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LNG动力船舶

发布日期:2015-07-10 浏览次数:1387
核心提示:定义: 以LNG作为船舶主要动力燃料的船舶。概述Bit Viking号成品油船 自2011年11月24日全球首艘以LNG为燃料的2.5万载重吨BitVik
     LNG动力船
 定义: 以LNG作为船舶主要动力燃料的船舶。

概述

“Bit Viking”号成品油船 自2011年11月24日全球首艘以LNG为燃料的2.5万载重吨“Bit Viking”号成品油船正式投入运营以来,LNG动力技术在海事界的研发和应用势如破竹,尤其是进入2012年后,挪威船级社、德国劳氏船级社、美国船级社、法国船级社均对外宣称已经开始LNG动力船的认证工作。为了尽早布局LNG动力船市场,中国船级社也积极参与到该类船舶的船型开发及认证工作中,并制定了相关的技术规范,对当前“大红大紫”的LNG动力船给予了多的关注。

事实上,多型LNG动力船已经从图纸上的“概念”走入现实。此次参加技术交流会的各家船级社,大部分都拥有自己的LNG动力船代表作品,其中,挪威船级社在这项新兴技术的推广方面具发言权。据该船级社专家米歇尔(Michael Aasrand)介绍,早在2001年,他们就率制定了LNG动力船相关规范,全球首艘改装的LNG动力船––5000TEU集装箱船“Maersk Drury”号也是由其与马士基航运公司、曼柴油机与透平公司、TGE船用燃气公司合作研发的,这艘船将在今年年内完工,而且,航运公司现役的绝大部分LNG动力船(不包括使用LNG燃料的LNG运输船)均入级挪威船级社。此外,日本川崎重工研发的以LNG为燃料的9000TEU集装箱船和船上的供气系统及LNG储罐设计已获得了该船级社的基本认证。

美国Harvey Gulf International Marine公司订造的2艘LNG动力海洋工程船(OSV)将是入级美国船级社的首批应用双燃料、按照美国船级社“气体燃料动力船舶推进和辅助系统指南”建造的船舶。“我们还对大量现有的配备双燃料推进系统的LNG运输船进行了研究。”美国船级社地区副总裁布雷德(Brad Achorn)表示。

德国劳氏船级社液化气船入级服务东亚审图部专家马切(Matthias Malinowski)介绍,该船级社在2010年就与韩国大宇造船海洋合作,提出以LNG为燃料的1.4万TEU大型集装箱船的技术方案,之后,又与日本IHIMU签署了合作协议,在IHIMU推出的eFuture 1.3万TEU集装箱船方案基础上,开展LNG动力1.3万TEU集装箱船概念研发。

虽然目前LNG燃料在大型船舶上的应用还面临很多困难,但随着新排放标准的启用以及排放控制区(ECA)范围的扩大,仍有许多船级社积极投身这方面的研究。挪威船级社于2010年12月推出“Triarity”号环保超大型油船(VLCC)的设计构想;其与日本大岛造船共同开发的未来船型概念设计项目––新敞口式散货船“ECO-Ship2020”阶段研究工作已经顺利完成。

发展趋势:
       法国船级社曾指出“天然气动力推进系统将成为今后绿色航运的主要贡献因素之一。采用天然气为船舶动力具有减少污染排放等诸多的优势。天然气供应充足丰富,与低硫含量燃料相比还具有价格优势。

而自2010年起,所有停靠欧盟港口的船舶,其燃油含硫量不得超过0.1%的高限制。目前中国大部分船舶如果要在欧盟港口停泊,一般采用两种方式:一是提前关闭引擎靠岸;二是在附近港口换加低硫燃油。

船东和船厂都必须找到减少排放的方式。在各种类型的船舶上安装气体燃料发动机的技术方案已经开始尝试,并显示了与液体燃料良好的可选择性。全球航运界到2030年有潜力实现减排30%,这其中有效的措施就是使用LN G作为燃料。

在武汉试航的混合燃料船舶中,液化天然气是主要动力能源,与柴油配比为7∶3,罐体固定在船舶甲板上,封闭运行,所有控制点都有传感器,能自动或手动切断起源,安全性较高。测算显示,运用液化天然气后船舶能节约燃料成本近25%。用于船舶燃料的LNG可完全替代燃油,为船舶提供动力,不仅可以实现零排放,减排力度很大,还会大大减少水质的污染,保护水资源。

