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以温室气体减排为目标的绿色航运是当前航运业的热门话题。为了实现国际海事组织确立的减排目标和愿景，有必要使用无污染或污染小、碳中和且经济可行的绿色能源作为船用燃料。与传统燃料相比，液化天然气（liquefied natural gas，LNG）燃料能够使船舶碳排放量减少20%，加之LNG产业发展较为成熟，具有政策完善、供应可靠等优势，LNG燃料已成为中短期内最为现实可行的能够规模化应用的主流船用清洁燃料。虽然仅凭应用LNG燃料还无法实现零排放的远景目标，但随着LNG燃料在船舶运输领域成功实现商业应用，航运企业对LNG燃料的认可度逐步提高，并将其作为中短期内最佳的过渡性替代燃料，研发并应用“LNG燃料+船用燃料油”的双燃料（以下简称“LNG双燃料”）技术。本文结合绿色航运发展背景和趋势，比较各种船用替代燃料的优缺点，从订单情况、技术路径、市场供应、经济性和安全性等角度，介绍LNG燃料在大型集装箱船舶运输领域的应用现状，并展望LNG燃料应用前景。
1 绿色航运发展远景目标和政策措施
2018年4月，国际海事组织发布航运业温室气体减排初步战略和目标：到2030年，船舶单位运输活动的二氧化碳排放量比2008年减少至少40%;到2050年，船舶单位运输活动的二氧化碳排放量比2008年减少70%;到21世纪末，实现航运业温室气体零排放的愿景。鉴于集装箱船舶的温室气体排放量占航运业温室气体排放量的比重较大，国际海事组织对集装箱船舶能效设计指数提出新要求：将12万载重吨以上及20万载重吨以下的大型集装箱船舶能效设计指数在基准值的基础上下调45%，并将集装箱船舶能效设计指数第三阶段的实施时间从2025年提前至2022年。
随着气候变化议题在全球范围内引起高度关注，中国政府承诺将采取更加有力的政策措施，力争在2030年前使二氧化碳排放量达到峰值，在2060年前实现碳中和。
在此背景下，具备良好环保性能并已成功实现商业应用的LNG燃料进入人们的视野。原中国船舶工业集团有限公司董事长董强和原招商局集团有限公司董事长李建红均在2021年两会上提出关于推进绿色航运发展和LNG应用的议案，预计相关配套支持政策有望在不久的将来出台。
2 船用替代燃料比较和选择
传统的船用柴油和重质燃料油燃烧后排放的废气含有二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物等，对环境造成严重污染。目前，传统船用燃料的替代方案包括LNG燃料、液化石油气（liquefied petro-leum gas，LPG）燃料、甲醇燃料、生物燃料、氢燃料和氨燃料等（见表1），其中LNG燃料的综合性能较优。根据挪威-德国劳氏船级社发布的第四版《2050年海事展望》：在2030年或2040年环保监管收紧之前，化石燃料中的LNG燃料将占据相当大的份额。另据壳牌公司估计：到2040年，全球航运业对LNG燃料的年需求量将达到3 000万t以上。
3 LNG双燃料技术在大型集装箱船舶运输领域的应用
3.1 大型LNG双燃料集装箱船舶订造情况
