【第一篇】论文题目：LNG清洁能源绿色耙吸船节能减排经济性分析及急需解决的问题
关键词：LNG耙吸船; 大气污染; 节能减排; 绿色环保; 经济性;
大气污染已成为危害人类健康和制约人类文明发展的一个重要问题。面对全球节能减排浪潮, 中国以一个负责任大国姿态展示在世界面前。到2020年, 中国的单位GDP二氧化碳排放量将比2005年下降40%~45%, 并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。中国共产党第十九次全国代表大会提出了加快生态文明体制改革、建设美丽中国新的目标、任务和举措, 进一步昭示了中国加强生态文明建设的意志和决心。新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》已于2016年1月1日施行, 同时为推进绿色航运发展和船舶节能减排, 减少船舶在我国重点区域的大气污染物排放, 交通运输部印发的《珠三角、长三角、环渤海 (京津冀) 水域船舶排放控制区实施方案》, 首次设立船舶大气污染物、氮氧化物和颗粒物排放, 为全面控制船舶大气污染物的排放奠定了基础。
船舶大气污染物特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区, 已成为主要污染源。IMO资料表明, 船舶年排放SOX达634万吨, 约占世界排放总量的4%。IMO通过的MARPOL公约附则VI, 主要致力于解决船舶造成的区域性空气污染问题。到2020年, 全球范围内船舶使用的燃油的硫含量 (以质量之比%为单位) 必须不高于0.5%m/m。同时, 国际海事组织对排放区内的氮含量也提出相关要求。这对新建或营运的船舶提出了更高的要求。耙吸船作为在港口、沿海航道等城市周边疏浚作业的船舶, 污染物排放对城市大气环境影响巨大。为响应国家号召, 推进绿色发展, 着力解决突出环境问题, 开发建造LNG清洁能源的绿色耙吸船, 是建设绿色环保可持续发展城市的必然趋势。
一、耙吸船节能减排现状
1. 船舶数量及油耗
据不完全统计, 我国在用的挖泥船合计约280艘, 总装机功率约160万千瓦。其中, 耙吸船约50艘, 总功率约60万千瓦。截至2017年11月30日, 国内拥有最多耙吸船的央企中交疏浚集团股份有限公司 (中交疏浚) 拥有耙吸船35艘, 总舱容量为31万立方米, 其旗下的中港疏浚有限公司 (中港疏浚) 拥有耙吸船16艘, 总舱容为13.4万立方米, 占中交疏浚总舱容量的1/3。“十二五”期间, 中港疏浚有限公司总燃料消耗量为57.8万吨。“十三五”期间, 预测中交疏浚和中港疏浚的油耗数分别为246万吨和60万吨。由此可见, 降低耙吸船的能耗及排放对防止大气污染意义重大。
2. 耙吸船节能减排现状
(1) 耙吸船节能减排的技术措施。疏浚企业作为能源消耗大户, 一艘耙吸船除了推进及发电柴油机外, 还有泥泵柴油机等设备, 全船多则配有8~9台柴油机, 每艘耙吸船的总装机功率在同样吨位的情况是普通运输船的好几倍。如何在耙吸船上开展节能减排增效工作, 是疏浚业人员普遍关心的问题。为了节约能源、减少耙吸船的污染物排放, 国内外研究人员从多维度对耙吸船节能减排技术进行了研究, 主要成果有:一是施工工艺研究, 充分利用船舶的应有性能, 根据不同的土质, 用科学施工工艺、有效的技术手段精准施工, 最大限度提高施工效率。二是充分利用新技术、新装备, 优化船型设计、推进动力系统集成优化、疏浚装备和疏浚监控系统开发等方面研究耙吸船节能减排技术, 并提出了耙吸船在优化线型提高航速、采用高效导流管等节能措施、采用一拖三或一拖二复合驱动的动力配置方式等节能设计技术。
(2) 耙吸船能耗的现状分析。 (1) 耙吸船的能耗统计分析。耙吸船具有挖泥装舱、重载/轻载航行和直抛/艏吹或艏喷等功能, 广泛用于沿海港口航道的疏浚、吹填工程, 并兼作沿海维护工程, 是国家基本建设的主力军和“一带一路”的践行者。疏浚企业一般通过万立方米油耗这一指标来评判耙吸船的能耗水平及节能减排优劣。同样舱容的耙吸船在同等条件和施工工况下, 每疏浚万立方米土所需的油耗越低, 说明该船在节能减排方面技术越先进, 施工效率越高, 经济性越好。中港疏浚“十二五”期间总燃料消耗量为57.8万吨。经内部统计分析其所属的耙吸船油耗在7.4~14.6吨标煤/万立方米。实践验证影响万立方米油耗的因素主要有:一是施工边界条件, 包括工程类型 (吹填/疏浚) 、运距、土质、气象等边界条件;二是船舶的技术指标, 包括船舶的船龄、舱容、总装机功率、柴油机的先进性、疏浚装备的技术性能和动力配置方式, 等等;三是从业人员业务能力或操作技能。 (2) 耙吸船的排放统计分析。耙吸船的排放统计分析采用2012年上海港船舶大气污染物排放清单 (Ⅰ) 研究中采用的动力法, 即基于船舶发动机做功状况对船舶排放进行计算, 首先确定船舶发动机在不同工况下的发动机功率, 根据排放因子以及相应的发动机负载校正因子、油品校正因子, 结合对应工况下的运行时间计算排放量。比如, 长年在长江口施工的“新海凤”轮每年的排放量:温室气体排放32 432.4吨/年、SOx889.3吨/年、PM2.5 62.8吨/年、NOx889.3吨/年。为保证长江口深水航道的通航水深, 每年需投入10艘大型耙吸挖泥船进行维护施工, 其污染物排放对周边环境的影响可想而知。
