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LNG點亮中國船用燃料市場新前景

更新時間:2012-11-9  來源:中國燃氣設備網  [收藏此信息]

    航運是當今世界應用最廣泛的貨物運輸方式,但船舶的燃油消耗會產生大量二氧化碳。目前,波羅的海、北海和北美沿海已經設立排放控制區(ECA)。其他地區如地中海等有望在不遠的將來設立排放控制區。2015年以后,在ECA地區營運的船舶,其燃油的硫含量將不得高于0.1%或者其排出的氣體必須經過凈化以達到要求;2016年以后新造船的氮氧化物排放必須減少約75%。隨著全球減少碳排放的呼聲日益高漲,作為碳排放大戶的航運企業紛紛表示將參與開發新的節能技術,研發新能源船型,推動未來全球航運市場向節能低碳方向發展。在技術進步和油價攀升的大背景下,天然氣以其環保、清潔、經濟的特征在傳統能源市場的替代作用愈加明顯。天然氣作為動力燃料正在全球船用燃料市場進行有益的探索和嘗試,為未來中國船用油市場展現了新的藍圖。
  一、LNG一一新興的船用動力燃料
  當前,船用燃料主要分為柴油和燃料油。柴油主要用于中小型高速船舶,優點是馬力強勁,燃燒較完全,排放較少,船舶運營維護成本低,缺點是成本較高;燃料油主要用于大中型船舶,優點是成本比柴油節約近一半,缺點是燃燒不完全,排放污染物較多,且熱值較柴油低5%,加上含硫、含雜質較多,需要經常對船上的相關備件進行更換或者清洗,運營維護成本較高。
    近年來,面對不斷加劇的競爭和減排壓力,全球航運業采取了低速航行、安裝廢氣洗滌器、使用低硫燃油等一系列降低成本和減少排放的措施。同時,隨著國際油價的大幅上揚,LNG作為新興的船用動力燃料受到更多的關注和青睞。雖然早在1964年LNG就開始應用于專門的運輸船,但直到2000年才開始應用于其他類型船舶。目前,LNG動力船舶已經在國內外越來越多的地區取得成功,而且有望加快推廣的步
伐。
  1.LNG動力船舶在國外的發展
  據挪威船級社(DNV)2011年末統計,目前全球用 LNG作為燃料的船舶有22艘在商業化運營,主要是運行于挪威沿岸的小型渡船。因為挪威已建立了為船舶提供LNG燃料的基礎設施。另外還有一些是海洋供應船和巡邏船。在挪威海峽區域,部分客滾船被改造為 LNG和柴油的混合動力船,運營情況良好。與使用普通燃油相比,天然氣燃料發動機的氮氧化物排放量比采用普通柴油機為動力的船舶低85%,二氧化碳排放量低40%。據測算,LNG動力船舶的建造成本比普通船舶高15%,但是每年的使用成本能夠降低30%左右。
    隨著LNG用做船用燃料的經驗不斷積累,適用船型也在不斷擴展。據悉,挪威Eidesvik Offshore公司耗資7120萬美元建造一艘以LNG為燃料的平臺供應船(P]atform Supply Vessel,簡稱PSV),該船長90米,寬21米,6500載重噸,預計在2012年交付。這是該公司第5艘以LNG為燃料的船舶,因此該公司成為世界上擁有最多LNG動力的PSV船隊。
    隨著全球LNG設施的增加,遠洋航線利用LNG作為動力成為可能。挪威船級社將與馬士基航運公司、 MAN、TGE船用燃氣工程公司等合作,改造一艘配載5000箱、有4年船齡的集裝箱船,將對船上2臺輔機、輔助鍋爐進行改造,改用LNG為燃料。一旦改裝成功,該船將成為全球首艘以LNG為燃料的集裝箱船,也是首次在全球貿易航線中以LNG為燃料。該項目預計2012年完成。
    2011年10月,挪威航運公司(Nor Lines)與(日本)產業重機(江蘇)有限公司在上海簽署合同,在中國建造“2+2”艘純LNG動力遠洋多用途運輸船,首批船型預計將于2013年在挪威西海岸投入運營。
