斯公司则于2007年开始推出卑尔根船用燃气发动机,并实船应用到挪威5艘近海客渡船上。该型机可以减少92%的氮氧化物 以及23%的二氧化碳的排放,并能完全消除硫氧化物及颗粒物,其燃料消耗效率可在现有双燃料发动机的基础上提高8%。

    采用小型LNG船进行燃料补给

    船舶尤其是大型远洋船舶如何进行LNG燃料补给是海事界十分关注的问题,目前,海上供气装置的缺乏是制约海运行业推广使用LNG的一大瓶颈。就目前成功的 一些船舶改装项目和一些以LNG为燃料的概念船的设计方案来看,在缺少海上供气装置的条件下,船舶供气是一种较为可行的方案。

    根据目前挪威的一些成功案例,以LNG为燃料的船舶在靠泊,可通过岸上的管道补充燃料;而当船舶在海上营运时,则可通过小型的LNG船来实现燃料补给。不 仅如此,一些新概念船型也采取类似的供气方案。此次DNV介绍的环保概念矿砂船“Ecore”号就采用了类似的解决方案,有燃料供给船来为该船提供液化天 然气和燃油补给。“Ecore”号的LNG储量为4000立方米,燃料供给船通过直径6~8英寸的软管进行供给,补给时间为9~15小时。

    以LNG为燃料不仅能够使船舶符合IMO Tier III等废气排放标准,也是帮助船舶满足EEDI的一个有效途径,且海事业现有技术已能够满足船舶使用LNG的要求。为此,有业内人士预测,到2015 年,以LNG为燃料的船舶有望增加到800~1000艘。目前一些国际组织已准备起草LNG燃料补给船相关接口、操作方面的规范、标准。而根据DNV等机 构的预测,今后海上LNG补给装置也有望进一步增加。可以预计,在这些利好因素的推动下,未来LNG燃料在海运业的应用范围将会得到不断拓展。

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