二、LNG清洁能源绿色耙吸船节能减排经济性分析
1. LNG清洁能源绿色耙吸船节能减排分析
中港疏浚为响应建设美丽中国的号召及引领中国疏浚业的可持续绿色发展, 彰显央企的社会责任, 拟建造一艘舱容为12 000立方米的LNG清洁能源绿色耙吸船, 现对该目标船进行节能减排经济性作一分析研究。根据《综合能耗计算通则》 (GB/T2589—2008) , 将主机做同样功的情况下, 估算在疏浚量达到10 000立方米时各类型发动机污染物排放量。经测算比较, 双燃料发动机的大气污染物减排效果明显, NOx减排91%、PM2.5减排99%、CO2减排37%。
2. LNG清洁能源绿色耙吸船节能及经济性分析
LNG清洁能源绿色耙吸船的经济性主要取决于两个方面:一是天然气与柴油的价格差;二是LNG动力耙吸船与同功率的柴油耙吸船万立方米燃料消耗量。假设:拟建LNG清洁能源绿色耙吸船建成投入营运, 主要用于长江口深水航道疏浚和吹填工程。船舶年运转时间按6 600小时计、运距按15海里计, 每船挖泥时间为110分钟, 航行时间2小时, 抛泥时间10分钟, 挖泥周期共计4小时。单船土方量按6 500立方米计。年均疏浚量为1 072.5万立方米。按船舶动力12 000千瓦运行11×25×24=6 600小时, 功率系数为0.85。年燃料消耗分别为:
LNG清洁能源绿色耙吸船, 动力费用 (按燃气模式) :年燃油 (点火及停泊期间辅发所用) 消耗为399.64吨;油价按7 000元/吨计, 年油费为0.7×399.64=280万元;年消耗LNG量为10 626吨, LNG价按5 050元/吨计, 年LNG费为5 419万元。共计年燃料费用 (燃气模式) 为5 419+280=5 699万元。
柴油动力耙吸船, 柴油消耗量为12 792吨, 油价按7 000元/吨计, 年油费为8 955万元。
从上分析可知:相比柴油和其他替代能源, 以天然气为燃料的船舶动力装置具有与柴油机基本同等的动力性指标。天然气发动机单位输出功率的成本价格比柴油机低, 成本优势明显。当前, 中速天然气发动机和中速柴油机单位能耗平均在190克/千瓦时左右, 因此使用天然气比使用柴油节约36%的燃料费用, 而且天然气燃烧彻底, 不易积碳, 可延长船舶的保养周期, 减少维护费用逾50%。
三、研究成果及展望
通过估算全年作业情况下各类型耙吸船污染物排放量和节能经济性, 双燃料发动机耙吸船的大气污染物减排效果明显, NOx减排91%, PM2.5减排99%, CO2减排37%;节能效果显着, 燃料费可节省36%, 建造一艘舱容为12 000立方米的LNG清洁能源绿色耙吸船项目节能减排经济效益明显。
1. 发展LNG耙吸船具有以下优势
(1) 可解决资源短缺问题。我国能源资源短缺, 常规化石能源可持续供应能力不足。石油年产量仅能维持在2亿吨左右, 石油对外依存度从本世纪初的26%上升至2011年的57%。另外, 我国天然气储量相对丰富, 是一个典型的“富气贫油”国。石油采储比为12年 (全球为40.6年) , 而天然气的采储比达到47年 (全球为65.1年) , 加上丰富的煤层气、页岩气和可燃冰, 为中国提高天然气消费比重提供了坚实的基础。
(2) 节能减排经济效益明显。采用天然气清洁能源动力可有效减少石油资源消耗、降低污染物的排放量, 同时降低船舶作业成本。
(3) 可促进船舶行业可持续发展。掌握天然气发动机动力技术、发展天然气清洁能源动力是实现我国船舶动力及船舶行业可持续发展的必由之路。
《我国船舶工业中长期发展规划》 (2006—2015) 中明确指出, 要提高自主研发能力和船用配套能力, 增强船舶工业核心竞争力;重点扶持自主开发和优化设计新型船舶和船用设备的生产企业和科研机构, 开展基础技术和共性技术研究。这为我国大力发展天然气清洁能源动力提供了条件, 也提出了要求。
2. 建造LNG耙吸船急需解决的问题
(1) 政策引领有待加强, 政府急需规划建设加气站。
(2) 积极争取国家对LNG挖泥船政策支持力度, 促进疏浚企业绿色发展。
(3) 行业管理部门超前完善相关标准规范法规, 指导LNG挖泥船健康发展。
(4) 前瞻性谋划企业战略规划, 推动LNG耙吸船快速发展。
(5) 瞄准国际先进技术, 加强科技研发力度, 推动疏浚企业转型升级。
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加强疏浚企业人才队伍建设, 为LNG耙吸船提供智能支持。