    2011年10月份底在韓國釜山召開的第17屆國際船舶及海事設備展覽會期間,德國勞氏(GL)和韓國大宇造船(DSME)公司共同宣布完成了一艘以LNG為原料的14000 TEU集裝箱船的原則審批(Approval in Principle),將聯合為LNG驅動的大型集裝箱船開綠技術方案和安全概念。最近GL完成了一艘25000載重噸“Bit Viking'’號成品油船的改裝項目,該船是第一艘入級GL的天然氣動力船。在GL的協作下,2009年6月初國際海事組織(IM0)海事委員會(MSC)就制定并通過了MSC285(86)號決議,即侑關船上天然氣燃料發動機裝置安全性的臨時指南》。
  LNG替代船用燃油在歐洲的發展證明,LNG不僅有利于減少船只運營的經濟成本,更能滿足長遠的環保需求。因此,LNG在未來有著巨大的發展潛力。
  2.LNG動力船舶在我國的發展
  與歐美同類船舶柴油機相比,我國船舶柴油機的有害物排放標準較低。以氮氧化物(N0x)排放為例,我國長江沿線船舶應用最廣的210系列柴油機的排放值為11.97克/千瓦時(g/kw.h),比歐盟相應的排放限值8.7克/千瓦時高出37%以上。另外,柴油動力的船舶使用成本高,易泄漏污染水面,因此,我國近海與內河環保壓力日趨嚴重。
    在這樣的背景下,我國圍繞LNG動力船舶正在積極開展一些嘗試。目前,國內涉及船舶燃料油改氣項目的企業主要有北京油陸、湖北西藍、昆侖能源、桂林新奧、新疆廣匯、福建中閩等公司(見表1)。
    2009年12月,由宿遷海事局牽頭,北京油陸集團、江蘇科技大學等8家單位共同研發的船用柴油一LNG混合動力技術項目啟動。2010年9月,  “蘇宿貨1260”號柴油-LNG混合動力船滿載3000噸黃沙從宿遷駛入淮安。航行試驗表明:混合動力船在雙燃料模式下,硫氧化物減排近100%,氮氧化物減排85%一90%,二氧化碳減排15%-20%,并且噪音、煙塵排放也大大降低,具有很強的社會效益和經濟效益。
    2010年8月,湖北西藍天然氣有限公司成功對武輪拖302號船進行了LNG動力燃料改造,并在武漢下水試航成功。航行試驗表明:在雙燃料模式下,發動機不同工況下的參數穩定,柴油機的部分性能較燃燒
純柴油時有所改善;柴油機在規定的轉速范圍內能有效地進行燃料轉換,轉換過程方便快捷;柴油機在額定工況下噪音和排污均有較顯著的改善;天然氣替代柴油率可達66%-80%,經濟效益明顯。
    2011年3月25日,中國石油昆侖能源有限公司與濟柴動力總廠、武漢交通發展集團、武漢交通發展船舶設計有限公司在武漢市就LNG動力船舶的示范應用工作達成四方合作框架協議,并提出“氣化長江戰略”。同年4月15日,相關LNG動力船舶正式開工建造。目前,以濟柴LNG發動機為動力的新能源船舶示范項目,己在長江武漢段、蕪湖、京杭運河及珠江四地共8艘船舶上同時實施。2011年7月2日,中國海事局在安徽省蕪湖市組織召開了內河船舶氣體改造和檢驗工作研討會,對船舶應用LNG作燃料的嘗試進行了肯定,并形成了會議紀要。
    我國LNG在船用燃料領域的發展雖然較晚,但是發展速度很快。相信在不遠的將來,LNG在船舶燃料方面的應用將會更加廣泛。
  二、LNG替代船用燃油的競爭優勢
  根據國際海事組織海洋環境保護委員會制定的(船舶污染防治國際公鰳相關規定,從2010年7月開始,在ECA航行的船只所用燃料硫含量不能超過1%,2015年1月1日以后不能超過0.1%。目前,硫含量低于0.1%的低硫燃油產量和需求量都很少,而且需要單獨的油罐和管線,所以價格較普通燃油要高5%。在航運業低迷的今天,這將大幅加大船東的燃油支出。與傳統燃油相比,LNG作為船用動力,不僅能夠完全滿足排放的需求,而且具有成本低、更安全等優勢,是未來船用動力的發展方向。
    1.體積小、熱值高
    天然氣的主要成分是甲烷,在常溫下無法壓縮為液體,只有在低溫162度以下才能變成液體。LNG無色、無味、無毒、無腐蝕性,體積約為同量氣態天然
