船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景分析2015 (1)(共15頁)

1、船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展(fzhn)及應(yīng)用前景分析雙燃料(rnlio)發(fā)動(dòng)機(jī)是以柴油為引火燃料，可燃?xì)怏w為主燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。目前研究使用較多的為柴油天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。相對(duì)(xingdu)于石油來說，液化天然氣（LNG）具有儲(chǔ)量豐富、使用方便和排放清潔的特點(diǎn)，其基本不含硫化物和微小顆粒等有害物質(zhì)，可有效降低90%的氮氧化物和25%的二氧化碳排放量，因而是未來替代能源最理想的選擇。交通行業(yè)為高能耗、高排放、高污染的行業(yè)之一。航運(yùn)業(yè)更為明顯，世界航運(yùn)業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體排放量是航空業(yè)的2倍，船舶硫化物和氮化物的排放量則分別占到了全球總排放量的20%和30%，船用燃料已經(jīng)成為造成海洋和大氣污染的重要因素。

2、目前波羅的海、北海、北美和美國加勒比海已經(jīng)設(shè)立排放控制區(qū)（ECA）。其他地區(qū)如如墨西哥灣、阿拉斯加水域、五大湖水域、新加坡、香港、黑海、地中海以及東京灣水域也將設(shè)立排放控制區(qū)。我國于2015年12月4日發(fā)布了珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案（下稱ECA方案），開始限制船舶排放。目前，在歐洲ECA海域要求所有船舶硫排放不得超過0.1%，其他地區(qū)的減排要求也日益嚴(yán)格。由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、動(dòng)力性能等方面具有眾多優(yōu)點(diǎn)，其成為未來發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要方向。一、船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)存的技術(shù)特點(diǎn)及瓶頸技術(shù)（一）船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是根據(jù)原有柴油機(jī)改

3、裝而成，在工作原理上與柴油機(jī)幾乎相同，結(jié)構(gòu)也非常相似。與其他類型發(fā)動(dòng)機(jī)相比，雙燃料柴油機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、由于燃料為LNG清潔能源，有害物、污染氣體排放少，可以滿足IMO Tier 要求，可使船舶在排放控制區(qū)內(nèi)自由航行而不必繳納排放稅；2、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)方便，船用發(fā)動(dòng)機(jī)燃料可選氣體燃料或燃油燃料，使用成本最低的燃料，保證船舶營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性；3、與純氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相比，雙燃料柴油機(jī)的安裝成本更低，前者對(duì)續(xù)航力有要求，須較大的LNG儲(chǔ)罐，占用較大貨艙的空間，而后者只需按航線要求配較小的LNG儲(chǔ)罐，保證集裝箱的裝載量，營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)高；4、雙燃料柴油機(jī)的可靠性高，在LNG氣體泄漏時(shí)，可轉(zhuǎn)換到油模式以柴油作為燃料

4、，保證船舶正常運(yùn)行，這是純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)所無法做到的。（二）目前(mqin)存在問題雖然(surn)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研制有很長時(shí)間的歷史(lsh)，且技術(shù)比較成熟，但仍存在一些不足之處。1、發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下排放差別大雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的排放在不同負(fù)荷差別非常大。在全負(fù)荷速度特性的最大排氣煙度值僅為原柴油機(jī)的10%。但在中、小負(fù)荷和怠速工況下，由于雙燃料工作過程供給的天然氣沒有完全燃燒，不完全燃燒產(chǎn)物隨廢氣排出，使HC及CO的排放量大大增加。在中、小負(fù)荷時(shí)由于燃燒溫度低，使NOx排放降低，但隨著負(fù)荷的增大，NOx排放增加。因而采用電控技術(shù)，特別是電控噴氣和噴油技術(shù)，將是徹底解決雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、替代率、

5、熱效率和排放問題的較佳方案，這也是目前發(fā)展的主要方向。2、發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)要求高由于天然氣與柴油性能上存在一定差異，故在LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)電子控制系統(tǒng)的要求更高。天然氣對(duì)柴油的替代率是衡量雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。只有提高替代率，才能充分發(fā)揮天然氣燃料的顯著優(yōu)點(diǎn)。但替代率的提高受到燃燒性能、工作穩(wěn)定性、排放等一系列問題的制約。因此合理的替代率應(yīng)該是：在怠速時(shí)僅以柴油作為燃料，中小負(fù)荷時(shí)替代率較小，而在高負(fù)荷時(shí)替代率可達(dá)到較大值。因此，協(xié)調(diào)控制天然氣量、空氣量和柴油量，使每一工況下的天然氣對(duì)柴油的替代率都達(dá)到最佳，從而實(shí)現(xiàn)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的燃燒性能是今后必須解決的重要問題。而這只

