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船舶减排方案谁更胜一筹?

2019-07-10 20:03:20
来源:中国船检 编辑: 国际船舶网 我有话要说

随着国际海事组织新标准、新规范的密集出台和陆续实施,航运界正在掀起一场节能减排大变革。船舶尾气污染物排放控制已成为当下业界关注的焦点。目前,业界主要采用船舶?#25472;?#28165;洗系?#22330;?#22825;然气燃料动力、低硫燃油、船舶岸电系统?#20154;?#31181;减排措施,本文基于国内航运的实际发展情况比较上述四种方案,以期对船舶尾气减排方案的选取提供参考。

船舶?#25472;?#28165;洗系统(EGCs)

根据MARPOL公约的要求,自2020年1月1日起,船舶所使用的燃油硫含量不应超过0.5%m/m,当船舶航行于排放控制区(ECA)时,则禁止使用硫含量超过0.10%的燃油。通过安装?#25472;?#28165;洗系统(EGCs),可将船舶排放尾气中的硫氧化物(SOx)清除,达到与使用低硫燃油等效的减排效果。

1、?#25472;?#28165;洗系统(EGCs)在船上的应用

安装有?#25472;?#28165;洗系统(EGCs)的船舶,可直接使用高硫份燃料油,因其管理便利及运营成本低等特点,一直备受业界的关注,按其产品类?#22270;?#24037;作原理可主要分为:开式(Open)、闭式(Close)&混合式(Hybrid)。

IMO于2015年修订并通过的MEPC.259(68)《?#25472;?#28165;洗系统导则》是船舶使用EGCs作为符合SOx 排放控制要求的替代措施及EGC系统法定检验的重要依据,该导则详细规定了?#25472;?#28165;洗系统的排放符合性(包括?#25472;?#25490;放和洗涤水排放)的验证方法和检验程序。但不同国家/地区关于SOx排放的替代措施可能会有特殊规定,因此,当准备使用?#25472;?#28165;洗系统时应注意船舶拟航行区域的相关要求,尤其应注意如下:

2、现有船安装?#25472;?#28165;洗系统(EGCs)的关注要点

根据?#25472;?#28165;洁系统联合会(EGCSA)的数据统计,截止2018年9月份为止,全球已安装和已下单EGCs的船舶共有1321艘。EGCs作为船上的防污染系统的重要组成部分,除了应满足法定的相关要求外,还须考虑系统运行的安全性,即系统及设备的日常操作使用不应对船舶、人员安全造成危害,?#26434;?#29616;有船安装?#25472;?#28165;洗系统还应重点关注如下:

(1)经济性评估:包括船龄、航线、投资回报率、EGCs在排放控制区的运行时间、柴油机输出功?#23454;齲?/p>

 (2)?#38469;?#21487;行性研究:包括船旗国&港口国的特殊要求、船舶类型、船上安装EGCs的位置、主辅机最大继续功率下的?#25472;?#25490;放等综合因素;

(3)安装EGCs对现有船舶可能造成的影响:空船重量、载重量、船舶重心、完整稳性、破舱稳性、防火控制布置、舾装数、驾驶室视野、舷外排口周围船?#21069;?#30340;防腐处理;

(4)风险分析、EEDI复核、NOx?#38469;?#25991;件复核、监测与安全保护等。

船舶岸电系统

船舶靠泊码头时,使用岸基电源向全船供电,通过停用船舶发电机组,实现船舶停泊港口时尾气零排放。由于该项?#38469;?#36739;为成熟,港口及船舶的岸电设备加装都具有较强的可操作性和较易的可实?#20013;裕?#26159;有效控制港口城市群空气污染的手段之一。2019年3月18号,交通运输部、能源局和国家发改委等6部委共同发布了“关于进一?#28966;?#21516;推进船舶靠港使用岸电工作的通知”,要求自2019年7月1日起,具有船舶岸电系统船载装置的现有船舶(液货船除外)应按要求靠港使用岸电,2022年1月1日起中国籍的内河船舶和海船应按要求靠港使用岸电,同时鼓励港口企业、岸电设施运营企业与航运企业签订岸电使用协议,不断提高岸电使用比例。

