LNG动力邮轮研发动向

中船邮轮科技发展有限公司 马网扣 黄雪忠 杨陆峰

相比传统燃油，LNG可有效减少90%～99%的硫氧化物和微小颗粒物、80%左右的氮氧化物等污染物排放，以及20%～25%的二氧化碳温室气体排放，满足IMO的0.5%限硫令和Tier Ⅲ排放标准，被航运界视为未来一段时间内的主要清洁能源。

LNG在邮轮上的应用主要有两种途径：一是用作双燃料主机的燃料；二是用作燃料电池的燃料。目前前者技术相对成熟，后者尚处于研究示范应用阶段。

LNG动力“AIDAnova”号

全球首艘完全采用LNG动力的邮轮“AIDAnova”号于2018年12月在德国迈尔船厂完工交付，开启了LNG邮轮的新时代。“AIDAnova”号是嘉年华集团18万吨级“Excellence-Helios”系列LNG动力邮轮的首制船，也是嘉年华集团迄今为止最大的邮轮。此前嘉年华拥有“AIDAprima”号和“AIDAperla”号两艘LNG邮轮，这两艘邮轮由日本三菱重工建造，均配备了Cartepillar的MaK双燃料发动机，可在停泊时使用LNG燃料，但船上没有LNG储存装置，无法在航行和进出港时使用LNG动力，因此不是真正意义的LNG动力邮轮。

“AIDAnova”号配备4台MaK 16M-46DF双燃料发电机组，总功率61.76 MW；安装3个LNG储罐，总容积3570m3，足够支撑其航行2周；其中2个大型储罐长35m，直径7.75m，容积152m3；1个小型储罐长28m，直径5m，容积520m3。罐体采用Ilsenburger Grobblech公司的X8Ni9镍合金钢，可承受-196℃的低温，最大板厚50mm，最小抗拉强度640 MPa，钢板总重308吨。此外该船还配有3000m3的MGO储存舱。

2019年年底，“Excellence-Helios”级系列二号船，同时也是世界第二艘LNG动力邮轮“Costa Smeralda”号在迈尔图库船厂完工交付。

LNG动力大型邮轮新造船情况

LNG动力大型邮轮（＞70000 GT）订单占比逐年稳步上升，2020年～2025年间将交付48艘大型邮轮，其中20艘为LNG动力，占比高达42%。表1为LNG动力大型邮轮新造船的概况，地中海、皇家加勒比、嘉年华、迪斯尼都已订购了LNG动力大型邮轮。

表1 2020年～2025年交付的LNG动力大型邮轮新造船情况

总体上，LNG动力邮轮新造船的总吨位要大于常规电力推进邮轮。除迪斯尼的3艘邮轮为14万总吨外，其余17艘均为超大型邮轮。订单显示，新造的LNG动力邮轮总吨位均值为18.1万，远大于常规动力邮轮14.6万总吨的均值。究其原因在于LNG动力邮轮需要较大的空间来布置LNG储罐，这也进一步推动了船型的大型化趋势。

LNG动力邮轮在乘客空间比、乘客船员比和每客位造价三项指标上，与常规动力邮轮相差不大。LNG动力邮轮的每客位造价均值为22.8万美元，甚至小于后者的24.9万美元。其主要原因是前者船型偏大，标准床位相对多，进而摊薄了建造单价。相应地由于尺寸的增加，LNG动力邮轮的整体造价也高出许多。

图1 “AIDAnova”号的LNG储罐位置示意

图2 “AIDAnova”号的LNG储罐外形

LNG动力探险邮轮新造船情况

近年来LNG探险邮轮呈爆发式增长，2019～2023年的探险邮轮新造船共有47艘，年均约10艘，而2017年、2018年仅交付2艘和4艘。这波行情主要是由南极、北极探险旅游升温带动的。

庞洛邮轮的“Le Commandant Charcot”号是高端奢侈探险邮轮的代表，是全球首艘，也是目前唯一一艘LNG动力探险邮轮新造船。该船装有4台瓦锡兰14V31DF和2台10V31DF双燃料发电机组，总功率40MW；采用法国GTT公司的“MARK III”薄膜型LNG储存舱，舱容4500m3，是世界上第一艘采用薄膜型LNG储存舱，而非C型罐的邮轮；乘客空间比高达117，每床位造价高达120万美元，两项指标均为探险邮轮新造船之最。

LNG燃料电池应用情况

燃料电池具有能量转化效率高、无环境污染物排放、可低温快速启动、振动和噪声等级低等优点，是颇具潜力的船舶动力装置。燃料电池按其电解质不同，可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）等几种。理论上燃料电池的能量转化效率可高达90%，由于受工作条件限制，目前燃料电池的实际能量转化效率仅为40%～60%。

LNG可直接用作固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池的燃料气，也可作为原料加热制氢后作为氢燃料电池。

图3 大型邮轮新造船的两项指标

瓦锡兰比较关注燃用LNG的船用固体氧化物燃料电池的开发，WFC20 20kW燃料电池已实现客船的示范应用。该电池采用模块化设计，可以采用多个燃料电池单元构建成大型系统。目前瓦锡兰正致力于50 kW以上燃料电池的商业化产品开发。