6、有依靠先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。就燃油噴射系統(tǒng)而言，還應(yīng)從常規(guī)噴射向微噴射發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)工作在雙燃料方式時(shí)，通過機(jī)械或電控執(zhí)行器減小噴油泵的供油量，通常噴油泵的最小供油量可以達(dá)到全負(fù)荷油量的5%。這樣引起的主要問題是：噴油器的噴油量過小，容易導(dǎo)致噴油器過熱；在雙燃料工作方式，發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放雖比原柴油機(jī)低，要想進(jìn)一步降低NOx排放，必須減少引燃柴油循環(huán)噴油量；在雙燃料工作方式，發(fā)動(dòng)機(jī)的煙度大幅度減少，但顆粒(PM)排放仍較高，減小顆粒排放，必須減少引燃柴油循環(huán)噴油量；從經(jīng)濟(jì)性考慮，柴油消耗量越少越好，因此也有必要減少柴油噴射量。3、LNG儲(chǔ)罐及配套設(shè)施布置困難由于LNG需在超低溫下才能儲(chǔ)藏，故

7、儲(chǔ)罐及配套設(shè)施布置困難。如果LNG作為船用燃料，則要改變主機(jī)和燃料艙的設(shè)計(jì)布置，圓柱形壓力罐所需空間約為等量柴油所需空間的34倍，特殊的儲(chǔ)氣罐和艙室結(jié)構(gòu)增加了LNG儲(chǔ)存的重量，約為船用柴油的1.5倍，使建造成本增加約8%20%，同時(shí)維護(hù)成本也會(huì)隨之增加。4、LNG補(bǔ)給(b j)困難LNG燃料(rnlio)船的續(xù)航能力還較弱。普通(ptng)貨船難以攜帶足夠的LNG，故采用LNG作為燃料時(shí)存在續(xù)航能力不足問題。使用LNG燃料的船舶續(xù)航能力最多也只有22天（約10000海里），目前尚無法滿足遠(yuǎn)洋航行要求，而采用燃油的船舶續(xù)航力普遍在42天以上（約18000海里）。因此，LNG燃料船需要經(jīng)常加注燃料

8、。但由于船舶受漲潮落潮以及江河洪枯水位落差大的影響，無法確定停泊位置，而LNG輸送管道均為低溫管道，這種硬管延展性和伸縮性差，在岸上建造加注站存在連接問題。而進(jìn)行船對(duì)船加氣，依然面臨許多有待攻克的技術(shù)難題。因此，港口方面沒有建立起完備且實(shí)用的配套體系，使得LNG補(bǔ)給困難。二、國內(nèi)外主要研發(fā)機(jī)構(gòu)及其主要產(chǎn)品目前國外研發(fā)生產(chǎn)LNG燃料船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)的主要廠家有瓦錫蘭、MAN、卡特彼勒等。經(jīng)過多年的技術(shù)研發(fā)，國際幾大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商的產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足船舶應(yīng)用LNG燃料的需要。而國內(nèi)研發(fā)起步較晚，技術(shù)水平較低，目前僅有寧波中策、河柴重工等企業(yè)研發(fā)出LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，但與國外先進(jìn)技術(shù)和批量生產(chǎn)相比，還存在一

9、定差距。（一）瓦錫蘭瓦錫蘭公司是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)者，被公認(rèn)為該領(lǐng)域的市場領(lǐng)頭羊。目前，瓦錫蘭集團(tuán)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)有四沖程中速機(jī)和二沖程低速機(jī)，包括50DF、46DF、34DF、20DF等型號(hào)的DF系列發(fā)動(dòng)機(jī)和RT-flex50DF、X52DF、X62DF、X72DF、X82DF、X92DF等型號(hào)的X系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。DF系列發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在多種船型上成功應(yīng)用。該系列發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用LNG、船用柴油或重油，并且在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可平穩(wěn)地在各種燃料之間切換。其獨(dú)立的液態(tài)燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠保證從船用柴油向重油切換過程中輸出功率不變。和燃油模式相比，燃?xì)饽Ｊ较碌腄F發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶，其一氧化碳排放量減少約75%，