表1  我國船舶油改氣項目
序號
項目實施單位
示范船舶名稱
用途
水域
項目進展情況
1
北京油陸集團
蘇宿貨1260號船
運輸
運河
已改造完成并投入示范運行
2
湖北西藍天然氣有限公司
武輪拖302號船
拖輪
長江
已改造完成并投入示范運行
3
昆侖能源“氣化長江”項目
8條船舶
運輸
內河
大多已完成改造,部分船舶進入試驗階段
4
北京中興恒和投資集團有限公司
長迅3號貨輪
運輸
長江
試航試驗取得成功,準備召開國家級專家評審會進行論證
5
桂林新奧燃氣有限公司
山水34號
游船
漓江
已完成改造工作,目前處于試驗階段 
6
新疆廣匯集團
522kW漁政船
漁政
東海
目前正在進行船舶的改造設計
7
福建中閩物流有限公司
待定
運輸
閩江
項目可研已經完成,等待政府審批
氣體積的l/600,重量僅為同體積水的45%左右,而且熱值為每千克12000千卡,熱值高出柴油近20%。
    2.儲量大、供應足
    根據BP能源統計,截至2010年底,全球天然氣探明儲量達到187.1萬億立方米,按照2010年3.169萬億立方米的消費量計算,足夠使用59年。考慮到每年都會有新增的探明儲量,LNG預計能夠使用超過200年。豐富的資源基礎、較低的溫室氣體排放以及相對低廉的價格(等熱值價格低于石油)使得天然氣的供應和需求增長明顯快于其他傳統能源類型。
    3.排放低、污染少
    LNG基本無排放雜質,燃燒時排放的二氧化碳遠少于其他燃料,作為船用燃油的環境效益非常顯著。據試驗,它可以減排近100%硫氧化物、85%一90%氮氧化物和15%一20%二氧化碳,而且沒有顆粒排放,有利于保護環境。另外,LNG屬于低溫液體,一旦泄漏,自然氣化快,而且密度比空氣小,會自動逸散到大氣中,有利于保護水體環境,解決當前船舶尾氣污染嚴重的問題。
    4。易運輸、更安全
    LNG運輸船舶擁有40多年非常良好的安全紀錄,尚未發生人員死亡或貨物損毀的海上事故。即使發生 LNG泄漏事故,也會自動向上溢開,不會對水體產生污染;加入特殊嗅劑后,天然氣泄漏可及時被發現;天然氣的燃點比汽柴油高(柴油的燃點為260~C,爆炸極限為0.5%一4.1%;天然氣燃點為650~C,爆炸極限4.6%一14.57%),瞬間著火比油慢,不易達到爆炸極限。
  5.成本低且市場穩定
  按有效熱值換算,1立方米LNG氣體近似于1.1升柴油,而且LNG價格較柴油低,可以大大節約成本。按照國內目前的價格水平,柴油均價在7元/升以上,天然氣價格在5.3元/立方米,使用天然氣可減少31%的成本支出,即使與5000元/噸的燃料油相比,天然氣仍然具有優勢。另外,LNG國際貿易以長期供應合同為主,受國際金融資本炒作的影響小,雖然其定價與國際油價有一定的聯動關系,但波動遠低于石油市場。
    三、LNG動力燃料應用中存在的問題
    雖然LNG在使用中具有很多優勢,但作為新興船用動力燃料,其應用和推廣依然面臨很多問題有待解
決。
    1.船舶改造成本高.續航能力較弱
    LNG儲存罐體積雖小,卻系統復雜,布局困難,安裝圓筒形LNG儲罐也會損失部分運輸空間,加之嚴格的安全儲存槽和輸送設備間的安全距離要求,為船舶的設計和改建帶來了很大難度。另外要改變主機和燃料艙的設計布置,圓柱形壓力罐所需空間約為等量柴油罐所需空問的3-4倍,特殊的儲氣罐和艙室結構使LNG儲存的重量約為船用柴油的1.5倍,建造成本增加約8%一20%,維護成本也隨之增加。因此,在LNG動力船舶普及前,多數廠家出于謹慎和降低成本的考慮,均會選擇將改造后的船舶投入短途航線運營。這導致船舶續航能力較低,不能滿足遠洋長途運輸的要求。
  2.配套基礎設施嚴重不足
