船舶LNG动力系统现状与发展趋势

沈 菊

（南通远洋船舶配套有限公司，江苏 南通 226000）

0 引言

随着我国经济的发展，能源的需求量和消耗量也逐年增加。世界的发展造成大环境污染，常年碳排放使得环境和生态的压力越来越大。开发利用新能源（可再生）成为发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。运用清洁能源代替传统耗能高、排量大的能源，成为当今节能减排方面的突破口。交通运输行业由于能源消耗较大，将天然气作为绿色环保能源替代传统柴油，成为现代船舶绿色发展的燃料之一[1]。

1 LNG的概念及组成

天然气为一种天然气体，主要产生于气田或是油田，主要成分为甲烷并参杂乙烷、丙烷、氮等杂质，如表1所示。常态下的天然气以气态形式存在，不便于输送和存储，因此将其进行低温液化，将常态气温降低至-163℃进行液态处理[2]。天然气中的杂质会在低温环境中出现凝固，要在液化之前对其进行净化处理，去除杂质，提升天然气业态形式的纯净度，以免损伤输送管道，提高气体的使用效率。

表1 不同气田LNG成分分析表

2 LNG燃料动力船舶发展现状

2.1 LNG燃料价格较高，使得成本居高不下

我国运用LNG燃料动力的起步较晚，运用LNG燃料的主要原因为LNG的价格比柴油低，能源综合折价率达到15%～25%，从而节省大量的燃料费用，提升了船舶运输的经济效益。出于经济性的考虑，部分船舶选用LNG供气系统，或者对其动力系统进行改建[3]，见图1。但随着原油价格的回落，LNG原料的经济优势大大降低，尤其是我国为了整治气污染，提倡运用清洁能源，致使LNG消费速度增加，出现LNG能源短缺现象，造成LNG价格不断上涨，使得船舶运用LNG动力系统时，会面对较大的资金压力。近几年，在船舶行业运用中LNG动力系统装置改建以及新建的速度相对比较平缓。

图1 LNG动力系统配置图

与此同时，国内对船舶进行LNG燃料动力系统改造过程中，为提升船舶的运用效率，缩短改造周期，与其相配套的法律规范尚不够完善，基础设施较为落后，相应的配套设备供应不全，大部分的设备还需进口，致使船舶改造的工艺不高，实际安装和改造过程中工序较为复杂，因此改建费用相对较高。

2.2 配套基础设施滞后，专业化技术人员短缺

现阶段虽然在船舶运输行业大力宣扬LNG动力系统在船舶的运用，但是LNG加注码头的建设效率较低，其中因出现规划依据不足，完善建设选址等方面存在诸多困难，审批流程审批文件依据也不够完善，使得码头在建设过程中存在一定的问题，从而无法支撑LNG动力船只的运行与停靠[4]。对于船舶运输而言，加注站的数量与分布直接影响船舶运输行业的发展，若其数量不足或者分布不合理，建设规划不科学，则会造成船舶运输行业成本增加，经济效益也会相应的下降。

另外，安装LNG动力系统后，现有的船舶维修专业队伍缺乏高质量技术人员，相应的配件采购困难，有些维修及服务只能依靠原厂家解决，这些均导致维修时间变长、费用增加。目前，MSC.396(95)决议明确要求LNG燃料动力船舶船员在实际上岗前应经过强制性培训，但国内针对LNG燃料船舶船员培训且具有资质的机构较少，这些因素造成了专业化高技能的船员数量与现阶段市场的需求量不相符，致使远洋航运公司在招收船员方面存在一定困难[5]。

2.3 技术规范不完善，系统运作技术水平较低

近年来，我国在研制、生产各种规格的LNG动力和LNG柴油双燃料船用天然气发动机方面取得长足的进展，并在相应的船舶设计制造、系统控制等方面取得了不错的进展[6]。但是部分试点改造的LNG燃料动力船舶技术仍不成熟，发动机和安全警报系统中枢控制系统时常发生故障等问题。同时，由于运用清洁能源的时间较短，LNG燃料动力在船舶上运用的时间较短，相关技术规范正在完善当中，使得船舶建造和改造中出现规范指导和法规依据不一致等情况，对船舶建造的成本和投入使用的期限均造成了一定的影响。

3 LNG燃料动力船舶发展新机遇

3.1 国际海事组织的限硫规则

随着LNG动力的应用与发展，国际海事组织已经通过海运减排机制要求，其主旨在于全球范围内船舶使用过程中运用的燃料含硫量降至0.5%,此条例在2020年1月1日起开始执行。面对此种排放标准和严苛的要求，各国船运在2020年后，其总体排放量应根据海运减排机制要求进行规划[7]。为保证船舶在实际运行过程中能够达标，各国船运企业会在低硫燃油、安装洗涤器和使用LNG等清洁能源3种方式中进行选择。1）随着低硫燃油的供应量减少，需求量上涨的同时价格必然会上升；2）安装洗涤器进行船舶改造，除了系统本身投入外，系统运行的耗能对运营公司也是一笔不小的成本压力；3）LNG燃料作为清洁能源，具有良好的经济效益和环保效益。在国际条例的约束和比较之下，运用LNG燃料成为航运发展的趋势之一，大大推动了LNG燃料的发展与运用。

3.2 国内政策支持力度不断提升

为加快落实船舶清洁能源的运用，国家制定了扩大清洁能源产业的战略决策。相关政策的出台为能源生产、能源消费与运用提供了良好的社会背景。在国家政策实施过程中，为保证其落实到位，相关部门也相继出台了保障措施和激励措施，对船舶报废拆除和标准化建设进行了相应的补贴，使得LNG动力船舶改造的成本降低，船运行业得到的经济效益不断提升。国家与政府为推动LNG燃料的使用效果，延长了补贴时间，为加快LNG燃料动力船舶的发展，提供政策性保障。