10、二氧化碳的排放量減少約20%，氮氧化物排放量可減少80%，并能實(shí)現(xiàn)硫化物的100%減排，從而滿足國際海事組織(IMO) Tier III標(biāo)準(zhǔn)。目前，DF系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)己經(jīng)在LNG船、近海供應(yīng)船、FPSO、化學(xué)品船、破冰船等船型上成功應(yīng)用，累計(jì)應(yīng)用時(shí)間超過700萬小時(shí)，可靠性非常強(qiáng)。瓦錫蘭自2005年到2014年獲得(hud)的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)訂單中，DF系列(xli)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的訂單達(dá)到50%。自問世(wnsh)以來，全球66%的新造LNG船已裝配瓦錫蘭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。X系列二沖程低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)于2013年11月起陸續(xù)推出。與其他技術(shù)相比，該系列發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少15%-20%的資本支出。該系列發(fā)動(dòng)

11、機(jī)有一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，就是能在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)使用燃?xì)夥€(wěn)定運(yùn)行，不用切換到柴油燃料模式。其在氣體模式下運(yùn)行時(shí)無需安裝廢氣清潔系統(tǒng)即能符合IMO Tier III標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢也尤為突出。該技術(shù)還具有簡單性和可靠性，采用最精簡的部件提供最經(jīng)濟(jì)的燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)等其它優(yōu)點(diǎn)。此發(fā)動(dòng)機(jī)采用的低壓燃?xì)馓幚硐到y(tǒng)，最大壓力是16bar，不需要附加外部發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，避免產(chǎn)生附加負(fù)載。X系列二沖程低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用使得液化天然氣燃料可以用于幾乎所有類型的船舶。5RT-flex50DF發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程低壓雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系列中首個(gè)投入生產(chǎn)的機(jī)型。截止到目前，該機(jī)型已獲得8個(gè)訂單。表1瓦錫蘭雙燃料中速機(jī)型號(hào)及功率系列型號(hào)最大持續(xù)功

12、率/kW燃料主要用途20DF6L20DF1,110天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）恒速發(fā)電機(jī)組，較小變速機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)8L20DF1,4809L20DF1,66534DF6L34DF3,000天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進(jìn)主機(jī)，發(fā)電機(jī)組8L34DF4,0009L34DF4,50012V34DF6,00016V34DF8,00046DF6L46DF6,870天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進(jìn)主機(jī)7L46DF8,0158L46DF9,1609L46DF10,30512V46DF13,74014V46DF16,03016V46DF18,32050DF6L

13、50DF5,850天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進(jìn)主機(jī)8L50DF7,8009L50DF8,77512V50DF11,70016V50DF15,60018V50DF17,550資料(zlio)來源：瓦錫蘭官網(wǎng)相關(guān)(xinggun)資料整理表2瓦錫蘭雙燃料低速機(jī)型號(hào)及功率(gngl)型號(hào)缸數(shù)功率范圍 /KW用途RT-flex50DF5-84775- 11520推進(jìn)主機(jī)X52DF5-84850- 11920X62DF5-87700- 19080X72DF5-810400- 25800X82DF6-916710- 38800X92DF6-1223250- 63840資料來源：瓦錫蘭官

14、網(wǎng)相關(guān)資料整理（二）MANMAN公司為船用低速機(jī)的主要生產(chǎn)廠商，繼瓦錫蘭集團(tuán)之后開發(fā)船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。與瓦錫蘭集團(tuán)一樣，該公司擁有陸用電站領(lǐng)域的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。其雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)有三個(gè)系列：ME-GI系列、DF系列和ME-LGI系列。MAN公司在其傳統(tǒng)的ME-C發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，研發(fā)出了ME-GI系列雙燃料電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，為低速二沖程機(jī)。2011年5月，在其位于哥本哈根的柴油機(jī)研發(fā)中心舉行了ME-GI雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)首發(fā)儀式。此系列的發(fā)動(dòng)機(jī)可以燃用任何比例的柴油和天然氣，甚至可以燃用液化石油氣或者重油，可作為主推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用在LNG船、LPG船、集裝箱船等多種船舶上。2014年1月，MAN公司向美國船舶運(yùn)營商

15、Crowley Maritime Corporation 提供2臺(tái)S70ME-C8-GI發(fā)動(dòng)機(jī)，這兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將安裝在Crowley Maritime 公司旗下的2艘集裝箱/滾裝船上。2014年10月，MAN公司承接了大宇造船海洋工程公司2艘LNG船4套G70ME-C9-GI雙燃料二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)合同。表3 MAN雙燃料低速發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率范圍（ME-GI系列）型號(hào)缸數(shù)功率范圍 /KW用途G95ME-C9-GI5-1234,350-82,440推進(jìn)電機(jī)S90ME-C10-GI5-1230,500-73,200S90ME-C9-GI5-1429,050-81,340G80ME-C9-GI6-928,2

