首页  ››  {{content.fullColumn}}  ››  正文

船舶燃料变革 谁将脱颖而出?

2019-05-27 09:45:44 来源:中国水运报


集装箱船。

破冰船。

航行中的船舶。

环保集装箱船。

本版图片来源于本报资料室

近日,IMO海上环境保护委员会第74届会议(MEPC 74)在伦敦召开,与会代表围绕温室气体减排初步战略的实施等热点议题进行了讨论。其中船舶的替代能源、低碳和零碳燃料成为会议讨论的重点之一。

近年来,狗万官网业对减少污染和温室气体排放的重视达到了前所未有的高度。但经过多年发展,纯电动运输船舶的技术瓶颈日益凸显,续航和充电速度成为制约其下一步发展的最大障碍;LNG运输船利润率少,加注站设施匮乏成为其发展中的阻碍因素。各方在努力突破瓶颈困境的同时,也在试图寻找其他替代能源。这时,新型甲醇燃料、氢能燃料逐渐进入人们视野。

LNG燃料船 发展难题有几许?

目前,各国狗万官网业纷纷探寻替代能源,LNG作为清洁低碳能源,显然可以在能源替代方面赢得先机。

“LNG动力船舶整体外观和机舱环境都更加清洁,发动机噪音也明显降低,90%以上船东对此都很满意。”江苏省交通运输综合行政执法监督局水上执法局副局长杨海兵表示。

此外,研究表明,天然气拥有非常显著的经济替代性,以目前的柴油和LNG天然气价格,一艘800千瓦的船舶按每年运行4000小时计算,每年可节省燃料成本100万元以上,直接经济效益明显。气体发动机比柴油机硫氧化物和颗粒排放降低约70%,氮氧化物约35%-40%,二氧化碳约20%-28%,完全顺应了国家节能减排、改善能源消费结构的政策。

但国内LNG燃料动力应用始于2009年,发展起步较晚,虽然在国家一系列强有力政策的扶持下得到了发展,但在推广应用中也遇到了诸多障碍,严重制约了LNG燃料动力船舶的规模发展。

据交通运输部水运科学研究院船舶运输技术研究中心主任纪永波介绍,无论是改造还是新建LNG动力船,初始投资成本都比同类型的柴油动力船高出约30%。“一艘2000吨位的LNG动力船需多投入120万元左右,通过油气价差需要10-15年才能收回成本,且目前油气价差有缩小趋势。”

虽然财政部2015年出台的《船舶报废拆解和船型标准化补助资金管理办法》对降低改造成本有一定促进作用,但多数船东需依赖于企业垫资,且补贴已于去年年底结束,目前暂无新的补贴政策。

另外,LNG船的配套基础设施还相对滞后。“船东往往需要预估航行里程,以确保能在燃料消耗完之前抵达加注站点,像武汉因为没有加注站,船东只能去南京加注。”杨海兵说,“这大大降低了船东使用LNG动力船的意愿。”由此可见,加注站数量不足和分布不合理已经严重影响LNG燃料动力船舶发展。

因此,除LNG燃料船外,业界还在不断地探索着其他的新能源燃料船。

尽管面临诸多问题,但大多专家均表示看好LNG动力船舶的发展前景。“我认为把LNG动力船作为推动内河狗万官网绿色化发展的重要手段是正确的。”纪永波说,“但这需要政府主管部门以及整个产业链上下游企业形成合力,创新合作模式,共同打造多方共赢的格局。”纪永波建议,政府层面需要进一步加大推动力度,同时完善管理。企业则要创新商业模式,一起实现船、站同步推动。

纯电动运输船 登上清洁能源应用“舞台”

LNG燃料船在“备受瞩目”的发展中,纯电动运输船也登上了船舶清洁能源应用的“舞台”,但电能源作为船舶运输的动力有哪些亮点?在发展过程中又会出现哪些瓶颈?

以京杭运河首条千吨级纯电动运输船为例,该运输船是800至1100吨的京杭运河标准货船,航程100公里以内,船舶充电时间需求与货物装卸时间一致,都是2小时左右,航线很适合作为以电代油的货运船示范点。

国内有关专业评价显示,在目前狗万官网市场条件下,纯电动船投入运营相比于传统燃油船在建船初期一次性投资高,电池成本高是影响电动船舶经济性的主要因素。但后期运营过程中则能源成本低,在维护保养费用方面也具有一定优势,按目前柴油6.5元/升,电价0.7元/度计算,纯电动船舶与燃油船舶比较,要节省一半的能源成本;水域大气污染、水污染防治效果明显。

但不可否认的是,纯电动运输船仍然需要更多探索。如在动力电池选择上,行业内并未形成共识。在船舶吨级不断提高、续航里程不断提升等情况下,传统的铅蓄电池将难以支撑行业的进一步发展。

在2018年年底的新能源纯电船设计建造解决方案研讨会上,专家纷纷表示,将电动技术引入水运领域,并不是简单地将车用电池装在船上即可。因为电动船所需的能源系统、动力系统、推进系统与传统的内燃机推动大相径庭,船舶建造与运营也有其专门的行业规范。

