LNG动力船舶的兴起及冷能的回收和再利用

第１２卷　第１１期　２０１２在　中　国水运　Ｖｏｆ．１２　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　Ｎｏ．１１　２Ｏ１　２　１　１月　Ｏｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｒｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ＬＮＧ动力船舶的兴起及冷能的回收和再利用　于祥，厉善亨，段玉龙　（上海海事大学，上海２０１３０５）　摘要：文中主要以采用ＬＮＧ或ＬＮＧ一柴油为燃料的船舶作为研究对象，描述了此类新型船舶目前的发展状况和未　来广阔的市场空间。ＬＮＧ燃料与柴油相比，它不仅具有巨大热能而且还蕴含着巨大的冷能，因此将液态ＬＮＧ燃料　在气化过程中释放的巨大冷能有效地利用于船舶相关的制冷领域，这样不仅能为航运企业减少运营成本，而且还能　避免造成浪费，达到节能环保的目的。　关键词：ＬＮＧ；船舶；现状；冷能；回收利用；节能环保　中图分类号：Ｕ６６４　前言　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７９７３（２０１２）１１—０００９—０３　一、均替代率为６０％￣７０％，以目前京杭运河载重２０００　ｔ的干　货船为例，平均每年每艘船消耗柴油６０ｔ，而采用ＬＮＧ一柴油　双燃料动力后，约消耗４２ｔＬＮＧ和１８ｔ柴油，至少能节省燃　料费用１　５万元。如果在京杭运河营运的３万艘船舶都使用　这类技术，那么每年将节约燃料费用４５亿元ｌ２　Ｊ。可见经济效　益尤为可观。　３．安全系数较高　目前运营状态的船舶绝大多数都是以柴油燃料作为动　力，随着全球经济一体化的进程，海洋运输业一时间生机盎　然，但随之而来的就是环境的不断恶化。柴油作为船舶主要　的燃料，其主要成分是碳氢化合物和一些其他元素，燃烧过　程中排放大量的二氧化碳、硫化物、氮化物和粉尘，无疑对　环境造成巨大的污染，加之近些年航运市场竞争逐渐变大，　运营成本不断提高，都促使人们不断地进行新能源的开发和　尝试，在这样的背景下，ＬＮＧ燃料在船舶上的应用应运而生，　在船舶上使用的ＬＮＧ与传统的燃油相比，在许多方面　可靠性均优于柴油，例如，ＬＮＧ着火点和爆炸极限高于柴油　（柴油着火点２６０℃，爆炸极限０．５￣４．１％，天然气着火点　６５０℃，爆炸极限４．６～１４．５７％）。另一方面ＬＮＧ不会对水体　产生污染，因其属低温液体，泄漏时自然气化快，ＬＮＧ密度　为０．４５，比空气小，发生泄漏后会自动向上溢开扩散到大气　中，即便船舶意外在海洋中发生燃料泄漏，也不会对海洋造成　巨大的危害。　三、ＬＮＧ燃料船舶在运营过程中对冷能的利用　１．ＬＮＧ燃料系统的主要组成部分　使用中的ＬＮＧ是已经除去灰尘、硫、水分等杂物的燃料，这　种洁净能源对环境的污染程度非常小，因此目前逐渐开始被　应用于一些小型的江船，一些发达国家也开始建造以ＬＮＧ为　燃料的远洋船舶，因此，将ＬＮＧ燃料应用于船舶已经成为未　来发展的趋势，但是在船舶的营运期间人们常常忽略了液态　ＬＮＧ燃料在气化过程中释放的巨大冷能，本文对此提出了一　些设想，对这些冷能进行回收，使ＬＮＧ能够得到完善的利用。　