16、60-42,390S80ME-C9-GI6-927,060-40,590G70ME-C9-GI5-818,200-29,120S70ME-C8-GI5-816,350-26,160L70ME-C8-GI5-816,350-26,160S65ME-C8-GI5-814,350-22,960G60ME-C9-GI5-813,400-21,440S60ME-C8-GI5-811,900-19,040G50ME-C9-GI5-98,600-15,480S50ME-C8-GI5-98,300-14,940G45ME-C9-GI5-86,950-11,120G40ME-C9-GI5-85,500-8,80

17、0資料(zlio)來源：MAN公司相關(guān)(xinggun)產(chǎn)品資料2007年，MAN公司獲得(hud)第一份雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)訂單，為西班牙船東EmpresaNavieraElcano SA航運(yùn)公司的LNG船提供了5臺(tái)8L51/60DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，該LNG船已經(jīng)在2010年德國漢堡海事展（SMM）期間完工并投入使用。2015年12月，MAN公司與新加坡勝科海事簽訂了為其提供12臺(tái)MAN 8L51/60DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的合同，這12臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將用于荷蘭承包商Heerema Offshore Services的一艘半潛式起重船。MAN51/60DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)既可使用LNG為燃料，也可使用柴油和重油為燃料

18、。如果其無限制使用LNG，可使氮氧化物排放量減少85%，硫氧化物排放量減少到當(dāng)前值的1%，二氧化碳的排放量減少20%。此外(cwi)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有L51/60DF型主機(jī)(zhj)的不足，MAN新推一款發(fā)動(dòng)機(jī)L35/44DF，其總輸出功率為32005300千瓦(qinw)，該型發(fā)動(dòng)機(jī)于2015年6月獲得了世界所有船級(jí)社的批準(zhǔn)進(jìn)入市場證書。據(jù)悉，該機(jī)型在所有運(yùn)行和測試過程中顯示了絕無瑕疵的整體性能。在所有特點(diǎn)中，各船級(jí)社代表最滿意的是該機(jī)能在100%全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)快速從氣體模式切換至柴油模式、清晰的模塊設(shè)計(jì)等等。表3 MAN雙燃料中速機(jī)型號(hào)、功率范圍（DF系列）系列型號(hào)最大持續(xù)功率/kw用途514(r

19、/min)500(r/min)推進(jìn)主機(jī)V51/60DF12V51/60DF12,00011,70014V51/60DF14,00013,65016V51/60DF16,00015,60018V51/60DF18,00017,550L51/60DF6L51/60DF6,0005,8507L51/60DF7,0006,8258L51/60DF8,0007,8009L51/60DF9,0008,775V48/60CR12V48/60CR14,40014,40014V48/60CR16,80016,80016V48/60CR19,20019,20018V48/60CR21,60021,600L48/6

20、0CR6L48/60CR7,2007,2007L48/60CR8,4008,4008L48/60CR9,6009,6009L48/60CR10,80010,800V48/60B12V48/60B13,80013,80014V48/60B16,10016,10016V48/60B18,40018,40018V48/60B20,70020,700L48/60B6L48/60B6,9006,9007L48/60B8,0508,0508L48/60B9,2009,2009L48/60B10,35010,350L35/44DF6L35/44DF3,1803,0607L35/44DF3,7103,5708

21、L35/44DF4,2404,0809L35/44DF4,7704,59010L35/44DF5,3005,100資料來源：MAN公司相關(guān)產(chǎn)品資料2013年7月1日，MAN公司(n s)宣布新研發(fā)出ME-LGI雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)型能使用(shyng)甲醇、液化(yhu)石油氣、二甲醚（DME）、生物質(zhì)乙醇等更可持續(xù)燃料。相比LNG作為船用燃料，甲醇和LPG作為船用燃料具有方便、相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)。MAN公司宣稱，ME-LGI技術(shù)是對(duì)ME-GI技術(shù)的補(bǔ)充。ME-LGI雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)特別設(shè)計(jì)了增壓燃料噴射閥，因此可以配套采用低壓燃油-氣體供應(yīng)系統(tǒng)，這有利于降低設(shè)備費(fèi)用，提高可靠性。ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)為低

22、閃點(diǎn)液體燃料雙燃料解決方案。ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)克服了低十六烷值燃料如甲醇其自點(diǎn)火型典型地欠佳的挑戰(zhàn)，利用眾所周知的ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)利用引導(dǎo)噴射船用汽油或重油。ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和安全理念類似于已經(jīng)接受的ME-GI概念的工作原理和安全理念。除了可使用船載的可持續(xù)性燃料，如甲醇和LPG，ME-LGI在環(huán)保方面也具有優(yōu)勢。MAN稱與燃用重油，采用普通燃油噴射閥和重油預(yù)噴技術(shù)的Tier2發(fā)動(dòng)機(jī)相比，以LPG作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)可降低10%15%NOX排放、90%95%SOX排放、90%PM排放、10%CO2排放。到目前為止，MAN公司已經(jīng)接獲了7臺(tái)ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)訂單-7S50ME-LG

