LNG在船舶节能减排方面的应用

牛志刚 杨波 郑坤 杨静

（中海油能源发展采油服务公司 天津 300452）

随着世界能源危机、全球气候变暖、环境污染等问题的日益加剧。采取节能减排措施，制定相关标准，走进低碳经济时代成为现阶段各国政府研究的重点。船舶航运业作为国际贸易运输的重要途径，每年都消耗大量的能源，同时向空气中排入大量的CO2、SO2、NOx等气体，对大气及周边环境造成很大影响[1]。为了解决船舶行业面临的问题，各船厂及设计单位都提出了多种解决方案。其中，液化天然气（LNG）作为一种清洁且高效的船舶燃料，具有价格低、环保、高效等优点，备受各方的关注。

1 LNG节能减排特性

LNG是液化天然气的简称，是将气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162℃）加压液化后形成的液化天然气。其主要成分是甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，体积约为同量气态天然气体积的1/600，其重量仅为同体积水的45%左右[2]。

1.1 LNG节能特性

LNG的热值为52MMBtu/t，是柴油的1.23倍。使用天然气作为燃料，与使用柴油和重油相比，在同等热值条件下，消耗的燃料数量更少。

1.2 LNG减排特性

LNG是甲烷气体的液化产物，可能含有少量的乙烷、丙烷以及极少量的氮或通常存在于天然气中的其他组成。在化石燃料中，甲烷的单位能量中含氢量最高，因此LNG的燃烧过程有着二氧化碳排放最低的特点。由于LNG的氮、硫含量极少，使用LNG可以大大降低氮氧化物、硫化物的排放。与燃用液体燃料排放情况相比，使用LNG可以使CO排放降低约75%；CO2排放降低约20%；NOx排放降低约80%；苯的排放降低约97%[3]。

2 LNG节能减排实例分析

2.1 分析概述

表2 5000m3LNG加注船的主机工况

本文节能减排分析按海油发展采油服务公司的5000m3LNG加注船，在最大续航能力、最大装货能力以及最大加注能力等条件下的单航次作业进行测算，为理论数据分析。该5000m3LNG加注船采用Gas燃料主机。该船的运营状况及主机工况如表1、表2所示[3]。

2.2 LNG的实船节能分析

根据5000m3LNG加注船的作业工况计算出燃料消耗及其费用。该船的GAS燃料主机在燃气模式下，单船每年消耗LNG蒸发气1963.25t，LNG市场价格按照6000元/t计算，则燃料费用合计1177.95万元/年；对比使用相同工况的常规柴油机作动力每年消耗MDO2131.53t，MDO价格按照8500元/t计算，则燃油费用为1811.80万元/年。使用LNG与使用MDO相比，每条船每年节省燃料34.98%，约633.85万元，在28年的全生命周期内可实现节能17747.81万元。LNG在船舶节能方面优势突出[3]。

2.3 LNG的实船减排分析

通过TEG公司的数据计算可知，每消耗1g的LNG会产生约3.245g的二氧化碳、0.006mg的二氧化硫、0.024g的氮氧化物；每消耗1g柴油产生约3.36 g的二氧化碳、0.69 mg的二氧化硫、0.442 g的氮氧化物。根据欧盟排放交易体系，2008年碳排放交易价格为44.85美元/t，合计人民币290元/t。硫化物交易价格1万元/t，氮氧化物交易价格按照300元/t计算。

在节能分析的基础上，分别计算每航次减排情况、单船每年减排情况以及单船全生命周期减排情况。经计算可知，GAS燃料主机与常规柴油机相比，碳化物排放减少11.05%、硫化物减少99.20%、氮排放减少95.00%。每航次可实现减排二氧化碳23.456t、二氧化硫0.043t、氮氧化物26.533t，减排市值1.519万元。单船每年可实现减排二氧化碳791.19t、二氧化硫1.46t、氮氧化物895.02t，减排市值51.254万元。单船全生命周期可实现减排二氧化碳22153.35t、二氧化硫40.85t、氮氧化物25060.54t，减排市值1435.11万元。由此可见，LNG燃料在减排方面的优势突出[3]。

3 LNG在船舶领域的应用前景

表1 5000m3LNG加注船的运营状况

随着国际能源危机的加剧、国际海事组织（IMO）对海上船舶排放的强制性规定、各国防污染法规的提出等，LNG燃料船的数量近年来在飞速增长。综合各方面的法规可以发现，促使LNG作为船用燃料的驱动因素有：船舶能效设计指数（EEDI）、燃料硫含量限制以及NOx排放要求。IMO对这三个因素给予了具体的时间限制，超出时限还不能满足排放要求的船舶将不能继续航行[4-6]。船舶排放处理的技术有多种，如：采用LNG作燃料、使用低硫燃料、安装脱硫装置（尾气清洗）等，但是采用LNG燃料是唯一一种既可以满足2015年对SOx又在2016年对NOx排放要求的方法。因此，合理的使用LNG燃料是迎接这次航运业挑战的重要手段之一。

为了应对船舶节能减排的需求，现阶段世界各造船大国都在进行LNG使用的研发。近些年，国内也在积极开展LNG的应用研发工作。交通部、工信部、科技部已立项开展小型LNG运输船、气体燃料发动机、LNG加注船等相关与项课题，涵盖LNG水上应用链。从2010年起，国内开始LNG燃料动力船试点，以改造为主结合新造LNG动力船的方式逐渐展开船用LNG燃料的使用。

因此，随着LNG应用技术的逐渐成熟，LNG必将在未来的船舶领域受到广泛应用。

4 结语

本文以采油服务公司的5000m3LNG加注船为例详细论述了LNG作为船舶燃料的节能减排特性，同时分析了船舶行业的国际节能减排形势及LNG在船舶行业的发展状况。通过本文的分析可以得出，LNG作为一种低能耗的清洁能源在船舶节能减排方面有着明显的优势，其必将成为船舶行业能源发展的重要方向。

[1]逄金星.LNG船舶能效设计指数研究[D].大连理工大学,2014.

[2]黄勇.LNG燃料动力内河船舶时代的到来[A].第十二届全国内河船舶与航运学术会议论文集[C].2012.

[3]中海油能源发展采油服务公司.5000m3LNG加注船建造项目可行性研究报告[R].天津,2014.

[4]胡琼,陈凯,孙权.新船能效设计指数及应对策略分析[J]．中国造船，2011（S1）：27-32.

[5]张向辉.ECA生效是一把把双刃剑[J].中国船检,2012(6):14.

[6]王佐.浅谈MARPOL公约大气污染排放控制的规定[J].中国水运（理论版）,2006,4(5):183-184.