首页- 行业新闻

燃料灵活性是船舶过渡到未来燃料的关键

浏览次数: 134 发布时间: 2020-05-22

 沃燊海事

         瓦锡兰集团正在开发一系列史无前例的发动机和燃料气供应系统,以帮助船东们无论他们选择哪种燃料航行,都能减少温室气体的排放。

  随着航运业寻求大幅度减少排放,它将使用哪些燃料来实现这一目标还远未明朗。100年来,海运燃料市场几乎完全由石油主导。现在,一种多样的潜在清洁燃料正在出现。

  许多新燃料的可行性取决于能否在未来10到20年内克服许多挑战。但航运业脱碳雄心的紧迫性——特别是国际海事组织到2050年将温室气体排放总量至少减少一半的目标——意味着没有时间等待理想的解决方案。答案在于灵活性,瓦锡兰海洋技术战略与创新总经理米凯尔·怀特克戈认为。

  “每种潜在燃料都存在不确定性,包括何时何地供应以及价格。建造新船时具备燃料灵活性,并在适当的情况下,也可在旧船上改装柔性动力装置,可以规避这些风险。”

  没有比内燃机更灵活的能源转换器了。通过有限的部件更换,今天的船用发动机可以燃烧任何在未来几年有望获得的清洁燃料。考虑到新燃料的特性,储存、运输和燃料供应可能会更加复杂,但挑战是可以控制的,特别是如果船舶建造时考虑到未来的燃料转换。

  无论是何种燃料为船运提供动力,瓦锡兰集团正在调查所有新燃料,包括生物和合成甲烷、氨、甲醇、氢和生物燃料。它的研究借鉴了它已经获得的珍贵的经验,为包括液化天然气、液化石油气、生物柴油、甲醇和挥发性有机化合物在内的多种燃料建造发动机、供应和储存系统。面对一个复杂的燃料未来,瓦锡兰有一个简单的目标。

  “我们将继续为所有未来燃料提供完整的燃料供应和发动机解决方案。考虑到市场需求,在未来十年里,我们将使发动机技术和燃料气供应系统商业化,这将使船东准备好使用目前正在讨论的所有燃料。鉴于现代发动机的模块化,这意味着,只要船东考虑到储存要求,他们就可以计划在今天建造的船舶上使用新燃料。”

  生物和合成液化天然气

  瓦锡兰认为,对于那些使用液化天然气(LNG)的船只来说,向清洁燃料的过渡将是最容易、最具成本效益和最快的。从生物质和合成资源中开发甲烷意味着液化天然气有一条通向碳中和能源的明确途径,与重质燃料油相比,液化天然气已经减少了5-21%的温室气体排放。生物和合成液化天然气最初可以与传统液化天然气一起用作燃料,以降低其化石碳含量,后来随着供应量的增加,完全取代传统液化天然气。

  这在技术上和后勤上都是可行的。为液化天然气设计的发动机和燃料供应系统不需要改变就可以使用生物或合成液化天然气。除了与现有的液化天然气发动机兼容外,未来的碳中性品种也可用于已经为液化天然气建立的燃料基础设施。与其他需要从头开始建设供应基础设施的燃料相比,这从一开始就更具有吸引力(无论是在时间上还是经济上)。

  怀特克戈说:“已经有一些船舶在混合使用生物液化天然气和化石液化天然气,而且计划使用合成液化天然气进行小型试验。与其他清洁燃料相比,大规模供应的前景是有利的,这些燃料可能离商业供应还有10年或更长的时间。”最近的一项研究表明,生物液化天然气2030年和2050年的预计可持续供应可以满足航运业的全部能源需求。

  液化天然气途径面临的一个挑战是甲烷的排放,甲烷是伴随液化天然气的生产、供应和不完全燃烧而产生的一种强有力的温室气体。这可以在一定程度上抵消使用液化天然气减少的二氧化碳排放。但未来2至3年的发动机发展将恢复这一优势,当生物量和合成源出现时,最大的甲烷排放源(化石液化天然气的生产、储存和运输)将显著降低。基于这些原因,瓦锡兰认为,即使面临甲烷泄漏的挑战,液化天然气也为航运提供了最快、最具成本效益的脱碳途径。

  氨

  液化天然气并不是清洁运输的唯一途径。如果氢基燃料使用可再生电力,它将提供一种无温室气体的能源。最突出的两个是甲醇和氨。

  作为燃料的氨的开发也进展迅速。一些国家正大力支持氨作为未来的燃料。它比氢有几个优点:例如,它有更大的能量密度,不需要在压缩或非常低的温度下储存。

  由于氨水有毒且腐蚀性强,处理起来仍然很困难,特别是对于客船。但瓦锡兰并不是从零开始的。它已经设计了几年的货物处理系统,能够处理氨气,用于液化石油气运输船。在燃料储存和供应方面,它正在参与一个欧盟项目ShipFC,以开发将在2023年前安装在艾迪斯维克近海供应船“维京能源”上的燃料电池氨供应系统。燃料供应的基本概念与液化天然气的基本概念类似,氨燃料可以在瓦锡兰的已建立的LNGPac燃料气供应系统的不锈钢版本中处理。

