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长江内陆LNG动力船使用动机分析
摘要：在燃烧过程中几乎不污染水体和大气环境的燃料被认为是清洁燃料。液化石油气（LPG）,压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）是三种广泛用于航运的代表性的清洁燃料。从生态和经济两个角度来看,LNG被船东和中国政府视为航运业的最佳燃料。本文对LNG动力船的广泛应用进行了三方面的分析,包括全球能源结构,经济需求以及国际公约的制定。同时,总结了国内关于如何加速在中国长江内陆水域广泛使用LNG动力船的政策的作用。 最后讨论近年来在各种因素的冲击下仍在中国内陆水域使用液化天然气动力船的原因。
关键词：LNG动力船,长江,环保。
1.介绍
为响应国务院决定依托长江黄金水道建设长江经济带的部署,长江水道建设处于稳定发展阶段。长江作为内陆第一条黄金水道，货运量位居世界第一位，承担了经中国内陆水域的货物运输周转。2013年,经长江内陆水域的货运量为18.55亿吨,货物周转量达到7044亿吨/公里,分别占全国水路货运量的55%和49%[1]。由于货物周转量的增加,船舶造成的油污水和空气污染物也不可避免地增加,由于船舶集中在长江港口,油污水和空气污染物排放总量也极大。因此,清洁能源在减少对水体和空气的污染这一过程中非常重要。
2.材料与方法
2.1 全球能源结构的变化
由于过度开采，石油正面临着增长不足的挑战。根据英国石油公司世界能源统计资料[2]，已探明的全球石油储量高达1687.9亿桶，以目前的开采速度仅足以满足53.3年的全球产量。近期，页岩气、致密油、超深水下石油和可再生能源的出现改变了全球能源结构，因此，燃料能源不再局限于石油，气体燃料（天然气）、可再生能源和非常规化石燃料占能源消耗的比例较大，因此大大减少了船舶对石油的依赖。
2013年，全球已探明的天然气储量为185.7万立方米（tcm），根据目前的开采速度，足以满足55.1年的全球产量。在中东、中南部和南美洲地区，已确定自然储量的最大和最小值分别占全球总储量的43.2%和4.1%[3]。亚太地区天然气储量为15.2 tcm，仅占全球总储量的8.2%，而且储量与产量的比例（R / P）较低，因此，该地区仍需进口大量的天然气用于日常生活和生产。 2013年亚太地区液化天然气进口量达到238.1亿立方米（bcm），占全球液化天然气进口量的70％，是全球最大的液化天然气进口地区，其中中国、日本和韩国的液化天然气进口量分别为24.5bcm，119bcm和54.2bcm。英国石油公司预测2035年预测，到2035年，中国将紧随日本成为第二大LNG进口国（13Bcf / d），进口量将达到12Bcf / d [2]。
天然气的开采改变了全球能源结构，并成为国内外LNG动力船舶快速发展的原因，而亚太地区依然依赖进口大量液化天然气来满足能源需求。航运业作为能源消费的主要产业之一，推动了液化天然气（LNG）的发展，液化天然气是航运发展的必然要求。
2.2航运经济的内在要求
2.2.1 液化天然气燃料的环境保护性能——通过LNG燃料减少空气污染
为降低运输成本，通常选择价格相对较低的重质燃料油作为船东的船舶燃料。这种重质燃料油含有大量的沥青、碳、硫和金属化合物，燃烧时不可避免地会产生多种大气污染物。据统计，船舶每年排放的二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物分别占全球总排放量的6%、20%和30%[4]。船舶污染物严重影响港口及其沿岸的空气质量，这是一个不容忽视的问题。为减少船舶沿河流向海洋和大气排放的污染物，作为船舶动力燃料的清洁能源一定要出现。天然气以乙烷为主要成分，在充分燃烧的情况下仅产生少量二氧化碳和氮氧化物及很少的硫氧化物，因此它在航运业中广为人知并普及起来，替代船舶燃料。
2.2.2通过LNG燃料减少油污染
随着航运条件的改善和长江航道船舶吨位的增加，机械设备的动力也相应增加，尤其是大功率柴油机在船舶上的应用，导致船舶舱底水中含油量增加。如果舱底水经过不当处理并排出船外，水体将受到严重污染。此外，水体自净能力较弱的长江经济带有较多敏感资源，敏感区域包括云南省最上游的滇池、洱海、泸沽湖等湖库；最下游的太湖、杭嘉湖以及南北大运河等地区。因此，最优的方法是推广LNG船舶，在完全消除船舶油污染和大气污染的情况下，采用水润滑技术代替传统润滑船。