二、ＬＮ（３燃料的主要优势　ｉ．节能减排　ＬＮＧ燃料系统的主要组成部分有：储气罐、气化器、滤　器、减压阀、缓冲系统、动力设备。由于进入柴油机之前的　据国际海事组织的研究报告，２００７年航运业ＣＯ。排放　１　１亿ｔ；国际油轮独立船东协会也曾发表过类似的研究报告，　ＬＮＧ燃料需要在气化器中从液体气化为气体燃料，气化过程　就会对外界吸收大量的热量，如果不加以利用，被吸收热量　称这些ＣＯ。约占全球总排放量的６％。有预测认为到２０２０　年全球航运业将需要４亿ｔ燃油，温室气体的排放量将在目　前基础上增加７５％＿１ｊ。温家宝总理在哥本哈根世界气候大会　上郑重承诺：到２０２０年单位国内生产总值二氧化碳排放比　的物质就会自白带走８７０　ＫＪ／ｋｇ的能量【３】。　２．目前全国对ＬＮＧ气化冷能利用的主要领域　目前全国对ＬＮＧ气化冷能利用的主要领域有：维持冷库　温度、制造干冰、滑雪场的维护、低温发电、低温破碎、海　２００５年下降４０％￣４５％。若使用ＬＮＧ，硫氧化物将１００％　得到减排，氮氧化合物减排８０％－９０％，二氧化碳也减排　１０％一ｉ５％。同时，烟尘、废油水的排放都大为降低，噪声　也有所降低，对环境的影响相对于柴油来讲小得多，能够有　效地达到节能减排的目的。　２．降低运营成本　水淡化等领域＿４】，其中回收冷能依靠动力循环进行冷能发电　的技术已经比较成熟。可见，在随着ＬＮＧ新能源的运用，人　们逐渐重视起来ＬＮＧ燃料中蕴藏着的巨大冷能。　３．ＬＮＧ冷能在船舶上的运用　①冷能在低温冷藏运输船舶上的应用：在渔业捕捞以及　海产品的冷链物流运输中，冷藏运输和保鲜尤为重要，一旦　在冷链运输过程中稍有不慎，便会极大地影响产品的味道，　使海产品相关企业蒙受巨大的损失，因此要保证最好质量的　海产品，需要有先进、完善的储藏运输设备［５】。在冷链运输　之前由江苏省宿迁市地方海事局牵头尽行了相关船舶的　改装和研究，２０１０年上半年对这些改装后的ＬＮＧ一柴油混合　动力船进行了试验，最后实验结果证明采用ＬＮＧ一柴油混合　动力技术后，动力性能完全能够满足原船的要求；柴油的平　收稿日期：２０１２—０７—２０　作者简介：于祥（１９８８一），男，上海海事大学，硕士研究生，研究方向为ＬＮＧ动力船舶。　１Ｏ　中国水运　第１２卷　过程中，通常需要靠电力驱动压缩机不断地制冷，消耗很多　电能，若将此类冷藏运输船舶建造成以ＬＮＧ为动力的船舶，　不仅可以满足船舶正常航行的需要，还可以将ＬＮＧ液化过程　中释放的巨大冷能利用在冷藏运输中，既避免了浪费，又清　洁高效。在欧美发达国家的农产品运输中，使用冷链运输已　达９０％以上，而我国冷链产业发展相对滞后，因此，这样的　冷藏运输船舶需求量极大，合理利用ＬＮＧ冷能也是大势所　趋。　②冷能在船舶制淡装置中的应用：远洋船舶由于航期较　长、水仓容量有限，因此船舶上的淡水资源比较紧缺，而海　水却取之不尽，用之不竭，因此海水淡化是得到淡水的有效　途径，目前在船舶上应用的海水淡化方法有：蒸馏法、膜法，　若能够合理利用ＬＮＧ释放的冷能，则可以利用冷冻法将海水　冻结，此时盐分就会被析出在结晶外，然后经过对结晶进行　洗涤，溶化后就可以得到淡水ｌ６】，方法简便，可以省去造水　机等一系列设备，减少船舶的造价。