从近期14 000 TEU以上集装箱船舶订造情况来看，使用重质燃料油并加装脱硫装置的船舶仍然占据主流地位;但自从达飞轮船订造的超大型LNG双燃料集装箱船舶成功交付并实现平稳运营后，越来越多的航运企业和船舶所有人开始订造LNG双燃料集装箱船舶，并且船型大多为以上超大型（见表2）。总的来看：尽管LNG双燃料集装箱船舶订单量占集装箱船舶订单总量的比重较小，但航运企业和船舶所有人选择LNG双燃料集装箱船舶的意愿逐步增强;韩国造船企业积极研发绿色高效能船舶，在LNG双燃料集装箱船舶建造领域独占鳌头。
3.2 大型LNG双燃料集装箱船舶技术路径
3.2.1 概述
大型LNG双燃料集裝箱船舶建造涉及LNG燃料舱布置、LNG燃料舱选型、主机选型、燃气供应、蒸发气体处理、燃气调节和安全防护等多项关键技术，其中：LNG燃料舱可选方案包括薄膜型燃料舱、B型燃料舱、C型燃料舱等;主机可选方案包括高压主机加低压选择性催化还原系统、高压主机加废气再循环系统和低压选择性催化还原系统、低压主机等;蒸发气体处理可选方案包括再液化回收、供锅炉焚烧、供主机使用等。不同的技术方案组合形成不同的技术路径，例如：达飞轮船采用的技术路径为，LNG燃料舱选用薄膜型燃料舱，主机选用低压主机，蒸发气体供锅炉焚烧和主机使用;EPS和赫伯罗特采用的技术路径为，LNG燃料舱选用B型燃料舱，主机选用高压主机加废气再循环系统和低压选择性催化还原系统，蒸发气体供锅炉焚烧;Greathorse采用的技术路径为，LNG燃料舱选用C型燃料舱，主机选用低压主机，蒸发气体供锅炉焚烧和主机使用。由此可见，当前大型LNG双燃料集装箱船舶多条技术路径并存，并且在投资成本、运营成本、管理难度、可靠性和安全性等方面存在差异，需要结合实船运营实践验证技术路径的可行性和有效性。本文重点介绍LNG燃料舱选型和主机选型。
3.2.2 LNG燃料舱选型
LNG燃料舱可选方案包括薄膜型燃料舱、B型燃料舱、C型燃料舱等，不同方案适用于不同船型，其中：薄膜型燃料舱技术由法国GTT公司研发，已成功应用于达飞轮船的LNG双燃料集装箱船舶项目;B型燃料舱和C型燃料舱技术也较为成熟，已分别应用于EPS和Greathorse的LNG双燃料集装箱船舶项目。与薄膜型燃料舱相比，B型燃料舱和C型燃料舱的应用时间不长，交付实绩不多;但B型燃料舱和C型燃料舱成本优势突出，并且可靠性更高（见表3）。
3.2.3 主机选型
目前国际上主流的船用主机和辅机生产企业（如MAN B&W、WinGD、HiMSEN等）已有针对LNG双燃料集装箱船舶的系列化产品可供选择，在主机选型过程中需要综合考虑多种因素。例如：MAN B&W ME-GI高压主机在油耗方面的表现优于WinGD X-DF低压主机;但前者价格较高，且日常维护更为复杂（见表4）。 3.3 LNG燃料市场供应
（1）供应价格 由于LNG燃料在船舶运输领域的应用时间不长，市场仍然处于供应设施不完善、流通性不足的阶段，尚未形成统一的价格体系。目前有能力供应LNG燃料的主流能源供应商均倾向于采用长期合约（合约期限大多为5～10年），并根据航运企业和船舶所有人对加注点、供应量和计价方式等需求提供定制化加注方案，在此基础上与航运企业和船舶所有人商定供应价格。
（2）配套设施 在航运业排放法规日趋严格、船用LNG燃料技术进步以及政府引导和支持的背景下，LNG动力船舶市场呈现积极的发展势头，从而对LNG燃料配套设施建设形成巨大的拉动作用。全球主要港口纷纷布局建设LNG燃料配套设施，未来LNG燃料的可获得性和加注便利性有望逐步提高。东西干线上的两大枢纽港鹿特丹港和新加坡港已有船舶成功加注LNG燃料的案例，国内中石油、中石化和中海油三大石油化工企业也将LNG燃料加注点布局列入各自的“十四五”规划。
