LNG燃料動(dòng)力船舶技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1、LNG燃料動(dòng)力船舶技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前言二十一世紀(jì)是人類追求美好生活、實(shí)現(xiàn)美麗夢(mèng)想的偉大時(shí)代， 也是面臨諸多問題、迎接挑戰(zhàn)的變革時(shí)代。雖然世界經(jīng)濟(jì)仍然在 快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在飛速進(jìn)步， 但是人類面對(duì)的問題似乎也 越來越多，如全球氣候的不斷惡化等環(huán)境問題、煤炭和石油等化 石燃料的消耗殆盡等能源問題， 這兩個(gè)重大問題也是二十一世紀(jì) 人類必須要解決的。因此，世界各國、各行各業(yè)都在研究和找尋 有效的解決方法。對(duì)于世界船舶工業(yè)來說更是如此。我們知道，物流業(yè)是僅次于制造業(yè)的石油消費(fèi)第二大行業(yè)，而船舶長期以來一直是物流行業(yè)的消耗和排放的“大戶” o由于成品油價(jià)格不斷上漲，國際污 染公約日趨嚴(yán)格，使得整個(gè)船舶工

2、業(yè)不得不尋求新的解決之道。 船用LNG技術(shù)似乎給我們帶來了希望，它不僅清潔，而且儲(chǔ)量充沛，甚至比石油的儲(chǔ)量還要豐富，如果應(yīng)用LNG作為動(dòng)力，似乎同時(shí)緩解了上述的兩個(gè)問題。然而，對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)與政策而言， 要實(shí)現(xiàn)全面的LNG化，我們還有相當(dāng)長的路要走。下面我們對(duì) LNG燃料動(dòng)力船舶技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。一、發(fā)展LNG燃料動(dòng)力船舶的優(yōu)勢(shì)LNG就是液化天然氣(Liquefied Natural Gas )的簡稱。 將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再經(jīng)超低溫(-162 C)加壓液化 就形成液化天然氣?！盠NG主要成分是甲烷，它無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/6

3、00,重1 / 47 量僅為同體積水的45溢右，熱值約為汽油的1.2倍。與傳統(tǒng)的燃油相比，LNG具有以下優(yōu)勢(shì)：.儲(chǔ)量豐富。2009年已探明儲(chǔ)量達(dá)188萬億立方米，可至 少滿足全世界需求 150年以上。近幾年科學(xué)家從深海中發(fā)現(xiàn)了“可燃冰”這種能源，它是一種“固態(tài)”型天然氣，1體積“可燃冰”可分解成164體積的天然氣和0.8體積水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球 上“可燃冰”所含能量相當(dāng)于石油、天然氣、煤總和的3倍。我國2008年底探明天然氣儲(chǔ)量達(dá)到 63357億立方米，具有廣泛運(yùn) 用天然氣的資源基礎(chǔ)。.經(jīng)濟(jì)性好。按照目前的油價(jià)和 LNG價(jià)格水平（柴油8200 元/噸，LNG5000元/噸），使用LNG比使用柴油節(jié)

4、約 40%60%勺 燃料費(fèi)用。按熱值計(jì)算，LNG價(jià)格只有柴油的60溢右（1立方 米天然氣產(chǎn)生的能量相當(dāng)于 1.2升柴油產(chǎn)生的能量），且因?yàn)樘?然氣燃燒徹底，不易積碳，減少維護(hù)費(fèi)用逾 50%.環(huán)保性好。首先，LNGE液化前灰塵、硫、水分等雜質(zhì)已 被排除，是一種潔凈能源；其次，與其它化石燃料比，在相同的 能量輸出下，LNG的污染物排放最少，一般來說可以減少10%-20%勺CO2排放量，90%勺NO排放量，100%勺硫化物和顆粒物排 放；最后，天然氣燃燒時(shí)比較柔和，燃燒噪聲小。.安全性好。首先，天然氣燃點(diǎn)為 650 C （柴油為260C , 汽油為427C）；其次，天然氣發(fā)生爆炸的濃度區(qū)間是 5-1

5、5% （柴 油為0.5-4汽油為1-5%）;最后，天然氣密度是空氣的 55%泄 漏后會(huì)直接擴(kuò)散到空氣中，如果加入嗅劑泄漏時(shí)可被及時(shí)發(fā)現(xiàn)， 減少安全隱患。2 / 475,冷能利用。LNG在氣化時(shí)產(chǎn)生大量的冷能(860 883kJ/kg )。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)或改裝時(shí)可以給予考慮，持別船舶制 冷和空調(diào)、漁船冷凍和冷藏等方面給予利用。LNGf CNG LPG的區(qū)別：1. CNG 是壓縮天然氣(Compressed Natural Gas)。目前在 汽車上應(yīng)用較多，技術(shù)也較成熟。它是天然氣加壓弁以氣態(tài)儲(chǔ)存 在容器中(20MPa,它與管道天然氣的組分相同，CNG勺體積能量密度約為汽油的26% LNG的組成比C