LNG属低温液体,即使发生泄漏事故时也会很快自然气化,其密度比空气轻,在发生泄漏后会自动向上溢开,不会对水体产生污染;加入特殊嗅剂后,天然气泄漏可及时被发现;天然气的燃点比汽柴油高,瞬间着火比油慢,易扩散,不易达到爆炸极限。从使用安全性上来讲,天然气也比燃油好很多。

优缺点:
       作为清洁型能源,LNG的应用可以降低氮氧化物和二氧化碳的排放,而且LNG不含有硫和残留物,也杜绝了硫化物和微小颗拉等其他有害物的排放。

从经济性上而言,经测算,1立方米LN G气体近似于1到1.1公升(汽、柴)油。目前柴油均价6元/公升,天然气按照4.5元/立方米计算,如果按照70%的替代率来算,一年大约节省19.23万元。而改装成本船用LN G装置约5万元/套,船用储罐及汽化器约为13万元/套,共计18万元/套,12个月就能收回改装成本。

但是这种环保的新材料,目前在推广时却存在一定的阻碍。从上年年中至今,已经有不少内河船舶厂商与政府合作,表示开始内河船舶的“油改气”工程,但是就目前来看,仍存在“雷声大雨点小”的状况。改建现有船队和LN G储存基础设施缺乏是目前面临的主要问题。

首是由于LNG燃料船的续航能力还较弱。目前,以LNG为燃料的船舶高续航能力较低,达不到远洋长途运输要求。船舶的燃油舱体积虽大,但可以在船上见缝插针随机安放;而L N G储存罐体积虽小,却系统复杂,布局难,安装圆筒形LN G储罐也会损失部分运输的空间,这为船舶的设计和改建带来了很大的难度。

第二是由于大部分港口LNG补给设施不配套。尽管LN G补给并不困难,但是港口方面却没有建立起完备且实用的配套体系。

加注方式:
       岸基加注(在岸上用LNG槽车加注);

加注趸船;

加注船加注;

移动LNG储罐换;

LNG动力进入箱船领域

LNG动力船

据FairplaySolutions报道,LNG作为一种环保的替代燃料,可减少对船用重油的依赖。相比重油,LNG燃料可显著减少CO2、NOX和SOX排放。现阶段市场上订购的LNG动力船舶越来越多,但直到2012年底,美国TOTE公司才首次订购采用LNG动力的集装箱船,该两艘3100TEU LNG燃料集装箱船将用于波多黎各航线,另外还有三艘选择权订单用于美国国内航线。TOTE公司称该船将比现有波多黎各航线的集装箱船减少71%的CO2排放,99%颗粒物、91%NOX和98%SOX的排放,该集装箱船将成为大的采用LNG作为主燃料的船舶。

TOTE公司LNG动力集装箱船LNG液舱的位置 TOTE订购的这两艘箱船均由MAN柴油机和透平公司生产的8L70ME-GI型双燃料二冲程主机驱动,超过了美国环保局的要求。该船将由通用动力NASSCO船厂建造,首艘将于2015年交付,第二艘将于2016年交付。

LNG动力船

另外,近期航运巨头CMA CGM也在考虑订购采用LNG动力的集装箱船。CMA CGM公司声称已完成了一系列的推进概念研究,并对电力推进、风力,甚至核能推进都进行过考虑,终确定LNG是目前满足经济性和环保性的有希望、成熟的技术。该公司联合法国BV船级社、大宇造船海洋以及MAN主机公司进行LNG驱动的大型集装箱船的设计,目前设计方案已经得到BV的审核通过。该概念大的优势之一在于其灵活性,既可以LNG为燃料,也可以常规燃油为燃料,运营者可以选择经济的模式进行操作,同时也兼具环保性,满足排放规定。根据测算,该船可减少23%的CO2、92%的SOX,以及根据航速的不同,可减少10%~20%的NOX。CMA CGM计划首艘LNG动力集装箱船在2015~2016年面世。

