一、相关政策法规:
2022年6月24日,交通运输部、国家铁路局、中国民用航空局、国家邮政局贯彻落实《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》的实施意见发布。该意见第(六)条提出了探索甲醇、氢、氨等新型动力船舶的应用方向。
2022年7月1日,中国船级社(CCS)发布的《船舶应用甲醇/乙醇燃料指南》(2022)正式生效。
2022年9月27日,工业和信息化部 发展改革委 财政部 生态环境部 交通运输部联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》(工信部联重装〔2022〕131号)文件。
文件指出:内河船舶主要包括客船、货船、工程船等,到2025年,要实现在液化天然气(LNG)、电池、甲醇、氢燃料等绿色动力关键技术应用上取得突破。
文件确定,甲醇、氢等动力作为优先发展绿色动力技术之一,加快船用甲醇发动机研发,降低甲醛等非常规污染物排放,提升船用甲醇燃料电池功率范围和燃料转化效率,推动甲醇动力技术在货船等应用,完善纯电池动力、甲醇、氢燃料等船舶技术规范。
目前,在我国交通运输领域,甲醇作为动力燃料已经明确。汽车领域已有一定规模的应用,船舶动力应用甲醇燃料的文件及官方意见、技术指南也逐步发布。说明政府部门、管理机构、产业和能源消费市场,对“双碳”发展目标下发展甲醇作为能源的共识正在形成。
二、几点提示备忘:
2015年首条船舶动力成功应用甲醇燃料以来,目前,在国际航运领域,甲醇燃料已经正式进入市场商业化应用。之后的2019年,广船国际代表具有国际远洋船舶建造优势的我国造船工业,正式接单开展甲醇船舶建造。目前,中国船舶建造和航运产业,已经进入甲醇燃料动力船舶建造和营运的快速发展期。
针对船舶动力应用甲醇燃料的国内外发展趋势,笔者所在机构着手组织开展基础调研,分别从六个维度对比分析提出了:“船舶动力应用不同燃料理化参数、对外依存度、输配送装备对比”、“建造船舶动力采用不同替代燃料技术方案对比”、“在用船舶动力替代燃料应用技术方案主要内容对比”、“不同船型选用替代燃料航运区域适应性对比”、“船舶动力应用替代燃料 加注供给系统 基本要求对比”、“船舶动力应用不同替代燃料加注及保障主要内容对比”。给政策制定、科学研究、船舶建造、航运公司、监管部门以及甲醇燃料制备和输配送业界,提供了决策和践行的参考依据。
三、远洋及内河船舶新能源内燃机
为满足船舶行业对甲醇燃料动力的认知和需求,笔者邀请业界专家,特别提供成熟和在用的船舶甲醇燃料动力技术体系介绍,在此摘录,供需求者参考和选用。
需要说明的是,瓦锡兰甲醇燃料发动机和MAN甲醇燃料发动机,在我国有合资企业和许可证生产企业制造,完全可以选择采购,船舶甲醇燃料动力中国制造完全可以信赖。
1、 瓦锡兰甲醇燃料发动机
为顺应航运业去碳化的大趋势,芬兰瓦锡兰集团开发出第一款面向新造船市场的Wärtsilä 32甲醇发动机。该发动机的开发是基于其成熟的Wärtsilä 32发动机平台,具有最先进的自动化、控制系统和其它前沿的发动机技术;并且结合经过长达7年实船验证的甲醇喷射和燃烧技术。(欧洲一条客滚船2015年改装成以甲醇做燃料)
Wärtsilä 32甲醇发动机是一款多燃料发动机,除了甲醇之外,还可以使用重油、轻柴油以及符合标准的生物柴油,可以在各种燃料间进行切换且不损失输出功率。
Wärtsilä 32甲醇发动机采用的是迪塞尔循环。在甲醇模式,燃料的喷射是用一套高压共轨系统。燃油模式,还是沿用传统的高压燃油喷射泵。在使用甲醇作为燃料时,和轻柴油相比:二氧化碳可以降低90%以上(绿色甲醇);氮氧化物降幅超50%;甲醇的燃烧不会产生硫氧化物和颗粒物。
Wärtsilä 32甲醇发动机的单缸输出功率为580kW,直列机分别有6缸,7缸,8缸和9缸,另外还有12缸和16缸两种V型机可供选择,单机可覆盖的功率段3.5MW-9. 28MW。不仅可以作为大型商船的辅助发电机组,也可以作为电力推进船舶的发电主机,还可以变转速的方式作为船用主机使用。
2、MAN甲醇燃料发动机
甲醇燃料船舶动力,如此清洁的机舱,为招聘轮机长,提供了有利的条件。