3.4 大型LNG双燃料集装箱船舶经济性
以投放于远东―美东航线运营的15 000 TEU集装箱船舶为例：一方面，LNG双燃料船舶造价比常规燃料船舶造价高约2 500万美元;另一方面，由于LNG燃料舱体积较大，LNG双燃料船舶满载箱量比常规燃料船舶满载箱量少500 TEU左右。尽管如此，按照目前可以获取的市场数据测算：LNG双燃料船舶的内部报酬率约为11%，静态回收期和动态回收期分别为7.3年和9.6年。就项目投资决策而言，上述回报均在可接受的范围内。虽然目前常规燃料船舶经济性优势更明显，但从发展绿色航运的角度来看，常规燃料船舶并非积极进取的选择。如果综合考虑LNG燃料长期合约价格低于测算使用的价格、技术发展使LNG双燃料船舶造价回落以及征收碳排放税等因素，未来LNG双燃料船舶在经济效益方面将有更好的表现。
3.5 大型LNG双燃料集装箱船舶安全性
LNG具有超低温、易挥发、易燃易爆等特性，其泄漏会使人员、船舶、货物等面临巨大危险。与柴油机推进系统相比，LNG燃料推进系统更复杂，需要配置更加严格的安全防护系统和措施。虽然存在诸多风险因素，但现有的大型LNG双燃料集装箱船舶均保持较为平稳的运营状态，未见因关键设备或系统发生重大技术问题而导致船舶无法继续运营的负面报道。为了降低大型LNG双燃料集装箱船舶运营风险，可以采取以下措施：在船舶设计阶段，加强风险评估，完善设备规格和技术参数;在船舶运营阶段，配备经过专业培训的高素质船员，建立并完善相应的船舶管理系统。考虑到未来零碳燃料应用面临类似的安全问题，现阶段在大型LNG双燃料集装箱船舶运输领域提前部署并积极应对，有助于为未来顺利过渡到零碳燃料应用积累经验。
4 结束语
坚持绿色航运理念并采取持续减排措施，已成為航运业可持续发展的必由之路。虽然LNG燃料并非完美的替代燃料，但从大型LNG双燃料集装箱船舶的风险可控性和经济可行性来看，船用LNG燃料技术拥有广阔的发展前景。未来，在相关政策的驱动和引导下，随着航运企业环保压力加大及环保意识增强，船用LNG燃料供应链逐步完善，以及LNG燃料应用的安全性、经济性和规范性持续改善，阻碍船用LNG燃料技术推广应用的因素将逐步削弱或消除，航运企业采用LNG动力船舶的意愿将进一步增强。
（编辑：张敏 收稿日期：2021-04-12）
1 绿色航运发展远景目标和政策措施
2018年4月，国际海事组织发布航运业温室气体减排初步战略和目标：到2030年，船舶单位运输活动的二氧化碳排放量比2008年减少至少40%;到2050年，船舶单位运输活动的二氧化碳排放量比2008年减少70%;到21世纪末，实现航运业温室气体零排放的愿景。鉴于集装箱船舶的温室气体排放量占航运业温室气体排放量的比重较大，国际海事组织对集装箱船舶能效设计指数提出新要求：将12万载重吨以上及20万载重吨以下的大型集装箱船舶能效设计指数在基准值的基础上下调45%，并将集装箱船舶能效设计指数第三阶段的实施时间从2025年提前至2022年。
随着气候变化议题在全球范围内引起高度关注，中国政府承诺将采取更加有力的政策措施，力争在2030年前使二氧化碳排放量达到峰值，在2060年前实现碳中和。
在此背景下，具备良好环保性能并已成功实现商业应用的LNG燃料进入人们的视野。原中国船舶工业集团有限公司董事长董强和原招商局集团有限公司董事长李建红均在2021年两会上提出关于推进绿色航运发展和LNG应用的议案，预计相关配套支持政策有望在不久的将来出台。