专家指出,加快电动船的推广速度和拓展应用范围还存在三方面瓶颈。一是安全性,包括船舶安全性、配套设施安全性以及加注过程的安全性;二是实用性,现有锂电池技术的能量密度相对于船舶的要求来说还显得不足,续航力在80公里左右,放电倍率小,只能应用于航程短的小型船舶,低温等极端环境下的应用问题也还没有得到有效的解决;三是经济性,电动船的建造成本、电池的维护成本,以及为保证后续营运可能需要投入的人力培训成本等,都是船东考虑的重要因素。此外,与之配套的法律法规和行业标准等,也存在很多需要填补的空白。

新型甲醇燃料船 有望得到广泛使用

在突破LNG燃料船和纯电动动力船的发展瓶颈中,为让业界有更多的选择,更便利的方式和更低廉的费用以及更环保的能源,船舶燃料又开启了新的尝试。

现有分析认为,新型甲醇燃料船可以使狗万官网业实现可持续运营,同时减少碳排放并最大限度地降低海洋环境风险。对此,由德国政府资助MethaShip项目开始评估甲醇作为船舶燃料的适用性和可持续性。

由于甲醇可在常规环境温度和压力下储存,因此其储罐可由采用传统涂层的低碳钢来制造。这意味着,甲醇可被储存在船壳、双层底内部,相对柴油燃油更具优势。

其优势之一是安全。与LNG不同,甲醇不会随着温度的升高而沸腾,而只是缓慢蒸发,且蒸发后在气相中的浓度也仅会略微增加。在30℃的温度条件下,其最大气体浓度不会超过22%。即便储罐中的甲醇发生气化泄露,但由于其闪点较低,因此会与氮气这样的惰性气体混合,而不会导致火灾。

相对液体燃料,气体燃料还有一大优势:一旦运输管道破裂,气体会迅速充斥周围空间,而液体燃料的泄漏量相对较小,这意味着气体燃料泄露后可被通风系统等迅速检测到,从而使船员立即采取应对措施。举例来说,空气中的甲醇浓度即便仅为2ppm(百万分比浓度)也可被立即检测到,而其浓度高达55000时才会发生爆炸。

该项目研究成果还表明,甲醇燃料系统可安全地放置在可通风的空间而无需额外加装气闸,从而简化了船体布局,且缩小了危险区域的面积。

MethaShip项目得出了一个结论:仅就物理特性而言,甲醇优于任何非天然液体燃料。一方面,甲醇相对其他燃料拥有更多的应用便利性及环保优势;另一方面,尽管每种燃料都尤其危害,但均可通过危害及其防范说明、提供安全处理建议等措施来安全使用,因此甲醇并不比其他燃料更危险。

此外,由于甲醇的热释放速率(HRR)较低,因此在发生火灾时,其燃烧速度比汽油或柴油慢75%。

优势之二是环保。在泄露风险及其对环境的潜在影响方面,甲醇也表现良好。与燃油相比,甲醇对海洋生物的毒性低得多,在泄露事故中的影响几乎可以忽略不计,且影响只是暂时及可逆的。

例如,各种燃料的鱼类半致死浓度(LC50,指在毒性试验中,导致半数生物死亡的毒物浓度)分别是:柴油为每升水65毫克,重油为70毫克,而甲醇为15400毫克。传统化石燃料对藻类而言更为致命,柴油的藻类半数效应浓度(能引起半数生物某种效应变化的浓度,通常指非死亡效应)为每升水78毫克,重油为1毫克,而甲醇为22000毫克。

由于甲醇能够与水迅速混合并稀释至远低于临界值,且能被细菌和水生生物完全生物降解,因此甲醇泄露事故几乎不会对环境产生影响,且清理成本为零。

与LNG相比,甲醇在燃料供应基础设施方面的投资要低得多,因其已能够在主要港口使用,且同样可实现海上加注。总体而言,现有的陆上和海上基础设施可以很容易地用于甲醇加注。此外,在欧洲,现有的甲醇内河运输船队也基本能够满足这方面的需求。

甲醇简单的非低温储罐和输送系统技术让其在清洁燃料中颇具优势,而目前已投入使用的甲醇燃料船也证明,未来甲醇燃料有望得到更广泛的使用。

氢燃料动力船

需有完备危防措施

除了新型甲醇燃料,关于氢燃料动力船舶的研究也从未停止。

近期,斯坦福大学的一项研究为船舶燃料开辟了“新天地”。科学家成功通过太阳能、电极和海水制造出了氢燃料,这一重大突破对于狗万官网业去碳化具有深远的影响,也使氢能源在船舶领域的应用迈出了新的一步。该研究成果意味着未来海水或许可以直接充当船舶燃料,这对狗万官网业来说将是一个“革命性的跨越”。

但值得注意的是,目前业界主要采用高压气瓶对氢气进行储存运输,该运输方式技术成熟,但储氢密度小、运输效率低。相比于高压储氢,液氢储氢密度高达71g/L,是氢能源储存中纯度最高、单位体积和质量下能量密度最大的储氢形式,也是未来氢能大规模运输所采用的主要方式。但是液氢运输方式增加了氢气液化深冷过程,对设备、工艺、能源的要求更高。

