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节能、低碳是未来全球航运业发展的大势所趋。近日,由DNV GL 联合现代重工(HHI), GTT和船东Gaslog...

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LNG船用技术的特点和环保性
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1 船用LNG发展应用

1.1 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、系统低压运行更安全、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LNG为燃料的船舶具有以下优势:首先,成本优势。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,从燃料成本上比较,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船用燃料的发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船用燃料的发展。

第三,安全优势。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;加入特殊嗅剂后,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,不易达到爆炸极限。从使用安全性上来讲,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。目前LNG燃料船的造价高于传统柴油燃料船5%-20%左右,会带来一定的成本压力。

第三,LNG燃料缺乏技术安全通用规则。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,但大部分国家还没有针对LNG船用燃料的技术标准规则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。三是初始成本较高。据了解,一个LNG储存罐的费用就要几百万美元,如果船东只算建造成本这笔账,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船和平台供应船。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清除。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清除。

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。

2.1 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成本,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 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、噪音两方面的影响。

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 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,危及航行安全。20世纪80年代,由于航运业的蓬勃发展,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规范的出台。

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用的是高噪音的柴油机,而且随着人们对工作、生活环境舒适度的要求日益提高,作为影响船员生活质量和工作质量的主要因素之一,噪音问题不容忽视。

大型远洋船舶的技术标准和相关规范要求较高,且在机舱均设置隔音效果很好的集控室,一般能够满足我国《运输船舶舱室噪音标准》及《运输船舶舱室噪音测量方法》的要求。而内河小型船舶多采用高噪音的中、高速柴油机作为动力装置,且有很多小船根本没有集控室,轮机人员长期暴露在高噪音的冲击之下,长此以往,听力严重受损,身心健康无法保障。

现代船用柴油机普遍采用高增压,其增压器转速可达20000rpm以上,对气流的作用可产生剧烈的高频噪音,是柴油机最大的噪音源;而柴油机气缸内的剧烈燃烧(爆压可高达20MPa),亦会发出强烈噪音;四冲程柴油机进、排气阀周期性的启闭,也会发出刺耳的敲击声。

LNG动力船舶所使用的燃气轮机,在使用时噪音主要有三种形式:进排气噪声、机体辐射噪声和结构噪声。一般情况下,其机体辐射和结构噪声要比柴油机小,但由于它需要的空气量大,所以它的进排气噪声要比柴油机大。