2 船用替代燃料比较和选择
传统的船用柴油和重质燃料油燃烧后排放的废气含有二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物等，对环境造成严重污染。目前，传统船用燃料的替代方案包括LNG燃料、液化石油气（liquefied petro-leum gas，LPG）燃料、甲醇燃料、生物燃料、氢燃料和氨燃料等（见表1），其中LNG燃料的综合性能较优。根据挪威-德国劳氏船级社发布的第四版《2050年海事展望》：在2030年或2040年环保监管收紧之前，化石燃料中的LNG燃料将占据相当大的份额。另据壳牌公司估计：到2040年，全球航运业对LNG燃料的年需求量将达到3 000万t以上。
3 LNG双燃料技术在大型集装箱船舶运输领域的应用
3.1 大型LNG双燃料集装箱船舶订造情况
从近期14 000 TEU以上集装箱船舶订造情况来看，使用重质燃料油并加装脱硫装置的船舶仍然占据主流地位;但自从达飞轮船订造的超大型LNG双燃料集装箱船舶成功交付并实现平稳运营后，越来越多的航运企业和船舶所有人开始订造LNG双燃料集装箱船舶，并且船型大多为以上超大型（见表2）。总的来看：尽管LNG双燃料集装箱船舶订单量占集装箱船舶订单总量的比重较小，但航运企业和船舶所有人选择LNG双燃料集装箱船舶的意愿逐步增强;韩国造船企业积极研发绿色高效能船舶，在LNG双燃料集装箱船舶建造领域独占鳌头。
3.2 大型LNG双燃料集装箱船舶技术路径
3.2.1 概述
大型LNG双燃料集裝箱船舶建造涉及LNG燃料舱布置、LNG燃料舱选型、主机选型、燃气供应、蒸发气体处理、燃气调节和安全防护等多项关键技术，其中：LNG燃料舱可选方案包括薄膜型燃料舱、B型燃料舱、C型燃料舱等;主机可选方案包括高压主机加低压选择性催化还原系统、高压主机加废气再循环系统和低压选择性催化还原系统、低压主机等;蒸发气体处理可选方案包括再液化回收、供锅炉焚烧、供主机使用等。不同的技术方案组合形成不同的技术路径，例如：达飞轮船采用的技术路径为，LNG燃料舱选用薄膜型燃料舱，主机选用低压主机，蒸发气体供锅炉焚烧和主机使用;EPS和赫伯罗特采用的技术路径为，LNG燃料舱选用B型燃料舱，主机选用高压主机加废气再循环系统和低压选择性催化还原系统，蒸发气体供锅炉焚烧;Greathorse采用的技术路径为，LNG燃料舱选用C型燃料舱，主机选用低压主机，蒸发气体供锅炉焚烧和主机使用。由此可见，当前大型LNG双燃料集装箱船舶多条技术路径并存，并且在投资成本、运营成本、管理难度、可靠性和安全性等方面存在差异，需要结合实船运营实践验证技术路径的可行性和有效性。本文重点介绍LNG燃料舱选型和主机选型。
3.2.2 LNG燃料舱选型
LNG燃料舱可选方案包括薄膜型燃料舱、B型燃料舱、C型燃料舱等，不同方案适用于不同船型，其中：薄膜型燃料舱技术由法国GTT公司研发，已成功应用于达飞轮船的LNG双燃料集装箱船舶项目;B型燃料舱和C型燃料舱技术也较为成熟，已分别应用于EPS和Greathorse的LNG双燃料集装箱船舶项目。与薄膜型燃料舱相比，B型燃料舱和C型燃料舱的应用时间不长，交付实绩不多;但B型燃料舱和C型燃料舱成本优势突出，并且可靠性更高（见表3）。
3.2.3 主机选型