6、NGM純凈，不含水分， 因而LNG的排放性能要優(yōu)于CNG2.LPG 是液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas) 。經(jīng) 常容易與LNG混淆，其實(shí)它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙 烷(超過95%,還有少量的丁烷。LPG在適當(dāng)?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)儲(chǔ) 存在儲(chǔ)罐容器中，常被用作炊事燃料和車輛燃料。二、發(fā)展LNG燃料動(dòng)力船舶的背景分析1.節(jié)能減排的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界航運(yùn)業(yè)每年要消耗20億桶燃油。我國是一個(gè)人均占有資源相對(duì)貧乏的國家，節(jié)能減排責(zé)任重大。2010年我國原油消耗達(dá)到 4.55億噸，需進(jìn)口 2億噸才 能滿足要求，約為總需求的45%預(yù)計(jì)2020年，原油消耗將達(dá)5.6億噸，石油對(duì)外依

7、存度將提高到60%巨大的原油消費(fèi)又會(huì)促使原油價(jià)格保持高位，提升船舶運(yùn)營成本。因此，原油短缺會(huì) 制約我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還會(huì)嚴(yán)重威脅國家的能源安全。隨著原油的消耗，隨之帶來的就是排放污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界 航運(yùn)業(yè)每年要排放超過12億噸二氧化碳，約占全球總排放量6% 為應(yīng)對(duì)世界氣候變化出臺(tái)的環(huán)保法規(guī)，規(guī)定了船舶污染防治、減3 / 47少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)限。近年來，國際海事組織（IMQ加強(qiáng)了對(duì)海上船舶排放的強(qiáng)制性規(guī)定，如果各國都執(zhí)行IMO的排放強(qiáng)制性 規(guī)定的話，5-10年后世界上用于近海貿(mào)易的船只大多數(shù)都會(huì)使 用LNG作為船用燃料。在我國物流業(yè)是僅次于制造業(yè)的石油消費(fèi)第二大行業(yè)，全行業(yè)石油制品消耗占全國的 3

8、4%fc右，二氧化碳排放量占 18.9%, 并且這一比例仍逐年上升。而船舶長期以來一直是我國物流行業(yè) 的消耗和排放“大戶”，以我國內(nèi)河為例，目前內(nèi)河船舶柴油機(jī) 每年產(chǎn)生的N。SQ和顆粒等污染物約100萬噸，占港口區(qū)域總 量的50%Z上。因此，以技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，大力提升船舶動(dòng)力裝 置的節(jié)能減排能力，走綠色船舶動(dòng)力發(fā)展之路已成為貫徹落實(shí)科 學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)節(jié)能型社會(huì)的必然選擇。.降低噪聲的要求。船員長期工作和生活在船上， 強(qiáng)烈的噪 音使船員精神疲勞，工作效率下降，嚴(yán)重時(shí)影響身心健康，危及 航行安全。20世紀(jì)80年代，由于航運(yùn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國際社會(huì) 普遍關(guān)注船舶艙室的噪音問題，相關(guān)研究較多，也促使了我

9、國一系列規(guī)范的出臺(tái)。之后一段時(shí)間，隨著造船技術(shù)的成熟，艙室噪 音得到一定控制，關(guān)注度逐漸降低，國內(nèi)相關(guān)研究也日趨減少。 然而，目前的船舶動(dòng)力裝置普遍采用的是高噪音的柴油機(jī)，而且隨著人們對(duì)工作、生活環(huán)境舒適度的要求日益提高，作為影響船員生活質(zhì)量和工作質(zhì)量的主要因素之一，噪音問題不容忽視。大型遠(yuǎn)洋船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范要求較高，且在機(jī)艙均設(shè)置隔音效果很好的集控室，一般能夠滿足我國 運(yùn)輸船舶艙室噪音標(biāo) 準(zhǔn)及運(yùn)輸船舶艙室噪音測量方法的要求。而內(nèi)河小型船舶4 / 47多采用高噪音的中、高速柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置， 且有很多小船根 本沒有集控室，輪機(jī)人員長期暴露在高噪音的沖擊之下，長此以往，聽力嚴(yán)重受損，身

10、心健康無法保障?，F(xiàn)代船用柴油機(jī)普遍采 用高增壓，具增壓器轉(zhuǎn)速可達(dá) 20000rpm以上，對(duì)氣流的作用可 產(chǎn)生劇烈的高頻噪音，是柴油機(jī)最大的噪音源； 而柴油機(jī)氣缸內(nèi) 的劇烈燃燒（爆壓可高達(dá)20MPa）,亦會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈噪音；四沖程柴 油機(jī)進(jìn)、排氣閥周期性的啟閉，也會(huì)發(fā)出刺耳的敲擊聲。.國家高度重視。國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃把節(jié)能減排作為 重要戰(zhàn)略目標(biāo)之一，各行各業(yè)提出了嚴(yán)格的節(jié)能減排目標(biāo)。 同時(shí)， 溫家寶總理在哥本哈根全球氣候大會(huì)上向世界承諾一到2020年前CO排放量比2005年減少40%-45%船舶燃料作為耗能和碳排 放大戶，必然會(huì)成為改造重點(diǎn)。2011年1月國務(wù)院正式頒布關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā) 展的意見，將內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，提出了我國內(nèi)河 水運(yùn)的發(fā)展目標(biāo)，明確要求利用 10年左右的時(shí)間，建成暢通、 高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系。國家船檢總局也表示， 國家船檢總局和地方各級(jí)船檢部門將一如既往地支持和關(guān)注LNG船舶的實(shí)踐和推廣。同年3月，交通部發(fā)布關(guān)