川崎LNG动力集装箱船LNG液舱的位置 还有一型以LNG为燃料的9000TEU集装箱船设计方案于2012年由川崎重工开发,并已取得DNV原则认可。该船采用了新型LNG液货舱,可以提供大的空间装载集装箱货物。在该设计中,LNG被储存在棱柱形的低压绝缘舱中,满足B型舱的要求。这是该种类型的液货舱首次运用在大型船舶上。与C型舱(圆柱形压力舱)不同的是,由于其棱柱形的外形(矩形),该型舱能好地利用空间。此外,川崎重工还有其他创新,如川崎面板系统,用于热绝缘,可减少LNG蒸发率。B型液舱持续产生LNG蒸发汽,这些蒸发汽必须用于推进或辅机。当船舶在港时,冷藏箱将消耗蒸发汽,不会向空气中排放LNG,也不需要使用岸电。DNV已经对该船的气体供应系统和LNG燃料舱授予原则认可,川崎重工目前正计划与DNV一起对该船进行安全评估。

新船采用双岛式设计,能尽可能多地装载货物,二冲程双燃料主机采用电控,提高燃烧效率,主机还可以配备废气循环系统,能满足IMO对北美和欧洲排放控制区航行的第三层级要求。另外船型经过优化,具有很好的安全性和航行效率。为了将货物空间的损失减至小,川崎概念船中的LNG燃料舱和柴油舱位于船前部上层建筑下方。出于安全上的原因,工业界对LNG液舱位于居住区下方有不同的看法,目前IMO散货液体和气体分委会关于LNG燃料船舶的设计标准正在进行研究。

除了DNV,其他船级社也对LNG燃料集装箱船进行过深入的研究,2009年GL发表了针对LNG驱动冷藏支线集装箱船的研究报告,并论证了这样一艘船舶在排放控制区运营的技术可行性和经济潜力。2011年,GL和MAN联合进行深度研究,对集装箱船采用LNG燃料的成本和优点进行了评估,终的结论是采用LNG作为燃料可减少排放,同时根据在排放控制区航行的时间长短,LNG和HFO间的价差以及在LNG液舱系统上的投资成本等各个因素,在适当的情况下可减少燃料成本。

近,GL还审核了来自IPP公司的一型3000~4200TEU采用LNG燃料的集装箱船设计,并且该设计即将投放市场。通过与IPP的紧密合作,IPP的合作伙伴Technolog公司也提出一型无舱盖全集装箱船设计“STREAM 4200 LNG”,该船宽32.25米,吃水10.5~12米,可以在范围内使用,包括德国的科尔运河、波罗的海和北海。

安全性
       关于LNG动力船设计和推广的大技术难点就是安全性。LNG比燃油具经济性,其因排放少也为绿色环保,然而,作为燃料的LNG若在操作过程中没有达到规范要求,便会存在一定的危险性,因此,如何增强其安全性以及气体动力船技术尚未成熟,成为建造该类船舶的两大门槛。

中国船级社对LNG燃料一直密切关注,在我国内河航运推广应用LNG燃料的过程中,该船级社不仅参与了相关的“油改气”工作,还制定相关技术要求,相继出台了《双燃料发动机系统及设计安装指南(2007)》、《气体燃料动力船检验指南(2008/2011)》、《双燃料动力船检验验船师须知(2011)》。其中,《气体燃料动力船检验指南》(2011) 对天然气的适用范围和相关材料、气体管路设计、系统布置、气体燃料储存、气体燃料分配和充装、通风、消防、电气设备以及控制、监测和安全系统、操作与培训要求等都作了规定。

国家将启动LNG动力船舶应用安全研究工作:
     LNG燃料动力船舶可提高清洁能源在交通行业能源消费中的比例,减少船舶温室气体排放及对水体的污染,目前我国已有多艘船舶正在进行LNG作为动力燃料的改建,为推动该项技术的应用,规范我国LNG燃料动力船舶改造,确保LNG燃料动力船舶营运安全,2012年7月,国家海事局、国家能源局在武汉召开LNG燃料动力船舶应用安全研究项目领导小组会暨安全研究项目启动仪式筹备会,将于近期启动相关研究项目,我省作为领导小组成员参加会议。我省是水运大省,拥有内河航道2.5万公里,占全国五分之一,长江航道贯穿我省境内,目前营运船舶以柴油为主要动力,能耗和污染排放都相对较高,发展LNG燃料动力船舶对我省节能减排意义重大。

 
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