MAN公司在2015年在哥本哈根的实验室开始甲醇主机的实验,同年在HHI机厂进行了G50甲醇主机的试车,并于2016年进行了第一次甲醇主机的海试。至今已经有6年的运行经验,并在此后的时间里积累了12万小时的运行及服务经验。截至2022年6月已经有56台甲醇主机的订单,例如马士基的16200箱集装箱船采用了8G95ME-C10.5的甲醇双燃料主机的动力方案。2022年广船国际交付的Stena的5万吨油轮,采用的是G50的甲醇加水可以满足TIII要求的双燃料主机方案。
MAN的甲醇双燃料主机采用的是Diesel循环,该循环在活塞上行的过程中压缩空气,在上止点前点火油喷入引燃后喷入的甲醇燃料,推动活塞下行做功,因此具有运行不受外界环境影响的特性,同时也没有敲缸的风险。此外MAN甲醇主机应用的Diesel循环没有效率损失,因此使用甲醇主机可以做到和单燃料燃油主机一样的最大功率输出。引燃油的比例为5%,可以采用MGO或VLSFO作为引燃油,共用现有主机的供油系统,不需要额外的点火油供给设备。此外主机可在10%-100%的主机负荷进行燃油和甲醇燃料的任意切换,操作简便满足多燃料的使用需求。主机上甲醇供应单元为模块化分体设计,液压管路、甲醇管路在缸盖内做了预埋,减少缸盖上管路维护方便。
MAN目前的甲醇双燃料主机有G95ME-C10.5,G80ME-C10.5,G50ME-C9.6,S50ME-C9.6四款机型可供选择,功率上至82440kw下至5400kw。同时MAN也在加紧开发G60 ,S60 ,G70等甲醇双燃料主机以满足市场上对MAN甲醇主机愈来愈多的需求。
对于TIII的排放,MAN应用了成熟的EGR废气再循环技术作为TIII要求的解决方案,主机的外形和TII的外形接近,对船舶的机舱布置影响很小,同时可以满足NECA区域的排放要求。
3、中国的柴油/甲醇二元燃料发动机
柴油/甲醇二元燃料燃烧是指,甲醇在发动机进气过程中与空气形成混合气,然后在气缸内与喷进的柴油一起燃烧。在燃烧方式上,区别于柴油机采用的燃料扩散燃烧方式,而采用准均质燃料压燃方法,具有效率高、排放少的特点。该技术突破甲醇不易压燃、与柴油不能互溶以及甲醇蒸发性不良的所谓“三难”障碍,实现了甲醇燃料直接应用到压燃式柴油机上。
在具体应用中,发动机起动时采用柴油燃料,解决甲醇难以直接冷起动的困难。采用柴油/甲醇二元燃料的发动机,其主体结构不用做任何变化。由二元燃料燃烧方式发展的柴油/甲醇组合燃烧技术,可以直接应用于各种压燃式柴油机。
需要特别说明的是,该技术由我国天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室姚春德教授团队创新开发,全部技术拥有自主知识产权。自2016年以来,共发表相关论文178篇,国外刊物近100篇。出版中文专著1部,参与国际专著1部。发表在《2019年70卷能源与燃烧科学进展》专刊上的“Methanol as a fuel for internal combustion engines”(中文名称“用作内燃机燃料的甲醇”)专著文章,引用该技术4篇论文内容。
目前,该支撑技术应用的所有涉醇零部件和控制系统技术及控制单元硬件,已经完成了工业化生产和产业化应用的储备。
采用该技术的5辆重型柴油/甲醇双燃料重卡,全程参加工信部组织的甲醇汽车试点工作,2018年通过国家验收。
采用该技术的柴油/甲醇双燃料船用发动机,2019年5月装载江龙船艇公司制造船舶下水。
采用该技术的铁路内燃机车,于2019年5月在江苏常州戚墅堰机车公司,通过中车集团组织的验收。
2018年12月,根据原农业部渔检局下达的应用研究项目,该技术应用在江苏南通的渔船“苏通渔02269”号上进行实船发动机改造。验收评测结果,发动机烟度排放平均减少60%,燃料经济性成本降低近20%。
相信,在工业和信息化部 发展改革委 财政部 生态环境部 交通运输部联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》(工信部联重装〔2022〕131号)文件的导引下,采用柴油/甲醇二元燃料燃烧技术的新能源内燃机,一定会有更加广泛和宽泛的应用市场。
作者:魏安力
编辑:杨慧中
来源:今日头条