1、船舶岸电供电模式

港口岸电系统主要包括三个部分:岸基供电部分、岸-船连接系?#22330;?#33337;用负载部分,其基本架构及加装(改造)要点如下:

岸基供电部分由港口变电站供电,经过变压(如?#35270;?、变频(如?#35270;?,当输入电源与船舶电力系统的参数一致,利用岸-船连接系统,在相序一致的情况下,将电能通过船载电网输送至负载处。港口岸电的供电模式可以分为以下三类:高压模式、低压模式和低压小容量模式。

(1)高压模式。高压模式的供电方式是将6.6kV/6kV、60Hz/50Hz的高压电源,接入船上配备的船载变压设备后供负载使用,或者直接使用。码头岸电系统的容量在介于630kVA~1600kVA时,建议采用高压上船方式;当容量在大于1600kVA时,应采用高压上船方式。

(2)低压模式。低压模式的供电方式是将码头电网变频、变压转换为450V/400V、60Hz/50Hz低压电源,直接接入船上供负载使用。码头岸电系统的容量在630kVA以下,宜采用低压上船方式。

(3)低压小容量模式。低压小容量模式的供电方式是将码?#25918;?#21464;380V三相低压电源,经低压一体化岸电桩输出380V或220V电源,接入船上供负载使用。此方式仅?#35270;?#20869;河船舶等。

2、船舶岸电关注要点

(1)不同类?#22270;岸?#20301;的船舶会根据实际情况,选取不同电压及电制的船舶电网,不同国家及地区的船舶电网也不尽相同。高压船舶电站的电压等级可为11kV,6.6kV(60Hz)或6kV(50Hz) ,低压船舶电站的电压等级可为440V(60Hz)或400V(50Hz),因此,码头的岸电供电系统应能输出不同电制和频率的电源,以匹配受电船舶电网就显得尤其重要,目前,市场上?#35270;?#20110;海洋环境的高功率高压变频器?#28304;?#22312;?#38469;?#23616;限。

(2)由于岸电电源容量相对较小,当船舶使用岸电时,负载的变化也会引起岸基电压变化,当电压偏差?#21040;?#22823;时,会降低船上负载的运行效率,因此,对岸电电压的自动调节功能提出了比较高的要求。

(3)船舶靠泊时,连接电缆通过电?#38470;?#36710;及电缆导轨放送至岸基上,通过人工方式接插在岸基的电源装置插座上,电?#38470;?#36710;可根据船舶与岸基距离收放电缆。当船舶靠岸时,应避免电缆达到其拉伸极限、扭曲极限及弯曲极限,从而导致机械?#31995;?#33073;扣及触电危险。

LNG动力

目前,我国越来越多的船舶选择天然气燃料动力系统预先设计?#23433;?#32622;,在船舶设计与建造阶段即考虑将来LNG动力系统相关的改造需求。2018年8月10日,交通运输部下发《关于深入推进水运行业应用液化天然气的意见(征求意见稿)》,力求加快推进船舶用能升级和港口污染防?#21361;?#28145;入推进水运行业应用液化天然气(LNG)清洁能源,?#38469;?#35201;点重点归纳如下:

(1)推进LNG码?#26041;?#35774;,围绕建立长期稳定的天然气产供储销体系要求,积极推进沿海尤其是环渤海地区LNG码?#26041;?#35774;,加快内河LNG码?#26041;?#35774;,提升LNG?#26377;?#21644;转运能力。

(2)提升LNG水路运输能力。率先以长江?#19978;?#20026;主稳步推进内河LNG运输,有序发展国内LNG运输船队,不断壮大远洋LNG运输船队规模。

(3)推进港区LNG加气站规划,优化港区控制性详细规划,合理有序布?#25351;?#21306;LNG加气站。有序发展多种加注方式,沿海重点发展移动加注和港口槽?#23548;?#27880;方式,探索发展浮式加注,内河重点发展趸船式、岸船式加注方式,补充发展移动加注方式。