据中国船级社武汉规范所工业技术部(研发部)主任范洪军介绍,液氢具有易泄漏、氢脆、易燃、易爆、超低温等危险。

例如,氢气的粘性低,渗透性较高,这导致氢气不仅容易从焊缝、法兰、密封垫圈等处发生泄漏,因泄漏不易被发现,所以控制较为困难。而储罐、管道、设备等尽可能采用全焊透型焊接,并做气体泄漏检验;采用双层管等手段围护泄漏;优化可燃气体探头的布置等措施可减少氢气泄漏的可能性。

另外,由于氢的高渗透性导致氢易于溶于金属合金中,氢在金属合金中聚合为氢分子,造成应力集中,超过金属的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,进而导致裂纹扩展及垮塌。一般高强度的钢、钛合金、铝合金易于产生氢脆。氢脆现象与金属合金中的碳含量相关。纯的非合金铝具有较高的抗氢致脆断能力,316等级的不锈钢、铜镍合金等可用于氢能源储存和运输领域,铜可用于低压设备。

氢气的可燃极限范围、爆轰极限范围很宽泛,而且最小点燃能量非常低,这导致氢气极易燃烧,微小的静电火花液容易着火。因此储存和使用氢气的场所不仅要严禁烟火,还必须采取严格的防静电措施。例如选用防爆型电气设备,设备接地,排除热表面等。

氢气燃烧的火焰不仅温度较高,而且在白天的可见度较低,难于通过感光探测。氢气的燃烧速度较高,火焰的传播速度较快,是天然气火焰传播速度的8倍,这导致火焰比较难于扑灭,而且在封闭空间内引发爆炸的可能性很大。所以,在人员防护方面,为了避免氢气火灾的火焰影响和UV(紫外线)辐射,配备消防员装备和防护设备;在灭火方面,在发生氢气火灾情况下,采用化学干粉灭火系统和二氧化碳灭火系统。对于氢气火灾,应考虑提高二氧化碳的量,建议二氧化碳设计量应为受保护空间总体积的75%或以上。

液氢需要在-253℃的环境下储存和运输,为此,液氢储罐、管系、设备等除了需要抵抗氢脆外,尚需具有耐受超低温的能力。除此之外,还要考虑温度变化带来的材料膨胀和收缩。

氢气的沸点和气化潜热均较低,蒸发速率较快,液氢气化的体积膨胀是845倍,如果在某一固定体积内液氢完全气化,则体积内的压力会从0bar升高至1720bar。所以需要做好储罐和管路的绝热,并考虑一定的蓄压能力。

范洪军表示,如能充分分析研究这些危险,并提出可行的危险控制措施,液氢将可以作为一种安全燃料使用。氢能源的利用和发展正如50多年前天然气燃料的需求带动了LNG运输船的发明。LNG海上运输的成功,可以使我们相信,通过国际工业界、政府、国际组织、船级社等各方的共同努力,液氢的海上运输将成为现实。

“要让液氢产业链成为现实,我们还需关注制氢、氢的液化、液氢陆上运输、液氢加注、液氢气化利用等各个环节。”范洪军说。

本文由全媒记者樊雪菲整理报道


{{content.title}}

{{content.subTitle}}

{{content.publishTime}} 来源:{{content.source}} 作者:{{content.author}}

本文为收费文章(价格:{{articlePrice}}元),剩余字数约为{{remainWords}}字,点击查看全文进行付费阅读。

查看全文

扫一扫关注微博

扫一扫关注微信

扫一扫下载客户端

责任编辑:{{content.editor}}
万博manbetx官网版权及免责声明:
1、凡本网注明“来源:中国水运报”、“来源:万博manbetx官网”的所有作品,版权均属于万博manbetx官网,未经本网授权,任何单位及个人不得转载、摘编或以其他方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明“来源:万博manbetx官网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
2、凡本网注明“来源:XXX(非中国水运报)”的作品,均转载自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
3、如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
相关阅读

{{content.title}}

{{content.subTitle}}

{{content.publishTime}} 来源:{{content.source}} 作者:{{content.author}}

附件

{{item.title}}

扫一扫关注微博

扫一扫关注微信

扫一扫下载客户端

责任编辑:{{content.editor}}
万博manbetx官网版权及免责声明:
1、凡本网注明“来源:中国水运报”、“来源:万博manbetx官网”的所有作品,版权均属于万博manbetx官网,未经本网授权,任何单位及个人不得转载、摘编或以其他方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明“来源:万博manbetx官网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
2、凡本网注明“来源:XXX(非中国水运报)”的作品,均转载自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
3、如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
相关阅读
首页  ››  {{content.fullColumn}}  ››  正文

{{content.title}}

{{content.subTitle}}

{{content.publishTime}} {{content.source}}

责任编辑:{{content.editor}}
相关阅读

{{content.title}}

价格:{{content.articleExt[0].value}}元
确认购买

直接前往充值包年包月?

请打开手机微信扫一扫进行支付。