下图１为间接冷冻法海　水淡化的示意图ｌ６ｌ。　图１　间接冷冻法海水淡化示意图　③冷能在船舶空调系统中的应用：航行于大海上的船舶　是一个独立的系统，由于其经常航行在不同的海域，温差变　化比较大，因此空调系统是船舶必不可少的组成部分，在制　冷过程中也需要消耗很大的电能，若可以将ＬＮＧ释放的冷能　利用于空调系统必将节省很多能源　④冷能在船舶肉库、菜库中的应用：远洋船舶冰机系统　尤为重要，用于储存肉类和新鲜蔬菜，一般鱼库温度在一２０　℃左右，菜库温度在４￣Ｃ左右。为了维持冷库的低温状态，　大量的冷能也是必不可少的。　四、冷能回收利用的工作原理和流程　以ＬＮＧ一柴油混合动力船为例，一１６２￣Ｃ超低温的ＬＮＧ从　储气罐中进入气化室，在气化室中迅速吸收大量的热量并气　化，气态的ＬＮＧ伴随柴油进入柴油机做功，进行发电或推动　船舶前进。气化过程中释放的８７０ＫＪ／ｋｇ冷能被冷媒所吸收　并传递，这种冷媒由冷媒泵驱动循环流动，冷媒在经过冷媒　加热器时，被柴油机的余热加热到ＬＮＧ气化所需温度后进入　冷热交换器加热ＬＮＧ使其气化，迅速气化的ＬＮＧ吸收冷媒　的热量使其成为超低温冷媒，冷媒就会先将这部分冷能带入　冷能储存室进行储存，在船舶各制冷系统需要冷能时，就会　通过冷能配置器，根据需要将冷能分配至各单位使用，冷媒　气化吸热，温度上升，进行下一轮的循环。在冷能的利用过　程中主要的控制系统是对冷媒流量和温度的控制，因为冷媒　既需要为ＬＮＧ气化提供热量，同时又需要为制冷设备提供冷　能。在同一循环中，冷媒处在不同位置其温度也不一样。特　别在进入冷热交换器前，必须要有适当的温度。温度太低不　能满足ＬＮＧ气化所需要的热量，影响动力供给，温度太高冷　媒不能被充分降温，影响冷能的供给。同时冷媒流量与冷媒　温度间有密切配合关系。因此本系统既重要又复杂。整个　ＬＮＧ热能和冷能利用流程见下图２。　滤器　冷能交换器　二］＝　（气化事）　减压阀　Ｉ　竺　兰　ｌ　图２整个ＬＮＧ热能和冷能利用流程图　五、ＬＮＧ燃料船舶目前发展的瓶颈以及冷能回收利用的　困难所在　①ＬＮＧ燃料船舶目前发展的瓶颈：ＬＮＧ燃料是目前船　用的一种新型燃料，大量实验和研究已经表明，柴油ＬＮＧ双　燃料动力技术已经初步具备了推广的应用条件。但是目前的　相关配套设施和政策依然没有完全到位，这是制约现在ＬＮＧ　船舶规模化发展的一大瓶颈。例如，首先，为满足ＬＮＧ燃料　船舶的正常营运，首先需要有比较便利的加气站设施，因为　目前国内的ＬＮＧ船舶多集中在内河长江干线，因此在我国的　主要内河沿线，例如京杭运河等地急需布置足够的加气站；　其次，相关单位需要加快制定相关的技术标准，船级社需要　制定ＬＮＧ燃料船舶的相关检验标准和改装普通船舶的具体　规范，使ＬＮＧ船舶在建造和改装之前就有法可依，以免造成　自成体系，标准极不统一的乱象，最终也会导致监管不易，　对ＬＮＧ船舶的安全性造成一定的影响。另一方面，船级社、　海事局、渔港监督局等单位需要加快制定ＬＮＧ燃料船舶的操　作指南和证书培训制度，以保证管理新型船舶的人员均熟悉　船舶的性能，了解船舶的运行状况，保障航行安全；再次，　相关政府部门需要出台扶持政策，包括对ＬＮＧ船舶的建造、　改装支持，对建造ＬＮＧ加气站土地审批的支持，这样才能够　促进ＬＮＧ船舶健康、快速发展。　