LNG作为船舶动力燃料的效益分析

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(大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

液化天然气(LNG)作为一种重要的清洁燃料，逐渐在各个领域得到广泛应用，船舶市场也不例外。对于将LNG作为船舶动力燃料后所产生的效益问题，从3个方面进行分析讨论。

1 缓解能源压力 改善能源结构

随着全球对石油消耗的需求日益增加，能源压力也越来越大，英国石油(BP)最新发布的《世界能源统计评估》指出，按照目前的消费速度，全球已探明的石油储量可以使用40年，中国的石油只够用11.1年；而据勘察结果显示，全球天然气储量约为179.5万亿m3，按照目前的消费速度(年消耗2.689 3万亿m3)，足够使用60年以上[1]，如果再加进非传统能源，例如页岩气，天然气甚至可供人类使用250年[2]。船舶作为耗油巨头，每年都要消耗大量的燃油，据IMO专家组发布的研究报告数据显示，目前航运业每年共消耗20亿桶燃油[3]。因此，如果船舶将LNG 作为动力燃料(或动力燃料的一部分)，那么势必可以缓解能源压力，延长石油的使用年限。

2 产生丰厚的经济利润

LNG作为船舶动力燃料会带来巨大的经济利润。据统计，深海船舶有5%～6%的营运时间都是航行在排放控制区(ECA)[4]，在这些区域要求船舶换用轻柴油，若此时能够用相对低廉的LNG替换轻柴油，那么不仅可以满足该区域的排放标准，LNG与轻柴油间的差价还可以节省巨额的燃料费用。全球25个港口统计表明，2011年船用燃油的平均价格为637.26美元/t，较2010年上升了38%，而且随着石油资源的日益减少，石油价格的节节升高，LNG的优势会愈显突出，替换燃料后的利润空间也会越来越大。

德国劳氏船级社和MAN公司的研究结果表明，以LNG为动力燃料的船舶与传统的相比，其初投资每千瓦会增加300～500美元(包括所有相关的设备费用在内)，以一台C8190ZLCS-1双燃料柴油机为例，其额定功率为600 kW，则其初投资比传统型增加了18万～30万美元。实验表明，当该柴油机在75%负荷下工作时，若只用轻柴油工作，则此时燃油质量流量为94.6 kg/h；若采用的替代比为82.79%，则此时燃气质量流量为101 kg/h，燃油质量流量为21 kg/h。如果按目前国内市场价格(轻柴油约为9 000元/t，LNG约为5 600元/t)计算，则每天可以节省的燃料费用为

[94.6×9-(101×5.6+21×9)]×24=2 323.2 元/天

即燃料费用每天大约可以节省2 323.2元，因此不超过5个月即可收回增加的初投资。

另外，船舶冷库的制冷需要消耗大量的能量，现阶段，绝大多数的冷库是采用多级压缩制冷装置维持冷库低温环境，其工艺流程耗电量大，涉及装置设备较多；而如果使用LNG作为船舶的动力燃料时，LNG在燃烧前需要汽化，汽化时放出大量冷能，其值为830 kJ/kg，若LNG冷能100%转化为电力，则1 t LNG冷能相当于240 kW·h[5]，通过载冷剂将这LNG冷能传递给冷库，使库温维持一定的范围内。这种冷库不再使用制冷机，不仅节省了大量的投资和运行费用，而且可节约35%以上的电力，经济效益非常明显。与传统型冷库相比，利用LNG冷能的冷库还具有占地面积小、温度梯度分明、维护方便等优点，这些优点使其带来的经济效益进一步增加。

3 益于环保

随着环境问题的日益严重，各个领域对环保的重视程度逐渐提高，相关的法律、法规也越来越健全、越来越严格，海事领域也不例外。国际海事组织(IMO)颁布的73/78 防污公约(《MARPOL73/78防污公约》)的附则Ⅵ对船舶向大气排放NOx、SOx都做出了相应的规定。该附则中，对NOx排放的限制标准如下[6]。