  瓦锡兰在今年三月份启动了氨燃烧试验。根据初步结果,将继续在双燃料和火花点火燃气发动机上进行试验。从2022年起,将与船东合作进行现场测试。同时,瓦锡兰正与船东、造船商、船级社和燃料供应商合作,进一步了解系统和安全要求,以及燃料成分、排放和效率。

  氨还有其他一些特性需要进一步研究。与其他燃料相比,它的点火和燃烧性能很差,除非通过后处理或优化发动机流程加以控制,否则燃烧可能导致较高的氮氧化物排放。还需要为其作为海运燃料的使用制定一个管理框架和分类规则。

  甲醇

  到目前为止,甲醇还没有被广泛用作船用燃料。如今,容易且廉价生产的工业酒精主要由天然气制成,但利用可再生电力中的氢和回收的碳来制造绿色甲醇将使其碳中和。与氨相比,甲醇具有更好的燃烧性能,更容易储存和处理,因此在航运业的脱碳竞赛中,甲醇可能是一匹黑马。

  只有几家船用发动机制造商有甲醇发动机的经验。2015年开始了一个项目,将客滚船“司汤纳·泽曼尼卡”号上的瓦锡兰Z40型发动机改造为燃烧甲醇。目前,该发动机主要使用甲醇燃料,安装的成功激发了瓦锡兰对燃料的进一步研究。

  “甲醇的真正好处是易于储存,”怀特克戈说。“对“司汤纳·泽曼尼卡”号来说,这只是压载水舱的简单改造。但改装后的发动机相当陈旧,我们现在想在更现代化的发动机上检查甲醇的性能。在未来几个月,我们将开始在我们的瓦锡兰32型发动机上测试甲醇,并将研究燃烧甲醇的其他概念。”

  生物柴油

  生物质燃料作为一种碳中性能源具有巨大的潜力。它们可以制成多种形式,既可用于柴油机,也可用于燃气机,既可作为燃料滴,也可单独使用。由于生物燃料可以用于现有的发动机、燃料供应和储存技术,它们可以提供简单和资本效率高的航运脱碳,这取决于以合理价格扩大供应的能力。

  瓦锡兰自1990年代以来一直在不断试验许多不同的生物燃料,过去十年来一直在发展先进的燃烧技术,以进一步提高效率和燃料的灵活性。最近,瓦锡兰与燃料供应商“波斯卡里斯”公司和生物燃料公司“上好燃料”公司合作,开发和测试适合在航运中使用的生物燃料。根据这一合作伙伴关系,瓦锡兰从2015年底开始测试一系列新的生物燃料,到2016年4月,已经优化了燃料和发动机性能,显著减少了颗粒排放,并消除了硫含量。

  氢

  瓦锡兰已经对氢有了很强的了解,其双燃料发动机和火花点燃式燃气发动机已经可以在由高达15-25%的氢组成的燃料混合物上运行,进一步突出了双燃料发动机的灵活性。但该公司认为,氢作为船舶燃料的潜力有限。

  怀特克戈说:“在船上储存深海运输所需数量的氨和甲醇比储存氢更为可行。我们看到氢的一些利基应用,因为有一些国家利益推动这种燃料,严格的地方法规可能使一些短途海运可行。但氢在航运中的主要作用将是作为其他燃料的基础。”

  瓦锡兰于2015年首次尝试在天然气发动机中使用氢,目前正在继续向纯氢发动机发展。继去年瓦锡兰的专家们集思广益地讨论发动机概念之后,在柴油和奥托循环发动机中都使用了氢。目前正在对这些项目进行分析,以便进行发动机试验。但是,由于氢的体积能量密度较低,燃料储存和供应仍然是氢的一个挑战——液化氢的能量约为每立方米液化天然气能量的三分之一,这意味着燃料箱的体积需要接近液化天然气的两倍——以及它的爆炸性和腐蚀性。

  结论

  海运燃料市场的未来还很不确定,但对船舶的投资不能停止。为了管理这种风险,船东必须准备在其船舶上增加燃料可选灵活性。内燃机是保持这种灵活性的理想工具,瓦锡兰前所未有的跨越所有燃料选择的研发计划突显了瓦锡兰对航运业的独特承诺。

  米凯尔·怀特克戈总结道:“我们的目标是确保全球船队能够获得清洁可靠的动力,无论哪种燃料,都能最终有助于航运实现其排放目标。”