预定于2022年5月交船的地中海“欧罗巴”号LNG动力邮轮将示范安装一套50 kW的固体氧化物燃料电池。该燃料电池由法国Entrepose公司设计，使用LNG作为燃料，工作温度约750度，最高电能转化效率60%；能同时消除硫氧化物、氮氧化物和微小颗粒物的排放；与常规双燃料主机相比，能减少30%的温室气体排放。

总体上，目前燃料电池技术还不成熟，功率小，寿命短，燃料储存难度大，离大规模商业应用还有较大差距。

表2 2020年～2025年交付的LNG动力探险邮轮新造船情况

LNG邮轮的热潮需理性看待

LNG动力是邮轮，特别是大型邮轮的重要发展趋势。我国正致力于邮轮设计制造领域的技术攻关，不能忽视这一发展趋势。采用LNG动力，势必增加邮轮的开发设计和建造难度，我们必须立即着手建立相关技术储备，但也需理性看待LNG在邮轮上的应用前景。

1、LNG是解决温室气体零排放的过渡解决方案

环保主义组织“航运清洁联盟”在一份提交给IMO的技术报告中声称，LNG中的主要成分甲烷本身就是一种温室气体。以100年时间计算，每克化石甲烷对气候造成的直接影响是等量二氧化碳的30倍。而在LNG的生产、运输、加注、使用的整个周期中，存在大量“甲烷逃逸”。造船和航运界比较关注发动机工作时的“甲烷逃逸”，但据称LNG生产过程中的“甲烷逃逸”更为严重。从这个角度看，广泛采用LNG反而可能加快温室气体排放总量的增长。因此，该组织呼吁IMO的温室气体减排战略应当关注“真正的”低碳燃料，将LNG从低碳替代燃料的名单中剔除，但目前各界鲜有响应。

即使不考虑“甲烷逃逸”，LNG还是会有二氧化碳排放，只是解决零碳排放的过渡解决方案。

2、LNG码头加注设施不完善影响邮轮运营

正所谓“理想丰满，现实骨感”，目前LNG码头加注设施尚不完善，大多依靠槽罐车加注，加载速度慢，影响邮轮运营调度。在欧洲这样LNG码头加注设施相对完善的地区尚且如此，不难想象在其它地区的状况。

3、推高建造成本，增加运营压力

若要维持同等规模的公共区域和居住区域，采用LNG动力，必将增大船体规模，与双燃料发动机、燃料供气系统等设备一起推高建造成本。采用LNG动力，也将增加设计难度和成本。LNG动力装置的维护成本也要高于常规动力，相应的船员素质也要高些。理论上，LNG具有成本优势，但这是长期行为。设计、建造和运营成本的增加，不可避免地给邮轮公司带来经济压力，如果转嫁给消费者必将增加运营的难度。

图4 丰田开发的250 kW LNG燃料电池样机

4、LNG是邮轮的重要选择，但并非唯一选择

截至目前，诺唯真邮轮集团和云顶香港邮轮集团都没有订造LNG动力邮轮。正如商船领域一样，邮轮使用LNG燃料是一种重要的选择，但不是唯一的选择。至少短期内低硫油、脱硫塔两种减排方案仍具有不小的吸引力，船东需要综合政策法规、安全性、配套供应设施、品牌效应，特别是经济性分析作出决策。LNG不可能在短期内完全取代常规燃油能源。

5、LNG双 燃 料 发 电 机 +LNG燃料电池较具潜力

现阶段，在燃料电池尚不成熟的情况下，采用LNG双燃料发电机为主，LNG燃料电池为辅的组合方式，不失为一种节能减排的优化方案，值得探讨。使用LNG燃料电池，起码不需要担心燃料的储存问题。目前，氢燃料电池研究走在前列。但综合多方信息来看，造船界更看好固体氧化物燃料电池的潜力，但这种电池的积碳问题依旧棘手。

十一所研制成功船用肋板自由边智能打磨装备

近日，由中国船舶集团第十一研究所自主研制的船用肋板自由边智能打磨装备成功试件打磨。该装备主要由打磨装备地面支撑平台、打磨设备龙门传动系统、打磨数控系统等组成。整个装备长8米、宽6.5米、高3米，体现了集约、紧凑、环保、高效等特点。系统由4个自由度组成，由横梁-滑板-滑枕移动，从而实现X、Y、Z三个坐标轴的移动。装备主要用于肋板自由边的智能打磨，突破了复杂工件打磨力恒定、多类型肋板机器视觉识别与定位等关键核心技术，具备肋板打磨轨迹智能生成、打磨工艺智能匹配、打磨路径智能跟踪等功能，无需翻面即可实现典型肋板结构人孔、减轻孔、贯穿孔、流水孔等非焊接边的上下面打磨，以及保证圆弧倒角加工过程中受力方向始终垂直于铣削方向和自动进行作业补偿，打磨速度达到30毫米/秒，打磨效率较人工提高近50%，打磨质量完全满足涂装规范PSPC要求，真正实现了替代人工作业的目标。