根据以上排放限制标准，IMO对船舶NOx排放的控制要求见图1。

图1 IMO对船舶NOx排放的控制要求

另外，IMO还规定：2015年1月起，船舶的SOx排放量必须由1%降低至0.1%。2016年，IMO将强制实施Tier III废气排放标准，它对NOx排放的限制更加严格(要求NOx排放量比Tier II的标准低75%)。图2为各排放标准下，NOx的排放控制要求[7]。

LNG作为一种清洁能源，主要成分是甲烷，完全燃烧后的产物只有H2O和CO2，因此不会向大气排放污染性气体。因此，以LNG作为船舶动力燃料，可以有效地控制气体排放，进而达到排放要求(可达到IMO Tier III的排放要求)。如图3所示为LNG作为船舶动力燃料时的减排效果图(纵坐标为气体排放的体积百分数)。

图2 NOx的排放控制要求

图3 LNG作为船舶动力燃料时的减排效果

Wärtsilä和Rolls-Royce在LNG作为船舶动力燃料的研发上均已取得了长足的发展。

Wärtsilä已经开发出包括20DF、34DF、50DF等一系列的双燃料发动机。世界上第一艘改装为以LNG为动力燃料的船舶“Bit Viking”，其主机采用的就是Wärtsilä的50DF双燃料发动机，实际运行情况表明，当使用LNG作为船舶动力燃料时，CO2的减排量可达20%～25%，NOx的减排量可达90%，颗粒的减排量可达99%，SOx的排放量可降低为零[8]，这完全满足IMO Tier III废气排放标准要求。

Rolls-Royce在LNG作为船舶动力燃料的研究上同样非常成熟，并已经研发出Bergen B、Bergen C系列船用的纯气体机，通过大量的运行试验表明，这些气体机的气体排放完全符合IMO Tier III。图4是Rolls-Royce对配备有“清洁设计”的柴油机(B32:40、C25:33)与气体机(Bergen B、Bergen C)在废气排放方面的比较[9]，从图中可以看出，Bergen气体机的气体排放完全符合IMO Tier III。

图4 柴油机与气体机的废气排放比较

另外，Bergensfjord的一艘双向(double-ended)汽车轮渡的实际运行情况表明：以LNG为动力燃料，NOx减排92%，SOx和PM均减排100%，CO2减排23%。

其中，NOx的减排量相当于160 000辆汽车1年的NOx排放量，因此LNG作为船舶动力燃料的环保效果十分明显。

4 结论

无论从能源结构的改善，还是经济利益的提高，或是对环保的贡献上分析，LNG作为船舶动力燃料所创造的效益都是显著的，而且随着能源的消耗、技术的发展、法规的严格、基础设施的完善，LNG相对于石油燃料的优越性会愈加明显，带来的效益也会更加可观，船舶以LNG为动力燃料将是大势所趋。

[1] 李申江.LNG市场分析[J].船舶物资与市场,2006

(4)：9-10.

[2] 刘 桑.LNG绿色船用燃料涌动新“气”象[N].中国水运报, 2011-07-20(4).

[3] 吴明华.LNG：船用燃料突破路径依赖的选择[J].中国远洋航务,2010(12)：46-47.

[4] PIERRE C. Sames.LNG by Numbers[J].Nonstop,2012(1)：12-16.

[5] 侯伟平. 浅论LNG 冷能的利用及发展前景[J].中国科技博览,2011(29)：368-369.

[6] Wärtsilä 50DF Project Guide[J]. Exhaust emissions,2005(1)：31-36.

[7] PATRICK BAAN. Environmental targets & Remedies[J],2012(4)：24.

[8] World′s first LNG fuelled product tanker now in service[N]. News Archive，2011.

[9] The use of LNG as fuel for propulsion on board merchant ships[R].European Fuels Conference Paris, March 8-11, 2011.