②ＬＮＧ燃料在气化过程中冷能回收利用的困难所在：　首先，冷能的利用，不仅要以利用过程中能量回收量的多少　为依据，还要看能量利用的品味，应当把握温度对口、梯级　利用的原则。按照科学用能的原则，应该按照冷能在渔业冷　藏运输船舶上的应用、在船舶制淡方向、船舶空调方向、船　舶冷库方向的应用，对各个方面所需温度的高低不同的需要，　实施“温度对口、梯级利用”，而这样的有效利用目前还是一　项关键技术。另外，由于ＬＮＧ气化时释放的冷能在时间上不　与其他设备所需冷能配套，因此就会造成（下转第１２页）　１２　中国水运　第１２卷　同时有多艘船舶同时进出港，而锚地抛锚船更多达上百艘，没　有ＡＩＳ要想找出某一需要关注的船虽然不象大海捞针一样难，　但也会耗时费力，紧迫感和压力随之而来。有ＡＩＳ的帮助，　信息，并不存在什么特殊的条件，所以只要在系统中安装上　接收的设备和接收天线就可以了，不必花费过高的成本就能　够获得精准的相关信息，并且其中的维护也是相当简单的　。　在通过多年来的ＡＩＳ系统的实践，目前我国各引航机构　都开发了相应的ＡＩＳ监控系统，这一系统的主要作用就是监　控引航水域内的船舶，同时对于所有船舶的引航现场进行监　督，这样可以及时、有效地提醒引航员并且避免违章行为，　引航员对如此复杂的局面会了然于胸，无论白天黑夜，简短的　ＶＨＦ通讯就可以发出必要指令，给出合理建议。特别是对被　引领船舶提出要求时，通讯更加有针对性，也更简洁有效。另　外，某一小型但重要的物标（如转向点浮标或碍航物）在大风　浪，或有浮冰时，雷达几乎探测不到，而利用ＡＩ８的特有的　功能，海事部门就可以发送一模拟信号以标明其准确位置，这　样引航员虽然无法借助雷达或望远镜找到该物标，但通过ＡＩＳ　仍然可以准确的判断本船与该物标的相对位置，采取正确的操　纵措施。比如位于渤海湾西南部的黄骅港，每年冬季都会出现　大量浮冰，航道两侧的灯浮经常会被潮水作用下的浮冰压住或　被大块流冰裹挟离开原地，仅凭常规的导航设施和助航设备几　乎无法确定浮筒位置，保证航行安全更加困难。而这一功能的　用电子海图收集到具体的助航信息，从而能够在减少船舶碰　撞和搁浅事故中发挥重要作用。而引航调度部门也可以通过　这一监控系统，及时的了解和掌握预先设定的引航计划的执　行情况，还能够根据具体的实际及时的调整弓ｌ航计划，从而　保证引领的船舶能够在进港和出港的时候不会遇到晚点的情　况，从而有效地提高其工作的效率Ｉ　。　综上所述，我们了解到ＡＩＳ的港口船舶引航系统当前完　全符合我国沿海港口的特点以及相应的船舶的引航需要，如　果能够充分的加以利用，将数据通讯技术、ＧＰＳ差分定位技　开发利用使得着这一工作轻而易举，安全也获得了保障。ＡＩＳ　的这一合理巧妙地使用对于在极端天气条件下保证船舶进出　港安全，有效的协调避让行动有着举足轻重的作用。总之，对　ＡＩ８合理，正确的应用有效地保证了船长和引航员作出避碰措　施的准确性、及时陛，确保了船舶的安全。　术以及ＡＩＳ信息技术充分利用，一定程度上加强了各个航行　过程中船舶之间避免互相碰撞的措施，同时也提高了系统的　适用性。再加上相应的ＡＩＳ监控系统的开发应用，有效地提　高了工作的效率。从而在各种恶劣天气的时候，也能够有效　的避免这些不利因素对船舶航行造成的不良影响，保证引航　的安全就是保证了港口、船舶航行以及航行秩序的安全。　