  推廣采用LNG作為船舶燃料的最大障礙在于配套的基礎設施嚴重缺乏。目前,全球船舶燃油供應系統已經建立起完善的補給供應網絡,而全球LNG接收站僅有73個,大多數在亞洲地區,尚未建立起完備且實用的供應基地和網絡。在我國,正如汽車加氣站的缺乏阻礙了燃氣汽車的發展一樣,推廣和發展LNG船舶必須加快相關配套基礎設施的投入和建設。然而, LNG配套基礎設施建設的初期投入很大,不僅需要行業內企業的積極響應,而且必須得到港口和相關部門的支持。
    3.我國LNG資源供應緊張且分布不均
    我國天然氣(包括LNG)發展較晚,分布不均,整體供應一直比較緊張,經常出現“氣荒”的局面,尤其是在冬季高峰期。國家出臺的《天然氣利用政策》明確指出,天然氣資源優先保障城市民用領域。這種政策導向將影響LNG在船用燃料領域的資源保障能力。
  4.船舶加氣難題未攻克.補給困難
  船舶加氣是世界性難題。目前,國外在這方面技術相對成熟的是芬蘭,該國采用“LNG儲配站”,儲存、配送、物流一體化聯動,實現了船對船直接加氣。我國國情與芬蘭差別很大。據船舶設計公司相關人士介紹,我國明令禁止在內河堤壩內建造儲氣站,因此芬蘭模式在我國不太可能“復制”。另一方面,我國長江等內河每年洪枯水位落差大,LNG須采用低溫管道運輸,這種硬管延展性和伸縮性差,在岸上建造加注站存在連接問題。
    就目前投入試運營的“武輪拖302號”而言,雖然在性能、環保等方面表現良好,但船舶加氣問題仍然沒有解決。據介紹,這艘船是以更換LNG罐的方式加氣,約半個月更換一次儲氣罐。這類似居民用戶更換煤氣罐,但這種更換過程更為復雜,操作過程繁瑣,而且風險也高,需要在碼頭上用吊車完成。由于拖輪的使用頻率不高,因此更換頻率也不高。如果把 LNG動力推廣到普通的運輸船舶上,這個更換周期將會大大縮短,儲氣罐更換帶來的麻煩也更多。
    作為LNG動力改造的“先鋒”之一一蘇宿貨1260號船也同樣面臨‘‘加氣難”的問題。據該船船主介紹,每當天然氣用完之后,他只能打電話讓燃氣公司用車把氣送到河邊加氣,非常麻煩。因此,不少對雙動力感興趣的船東,紛紛止步于加氣難。
    5.缺乏統一的標準規范,相關法規有待完
  一德國勞氏、挪威船級社和法國船級社(BV)等均已發布了天然氣用做船用燃料的臨時指南,適用于液化氣運輸船之外的所有船舶,內燃機動力裝置可以是單一燃料(即天然氣)或雙燃料(天然氣和燃油),天然氣可以氣態或液態貯存。中國船級社也出臺了3部關于雙燃料發動機及雙燃料系統裝船的指導性規范,但尚未成為完備的行業標準。綜合國內外情況,全球依然沒有統一的標準指南作為船用LNG燃料動力的依據。
    盡管LNG在推廣使用上面臨以上種種困難,但作為船用替代燃料,LNG在經濟、安全和環保等方面的巨大優勢不容低估。因此,克服技術困難、完善相關法規就成為未來LNG在我國發展的重要工作。
    四、對支持我國船用LNG市場發展的建議
    隨著國家對環保的要求不斷提高以及國內LNG供應逐步增加,我國船用LNG市場的發展前景值得期待,但未來需要重點做好以下工作。  
 1.提高改造技術,推廣LNG在商船上的使用
   對于一艘3000載重噸的船舶,如果要改裝成一艘以LNG為動力的船舶,主要涉及氣體燃料系統、管道系統、發動機改裝及相關控制系統等,所需投資不到30萬。DNV首席執行官麥恒力認為,LNG將成為未來商船的主要燃料,大部分船東尤其是北歐的船東,在2020年之前都會訂購采用LNG作為燃料的船舶。國內兩大石油公司都在推進天然氣發展戰略,我國各大船用燃油服務商從未來巨大的能源需求空間和趨勢中也發現了這個商機,部分公司已經或者即將開始相關試驗,預計在近兩年會進一步擴大試驗的范圍,并加快推廣的力度。
  2.逐步完善配套設施,促進LNG需求增加