2.3 LNG燃料的经济效益
从经济效率来看，目前市场上的液化天然气价格高达柴油的3/4，每立方米天然气的价格大约等于一升柴油的价格，如果按照LNG-柴油比例为7：3燃烧，使用LNG后的船舶成本降低约25%[5]。根据“关于LNG在中国内河航道应用的讨论”[6]的分析， 每年从武汉航行到上海的三千吨货船，使用包括液化天然气和柴油的双燃料后，每年可节省燃油费用达44.5万元，除了建设费用50万元外，该船还可在一年内收回成本。 因此，与柴油动力船相比，液化天然气动力船舶经济实惠。
2.4 LNG燃料的供气保证
由于世界各地天然气分布不均衡，各地区需要依靠天然气进出口保持需求平衡，因此推动了全球LNG接收站的建立。相关统计数据显示，截至2013年底，国内液化天然气加气站数量已增至2000多家，预计2020年至2020年国内液化天然气加气站数量将增加到10000以上。在液化天然气供应的保证方面，天然气供应设施分布广泛以满足区域对液化天然气的需求。全面考虑天然气的环保、经济效益、天然气供应保障等原因，液化天然气船的使用可以有效提高船舶的经济效益。因此，LNG船的普及可以极大地满足航运经济的内在要求。
2.5 国际海事组织公约的推动
2.5.1 MARP0L补充规定六的促进
国际海事组织（IMO）于2011年7月通过了MARP0L补充规定六，提高了船舶氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）的排放标准[6]。该公约要求对那些进入波罗海、北海以及建立排放控制区（ECA）的北美和加勒比海沿岸水域的船舶，到2020年船舶燃料硫含量必须不超过0.5%燃料，到2015年硫含量必须少于0.1%[7]。
对于NOx的排放标准，第66届海洋环境保护委员会（MEPC）明确指出，自2016年1月1日起，所有进入北美洲和加勒比海的ECA船舶将实施氮氧化物TierlII标准。对于未来指定的新排放控制区（NECA），委员会规定：在指定新ECA的当天或之后建造的船舶，或晚于ECA修正案或更高版本（选择较晚日期）中规定的日期建造的船舶应符合TierlII标准。
2.5.2 国际燃气船舶安全规则的推广
为减少燃气船舶向环境排放的SOx、NOx、CO2和悬浮颗粒物（PM2.5等）的污染，IMO召开了“货物与集装箱运输委员会”（CCC）第一次会议， 2014年9月8日至2014年9月12日在伦敦举行的国际气体燃料船安全规则（IGF规则，以下简称“规则”）通过第95次海事安全委员会审查并最终确定国际海事组织安全委员会（IMO MSC95），并将于2017年1月1日生效[8]。该规则旨在为用于燃气轮船的机械和设备的系统安排、安装和测试制定强制性规定（包括监测规定），以便为这种船的设计、建造和使用奠基。在MARPOL补充条款六中提高船舶NOx和SOx的排放标准以及制定IGF规则[8]导致普通燃料船在航运业中的应用陷入了困境，因此加速了以LNG为动力燃料的船舶的转型速度。
2.6 国家政策的推动
2.6.1 关于在内陆水域使用液化天然气动力船的最新规定
为促进LNG燃料船在内陆水域的安全使用，中国海事局于2014年12月才颁布了关于LNG动力船的三项规定：
- 内河LNG燃料船安全监督管理规定[9]旨在监督和管理内河LNG动力船在中华人民共和国内河水域通航的航行、停泊、运营和参与交通安全活动。
（2）“关于推广应用液化天然气作为船用燃料的有关事项的通知”[10]提出LNG燃料应用于内河船舶的检验证书和试验要求，明确规定船舶的设计和改造要求和船舶安全管理；
（3）水液化天然气加气站安全监督管理暂行规定[11]提出加气站设置和选址要求，倡导燃料船安全和污染防治管理，规定了加气站的应急处理程序。
2.6.2 关于在长江流域使用LNG动力船的最新规定
世界页岩气的快速增长和利用对中国影响很大，这促使内河水域、湖沙水库燃料船的推广应用。2014年，国务院发布“国务院关于促进长江经济带发展的指导意见”，把长江建成中国的黄金水道。该指南旨在打造长江沿线绿色能源产业带，构建国家级页岩气综合开发示范区，推动沿海液化天然气接收站建设，严格控制和治理长江水污染。
2014年11月18日，交通部公布了首批LNG应用于水运业试点示范项目名单，长江流域试点项目包括：