目前国际上主流的船用主机和辅机生产企业（如MAN B&W、WinGD、HiMSEN等）已有针对LNG双燃料集装箱船舶的系列化产品可供选择，在主机选型过程中需要综合考虑多种因素。例如：MAN B&W ME-GI高压主机在油耗方面的表现优于WinGD X-DF低压主机;但前者价格较高，且日常维护更为复杂（见表4）。 3.3 LNG燃料市场供应
（1）供应价格 由于LNG燃料在船舶运输领域的应用时间不长，市场仍然处于供应设施不完善、流通性不足的阶段，尚未形成统一的价格体系。目前有能力供应LNG燃料的主流能源供应商均倾向于采用长期合约（合约期限大多为5～10年），并根据航运企业和船舶所有人对加注点、供应量和计价方式等需求提供定制化加注方案，在此基础上与航运企业和船舶所有人商定供应价格。
（2）配套设施 在航运业排放法规日趋严格、船用LNG燃料技术进步以及政府引导和支持的背景下，LNG动力船舶市场呈现积极的发展势头，从而对LNG燃料配套设施建设形成巨大的拉动作用。全球主要港口纷纷布局建设LNG燃料配套设施，未来LNG燃料的可获得性和加注便利性有望逐步提高。东西干线上的两大枢纽港鹿特丹港和新加坡港已有船舶成功加注LNG燃料的案例，国内中石油、中石化和中海油三大石油化工企业也将LNG燃料加注点布局列入各自的“十四五”规划。
3.4 大型LNG双燃料集装箱船舶经济性
以投放于远东―美东航线运营的15 000 TEU集装箱船舶为例：一方面，LNG双燃料船舶造价比常规燃料船舶造价高约2 500万美元;另一方面，由于LNG燃料舱体积较大，LNG双燃料船舶满载箱量比常规燃料船舶满载箱量少500 TEU左右。尽管如此，按照目前可以获取的市场数据测算：LNG双燃料船舶的内部报酬率约为11%，静态回收期和动态回收期分别为7.3年和9.6年。就项目投资决策而言，上述回报均在可接受的范围内。虽然目前常规燃料船舶经济性优势更明显，但从发展绿色航运的角度来看，常规燃料船舶并非积极进取的选择。如果综合考虑LNG燃料长期合约价格低于测算使用的价格、技术发展使LNG双燃料船舶造价回落以及征收碳排放税等因素，未来LNG双燃料船舶在经济效益方面将有更好的表现。
3.5 大型LNG双燃料集装箱船舶安全性
LNG具有超低温、易挥发、易燃易爆等特性，其泄漏会使人员、船舶、货物等面临巨大危险。与柴油机推进系统相比，LNG燃料推进系统更复杂，需要配置更加严格的安全防护系统和措施。虽然存在诸多风险因素，但现有的大型LNG双燃料集装箱船舶均保持较为平稳的运营状态，未见因关键设备或系统发生重大技术问题而导致船舶无法继续运营的负面报道。为了降低大型LNG双燃料集装箱船舶运营风险，可以采取以下措施：在船舶设计阶段，加强风险评估，完善设备规格和技术参数;在船舶运营阶段，配备经过专业培训的高素质船员，建立并完善相应的船舶管理系统。考虑到未来零碳燃料应用面临类似的安全问题，现阶段在大型LNG双燃料集装箱船舶运输领域提前部署并积极应对，有助于为未来顺利过渡到零碳燃料应用积累经验。
4 结束语
坚持绿色航运理念并采取持续减排措施，已成為航运业可持续发展的必由之路。虽然LNG燃料并非完美的替代燃料，但从大型LNG双燃料集装箱船舶的风险可控性和经济可行性来看，船用LNG燃料技术拥有广阔的发展前景。未来，在相关政策的驱动和引导下，随着航运企业环保压力加大及环保意识增强，船用LNG燃料供应链逐步完善，以及LNG燃料应用的安全性、经济性和规范性持续改善，阻碍船用LNG燃料技术推广应用的因素将逐步削弱或消除，航运企业采用LNG动力船舶的意愿将进一步增强。
（编辑：张敏 收稿日期：2021-04-12）