    我國天然氣市場己進入快速發展階段,國家能源局已經啟動天然氣儲備庫建設,國家對LNG接收站的建設將會加大支持力度,未來天然氣管道將如同公路、鐵路網絡一樣,甚至更為密集。到2015年,我國將建成西二線、西三線、西四線、陜京三線、中衛一貴陽、中緬、中俄等17條天然氣管道,新建干線管道長度2.4萬千米,儲氣庫11座,屆時將基本形成“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸、就近外供”的供應格局。
    從LNG接收站實際建設情況來看,截至2011年底,除已建成投產的深圳、福建、上海、江蘇如東、遼寧大連5個項目外,已獲國家核準并在建設中的項目還有6個,即中國海油浙江寧波LNG、中國海油珠海金灣LNG、中國海油粵東揭陽LNG,中國石油河北 LNG,中國石化山東青島LNG和東莞九豐LNG項目。這些項目的陸續投產將極大提升我國LNG的進口規模。隨著相關配套設施的逐步完善,船用LNG的供應能力也將隨著需求持續增加。
    3.制定有關支持政策,助力LNG推廣應用
    新能源的發展需要政策的持續支持。在我國能源結構調整和能源多元化發展的大趨勢下,天然氣作為清潔能源的作用更加突出。國家“十二五”發展規劃綱要明確提出經濟轉型和節能減排目標,天然氣作為主要的清潔替代能源,預計將得到更多的政策扶持。 t。十二五,,期間,我國大部分電廠、工業用戶將完成“油改氣”,大部分城市居民都將用上天然氣,預計到2015年,我國天然氣消費總量將達到2600億立方米,較2010年增長一倍以上,在能源消費中的比例由目前的4%提高到8%以上。隨著貿易量的增長,船運市場將會蓬勃發展,而且為了實現經濟和環境的雙贏, LNG作為新興的船用燃料將會取得突破。
    4.攻克技術難關,解決加氣問題
    加氣問題是目前LNG船舶推廣中亟待解決的瓶頸。武漢交發船舶設計有限公司從我國國情出發,借鑒內河柴油加注躉船的例子,設計出一種適用于我國的LNG加注躉船。這種躉船是一種小型儲氣船只,可以直接通過管道為柴油-LNG雙燃料船加注LNG。
    與此同時,一些上游企業也開始布局水上加氣站。“十二五”期間,中國石油計劃在皖江流域建設水上加氣站5座;北京油陸集團公司準備成立江蘇船舶新能(燃氣)有限公司,并投資3億元在蘇北沿運河兩岸建20座加氣站;湖北西藍天然氣有限公司初步計劃3年內投資13億元在湖北興建20座LNG儲備站、30座加氣站以及6座水上加氣碼頭。
    這些加氣站與國家的新建的LNG接收站等基礎設施相互配合,將推動LNG雙燃料動力船全面發展。
  5.完善規范。與國際標準接軌
  由于我國航運業目前還沒有統一的能效指標,船舶能源績效缺乏公認度。因此,對于營運船舶降低能耗提高能效的管理還只停留在形式上。國際海事組織提出了船舶能效營運指數(EEOI)并頒布了MEPC.1/Circ.684通函。交通運輸部正在組織一批相關課題研究,以期建立國內航運業統一的能效統計、分析、對比和驗證平臺,通過制定一系列相關政策來保障綠色造船和航運業有序競爭、健康發展。中國船級社
(CCS)成立了專門工作組,率先開展了入級營運船舶能效認證與服務研究,推出了相應的產品和服務方案,為應對相關國際公約的強制實施、滿足相關各方對船舶能效的要求做好準備工作。中國船級社曾在2008年出臺了餼體燃料動力船檢驗指1勃,但舊版紂旨1勒僅適用于以液化石油氣和壓縮天然氣為燃料的船舶。新版付旨1勒將新增LNG與柴油混合燃燒的技術要求和檢驗標準,并有望成為柴油-LNG混合動力船舶的行業標準。這意味著LNG作為船用燃料將很快進入大規模推廣階段。
    綜上所述,隨著經濟全球化和海運貿易的發展,世界船用燃料市場規模將會持續擴大。由于船用燃油已經成為海洋污染、大氣變化的重要成因之一,其未來發展必將受到更多限制,而LNG作為新興船用燃料,憑借低碳、環保、經濟等優勢,將會隨著我國國家政策和資金的扶持以及相關配套措施的逐步到位,逐步呈現廣闊的市場前景。
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