(4)提升研发与集成应用水平,加快高性能纯天然气发动机和低排放LNG-柴油双燃料发动机?#38469;?#30740;发,进一步提高污染物排放控制?#38469;?#27700;平。支?#25351;?#21487;靠性安防报警系统和供气系统开发,提高集成应用水平,加大LNG动力节能环保新船型开发应用。

低硫燃油使用

通过岸基燃油(HFO)预脱硫处理后,船舶使用符合规定的MGO(硫含量≤0.1%m/m),从本质上减少船舶尾气的硫排放,是目前航运界比?#25472;?#36941;的做法。尽管MGO替代HFO不需要额外的初期投资,转换操作便捷,但低硫燃油与重油的理化特性差别较大,因其发热值高、密度低、粘度低、润滑性差等特点,长时间使用低硫燃油会对船舶主辅机产生一定的影响,具体如下:

(1)低粘度:满足ISO 8217标准的轻?#35270;蚆DO(DMA)的粘度值(@40℃)介于1.5cst~6.0cst之间,而传统柴油机的燃油喷射推荐粘度为10cst~15cst,因此长期过低的燃油粘度会加速喷油器、高压油泵等?#32771;?#30340;磨损;

(2)硅铝含量高:采用催化加氢方法提炼的低硫燃油硅铝含量较高,当有相当部分的硅铝成分以颗粒形式存在于燃油系统时,将会导致高压油泵柱塞套?#25165;技?#30952;损,甚至有可能出现油阀卡阻,喷油器针阀磨损等现象;

 (3)高碱?#32469;?#32568;油:由于低硫燃油PH?#21040;?#22823;,与高碱性汽缸油酸碱中和反应不好,将导致材料腐蚀加快。根据主机、副机设备厂家的指导说明,当设备长时间使用低硫燃油时,如果仍使用传统的高碱?#32469;?#32568;油,将导致缸套活塞环槽积碳、缸套磨损、甚至减少缸?#36164;?#29992;寿命,因此应及时更换为碱度?#31995;?#30340;汽缸油或曲轴箱滑油;

(4)混合燃油:为了迎合航运市场日益增长的低硫燃油需求,区别于传统燃油市场供应的低硫馏分油(如DMA、DMB等),船用燃油供应市场推出了混合FAME(生物柴油)的船用馏分油。ISO 8217标准第6次修订版新增加了DFA、DFZ、DFB三?#33267;?#20998;油类型,规定混合FAME的体积百分比不超过7%,其他各项指标分别与DMA、DMZ、DMB一致,因此,船上使用这种混合了FAME的船舶馏分油时,储存、处理、使用等方面的要求与ISO8217标准规定的船用柴油(DMA、DMZ、DMB)基本相同,然而,考虑到生物柴油具有易氧化、生物分解、对燃油?#23637;?#21450;系统沉积物的清洗等潜在特性,船上使用这种燃油时,仍需额外考虑一些注意事项,比如储存周期、燃油状态监测、含水量和微生物监测、滤器状态监测等。如船舶拟使用这种燃油,应与柴油机、锅炉等设备厂咨询,确认燃油设备使用这种燃油的兼容性。关于这种燃油的使用,国际内燃机委员会(CIMAC)专门制定了燃油管理指南“船舶购买和使用该类燃油时,还应寻求柴油机、锅炉、分油机等设备制造厂的相关指导和建议。”

实船使用低硫燃油注意要点

(1) 应充?#21046;?#20272;船舶主辅机及锅炉、燃油系统(包括管路附件及泵系)使用低硫燃油的安全?#32422;笆视?#24615;。若系统需要加装低硫燃油冷却系统才能满足主辅机的进机粘度要求,应及时对燃油系统进行改造;

(2) 低硫燃油舱隔离储存的安全?#32422;?#29123;油转换的可行性;

(3) 船舶管理公司应编制符合实船情况的低硫燃油转换程序,且该程序应纳入船舶安全管理体系。当船舶进出排放控制区时,应按照转换程序提前做好燃油转换,燃油转换前后的船位、时间、燃油柜的存量等信息均应在轮机日志中做好记录。

四种方案的比较与分析

采用以上四种方案都能有效控制船舶尾气排放,这四种减排方案各有优缺点,?#38469;?#35201;点对比如下表。

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