4 激励LNG动力船舶发展的措施

4.1 加快LNG加注配套设施建设

现如今，无论内河于海洋皆在运用LNG动力的船舶，但是相比于海洋运输而言，内河LNG动力船舶运用的较少，因此需要大力推广。此时，有效促进内河LNG船舶的运用，应进行LNG能源加注站点建设的审批以及落实，以此促进LNG动力系统的船舶能够在大量加注点的支撑下，得以大规模运用与发展，以此改善传统动力系统船舶在内河运用的情况，为环境改善和能源节约提供助推力。针对加注码头建设过程中存在规划、选址、审批等方面困难的问题，相关部门应进一步加大对各职能单位的监管力度，责任予以落实，使相关人员能够清楚认识到LNG燃料使用管理安全性的重要作用，在优化审批流程及完善审批文件等方面得到改善，保证LNG加注码头项目建设速度提升，从而建立健全相应的配套设施。按照市场主导统筹兼顾的原则，尊重并扩大市场在LNG加注码头资源配置过程中的作用，使其决定与主导加注码头建设效果，船舶流量大、供应需求大的重点航段得以优先建设，从而提升LNG加注码头的建设效果，使其尽早正常使用[8]。

4.2 加强技术的应用与研发

LNG船舶动力系统发展过程中，应充分发挥联合与携手的作用，加大企业与高校、科研机构之间的联系，使得LNG新能源动力船舶系统基础研究力度得以提升，从而使发动机的精细化设计、安全报警系统和中央控制系统等方面得以完善。船舶在运行过程中各个环节和系统出现故障的几率不断降低，进而突破LNG燃料动力方面的技术难题，减少船只在维修与改造过程中所占的时间，提升实际运行效果。同时，有关人员还应大力开展船舶动力改造技术的研究与运用，从检验、维修、维护入手，使得船舶改造后的诟病得以消除或减少，在运用中能够达到符合投入营运的标准 。

4.3 提升船员培训力度

相关部门应针对现阶段LNG动力船舶船员培训机构布点少、开盘量不足的情况进行相应的改革，适量加大培训机构的布点并增加相应的开班次数，解决当前航运市场船员需求量大的难题。与此同时，在培训过程中应对培训内容进行规范和管理，在进行系统理论知识培训的同时注重使用过程中问题的识别与处理，保证培训人员的技能能够满足新能源船舶实际使用的需求。此外，相关部门应对LNG动力船员发展给予一定的支持，协调解决船运企业在人员的招聘、资金不足等方面的问题，从而解决航运企业现阶段存在的难题，使航运企业能在市场中占据有利地位。

4.4 落实环保政策

由于现阶段LNG动力船舶发展的过程中，相关政策落实存在不足，若未进行强制性、导向性的政策，则难以真正的落实污染防控。因此，首先在LNG动力船舶发展期间应认真落实与完善《船舶与港口污染防治专项行动实施方案》，并根据其中新修订的船舶污染物排放指标进行新动力的船舶改造，并在一定的期限内将不达标的船舶淘汰，以此提升整体政策的执行力度，促进我国环保事业的发展与进步。其次，我国政府部门还应大力强化LNG动力船舶财政资金补贴的政策，促使LNG动力船舶在资金政策的支持下得到大力的发展。例如，进行补贴方向和补贴对象的调整、出台针对不同发动机技术的补贴政策等，以此激励我国LNG动力系统研发的新技术发展与提升。

4.5 完善法规和制度

LNG动力船发展离不开相关政策与法律的支持。首先，相关人员应关注LNG动力船发展的实际情况，完善相应的法规与技术标准，使得LNG能源与优品获得同等待遇，使得在研发和运用中能够享有安全和环保政策待遇。其次，相关部门应提升LNG发动机的研发力度，并开发具有自主致使产权以及国际水平较高的LNG发动机，以此为我国的LNG动力船舶提供技术支持和保障。再次，加紧落实LNG动力船舶相关的法律和法规，并将相关细则和操作层面的措施进行完善和弥补，进而满足LNG动力船舶发展的需要。与此同时，还影响成较为完善的标准与法规体系，使得相关企业在进行LNG船舶建造以及使用的过程中，能受到法律法规的充分指引。

4.6 强化我国LNG发动机的探索与研究

其一，选取支管多点顺序喷射技术。与传统的总管进气模式相比较而言，选取支管多点顺序喷射技术在运用的过程中，不经能有效地控制燃气供应量，提升空燃比的控制灵活度，还能强化发动机运行的可靠性和安全性，在提升热效率的同时还能有效防治LNG逃逸情况出现。其二，加大对燃气机关键零部件的研究。相比于传统的柴油发动系统，液化天然气自身的燃烧速度较慢，因此若是双动力系统，则LNG燃烧的最晚。此情况会造成排气温度上升，燃烧室部件符合不断提升，进而影响运动零件的实际工作效果和润滑度。因此应对此部分进行全面探究，强化双系统中的零部件运用效果，进而强化LNG动力系统燃气机的可靠性和船舶运用的安全性。

5 结语

新能源在船舶动力系统发展过程中具有至关重要的作用，船舶新能源的开发和利用需要站在能源安全的基础上对其进行研究。液化LNG、甲醇、氨、氢等清洁能源在船舶的推广使用，必将在节能减排、保护环境等方面产生积极影响，为船舶修造企业以及专业化配套公司带来新的发展机遇。