参考文献　在ＡＩＳ信息的应用方面，信息化建设的影响也是很大的。　在以往船舶的动态信息都是通过船上的工作人员以报文的形　式定期的向监控中心发送的，而监控中心永远都是处在一个　被动的状态，不仅不能随时的了解船舶航行的状态、状况，　也不能进行信息的及时编辑而无法保证信息的准确性，最后　信息也难以共享，实时Ｊｌ生也无法保证。但是随着ＡＩＳ在船舶　应用中的迅速普及，再加上ＡＩＳ岸站建设的逐步展开，ＡＩＳ　［１］翁跃宗．ＪＭ—ＥＣＳ电子海图基础平台的设计与实现卟上　海海事大学学报，２００４，０４．　［２】乔力争，李宏利，丁罗生．论我国电子海图技术的发展道　路Ｕ］．天津航海，１９９７，０３．　［３】赵德鹏，吴东力，孙文力．电子海图的生成与显示［１１．大连　网络已经明显地改善了现在的状况，而且通过ＡＩＳ进行收集　的信息，再通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ将信息发布出去，这样的方式已然　成为未来船舶监控与管理的最有效手段。除此之外，对于收　海事大学学报，１９９３，０１．　【４】何河通，杨功流，熊正南等．２１世纪初期我国电子海图应　用技术展望卟舰船科学技术，２０００，０２．　ＬＮＧ的过程中，若能够有效地将其气化过程中释放的巨大冷　集和发送并再经由ＡＩＳ系统发送的信息都是国际标准的开放　（上接第１０页）当制冷设备无需太多冷能时就会使ＬＮＧ释　放过多的冷能浪费掉，反之，若制冷设备需要大量冷能制冷　时ＬＮＧ气化释放的冷能又不能一时给予满足，因此，冷能的　存储设备和特定冷媒循环技术对此系统来说十分重要，而目　前来讲这项技术也十分关键。　据了解，目前以华贲为首的研发团队已经研究出了冷媒　循环存储技术，并已形成专利。这样，时间不配套的矛盾则　能用于船舶制冷、制淡等方面，就可以达到进一步降低运营　成本、节能减排的目的，为打造“绿色航运”贡献一份力量。　参考文献　［１】王世荣．我国内河柴油一ＬＮＧ双燃料动力船舶的现状分析　与建ｉＫＵ］．中国水运，２０１１．　【２】金凌．ＬＮＧ混合动力船优势几何　中国船检，２０１１．　【３］王强．ＬＮＧ冷能回收利用在我国的发展前景Ｕ］．山东建筑　可以解决。而且华贲团队表示：“经大量研究，我们认为采用　板翅式换热器、低传热温差的工艺流程将能较好地实现温度　对ＶＩ、梯级利用，尽可能提高冷量的回收率”＿７】。因此，目　大学学报，２００８．　【４】刑迎明．ＬＮＧ气化过程中的冷能回收及利用［ｚ】．能源研究　与利用。２０１０．　前对ＬＮＧ气化的冷能利用的各项技术已基本具备，但是应用　于实际还需要一段时间，尤其将这部分冷能回收利用的技术　应用于船舶还需时日，但是我相信在政府的大力支持以及各　部门的齐心努力下，这项绿色的技术也会很快变为现实。　六、结束语　［５】李铭硕．浅谈我国海产品加工产业的现状　商场现代化，　２Ｏ１１．　【６１黄美斌．利用ＬＮＧ冷能的间接冷冻法海水淡化流程比较　低温技术，２０１０．　ＬＮＧ燃料在船舶上的应用满足了船舶动力性要求，同时　其燃烧排放物对环境的污染程度也大大降低，因此可推断以　这种新型燃料为动力的船舶市场空间非常巨大，同时在利用　【７】仝晓波：中海油抢占ＬＮＧ冷能利用先机［ＮＩ．中国能源报，　，ｎ１０