（1）长江干流沿线中国外运长航集团骨干船舶LNG综合试点项目：拟建设两条适用于长江干线内河水域的LNG动力船舶，在湖北省黄冈市配套试点建设LNG加气站和LNG装卸站，在湖北省宜昌试点场地建设陆上水陆LNG加气站；
（2）中石化沿长江干线“油气联合”浮箱式LNG加气站建设试点：拟建设两座“油气联合”浮箱式LNG加气站；
（3）长江中下游ENN能源控股有限公司陆上LNG加气站和LNG中转站试点项目：拟在长江干流沿线建设陆上LNG加气站，研究并推进提高长江干线沿线船舶液化天然气加气站服务标准。
3．结果与讨论
GL挪威船级社的数据显示，2020年全球LNG动力船舶将达到近1800艘。未来三年将有37艘LNG动力船舶投入运营，2艘LNG动力船舶的改造将在三年内完成 。根据劳氏船级社的预测，到2030年LNG燃料最多将达到市场份额的11%[12]。
由于航行在中国474个内陆水域的复杂的船舶且船舶设备陈旧，与以新建船为主的欧美国家不同，中国主要关注在LNG动力船的普及方面的燃料动力系统改造，即在不改变原有柴油机结构的情况下增加易燃液化天然气混合燃烧系统，形成柴油-液化天然气混合系统。与单燃料动力系统相比，双燃料动力系统的节能减排主要表现为减少噪声污染、减少粉尘和废水含油污水排放，减少硫氧化物排放量达80%-90%，二氧化碳排放量减少15%〜20%[13]。 2015年4月，前两艘LNG双燃料动力船“山东枣庄货船2662”和“山东枣庄货船3666”成功在枣庄市试航，实现了在山东省内河航运清洁能源船的零突破。
考虑到双燃料动力船的安全隐患，2015年纯LNG动力船在中国内河投入运行，真正实现了100%的燃油替代率。2015年3月5日，名为“绿色能源6002”的中国首个纯LNG动力船舶试航成功，采用纯LNG燃料发动机作为主推进主机，二氧化碳排放量减少25%，氮氧化物排放量减少90%，硫氧化物、PM2.5、含油污水和生活污水零排放，因此被认为是一艘真正的清洁船[14]。今年3月以来，前三艘纯LNG动力船已在江苏盐城建造。一旦被投入投入运营，燃料成本最多可减少30%，LNG燃烧可将氮氧化物排放降低39%，二氧化碳排放降至90%。上海绿色水运有限公司（以下简称“绿色水运”）自3月28日起，开始建设首批200艘LNG动力船舶，以实现大规模更新内河水运工具。
表3中国、亚太地区和全球的天然气分配情况
|
天然气 |
探明储量 |
产量 |
消耗量 |
R/P比 |
|
中国 |
3.3 |
117.1 |
161.6 |
28 |
|
亚太地区 |
15.2 |
489 |
639.2 |
31.1 |
|
全世界 |
185.7 |
3369.9 |
3347.6 |
55.1 |
4．Conclusions
总之，得出以下四个结论，针对LNG动力船在长江内河的广泛普及和使用的原因分析：
（1）天然气的开发利用改变了全球能源结构，降低了船舶燃料对石油的依赖性，成为国内外LNG动力船快速发展的原因之一；
（2）与普通燃料相比，液化天然气作为船舶驱动燃料，减少了使用过程中对环境的负担。液化天然气较高的性价比符合船东的利益，天然气供应设施的广泛分布和大型液化天然气接收站的建立满足航运经济的内在要求，为中国内河LNG动力船的快速发展奠定了坚实的基础；
（3）近年来随着排放控制领域的增加，MARPOL公约规定了更严格的船舶氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）排放规则，并制定了液化天然气动力船相关安全规则（IGF规则），加速了向LNG驱动燃料的转变；
（4）按照IGF燃气轮船安全使用规则，中国制定了LNG船舶安全监督管理相关政策，为中国内河和长江的航运船舶安全使用提供法律依据。
参考文献
[1]Ministry of Transport of the Peoplersquo;s Republic of China.2014.The 2013 Report on Chinarsquo;s Shipping Development.China：Communications Press Co.Ltd..
[2]Bob Dubley.20l3.”BP St
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