23、I發(fā)動(dòng)機(jī)和6G50ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)變型的混合。其中第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將由三井造船工程有限公司所采用，為一艘目前正在南日本造船廠為商船三井建造的船舶生產(chǎn)。MAN公司于2015年夏季向Waterfront Shipping 公司交付了四臺(tái)ME-LGI發(fā)動(dòng)機(jī)，這批發(fā)動(dòng)機(jī)所用混合燃料的比例是95%甲醇配5%的柴油。（三）三菱重工由于雙燃料低速機(jī)具有相當(dāng)廣闊的市場前景，世界三大船用低速機(jī)品牌廠商之一的日本三菱重工正在積極著手進(jìn)人該領(lǐng)域。2012年6月，三菱重工宣稱，計(jì)劃開發(fā)低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)UECLSGi。該發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍為1.1萬l.8萬千瓦，缸徑為600毫米，計(jì)劃于2015年投入市場。在此期間，三菱重工還

24、將開發(fā)出新的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，如直接燃油噴射系統(tǒng)、氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，并計(jì)劃于2014年3月底前完成這些部件的測試工作，并進(jìn)行UECLSGi機(jī)的認(rèn)證測試。該機(jī)將使用擴(kuò)散燃燒技術(shù)，這一技術(shù)可使LNG以300巴的高壓噴射到壓縮后的空氣中，由少量燃油的引燃火焰點(diǎn)燃。與燃料混合前點(diǎn)燃相比，這種方法能更好地適應(yīng)氣體燃料構(gòu)成和發(fā)動(dòng)機(jī)突然變化的載荷。目前，三菱重工已研制出耗電少的緊湊型氣體供應(yīng)系統(tǒng)，能以300大氣壓的壓力將天然氣送入船用低速發(fā)動(dòng)機(jī)中，解決了以LNG為燃料的船用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)瓶頸問題，該系統(tǒng)在以LNG為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中將發(fā)揮關(guān)鍵作用。（四）其他(qt)公司除上述(shngsh)幾家大公司外

25、，其他公司也積極研發(fā)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。日本(r bn) HYPERLINK /app/cengine/1201 t _blank 新瀉動(dòng)力系統(tǒng)有限公司于2014年6月宣布開發(fā)出2000千瓦功率級(jí)的中速雙燃料船用 HYPERLINK /app/product_2053.html t _blank 發(fā)動(dòng)機(jī)“AHX-DF”，該機(jī)能滿足2016年開始實(shí)施的IMO Tier III氮氧化物排放法規(guī)要求。該機(jī)可使用柴油燃料或天然氣，與新瀉現(xiàn)有的滿足IMO Tier II發(fā)動(dòng)機(jī)相比，新發(fā)動(dòng)機(jī)能減少75%的氮氧化物排放。韓國現(xiàn)代重工于2012年11月研發(fā)了被稱為世界首個(gè)船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包。該公司船用推進(jìn)大型雙

26、燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是和丹麥MAN公司聯(lián)合設(shè)計(jì)和制造的，中型雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)HiMSEN、發(fā)電機(jī)和LNG燃料供應(yīng)系統(tǒng)是現(xiàn)代重工自主研發(fā)的。該公司于2014年9月研發(fā)了第二代HiMSEN雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)H27DF，并且通過了美國船級(jí)社、法國船級(jí)社、挪威船級(jí)社、德國船級(jí)社、韓國船級(jí)社、英國勞氏船級(jí)社、日本海事協(xié)會(huì)、意大利船級(jí)社的認(rèn)證。H27DF是一款四沖程九缸的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以使用柴油和天然氣。到目前為止，現(xiàn)代重工已自主研發(fā)出H27DF、H35DF、H35DFV三款雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，并已推向市場。全球第三大船用中速發(fā)動(dòng)機(jī)公司卡特彼勒在2011年11月和2013年6月分別推出了Mak M46和M34DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

27、Mak M46的單缸功率為900千瓦，在以柴油和氣體為燃料時(shí)轉(zhuǎn)速分別是500轉(zhuǎn)分和514轉(zhuǎn)分，其汽缸可呈直線或V型排列，缸徑為460毫米，沖程為610毫米，可用于電力推進(jìn)系統(tǒng)和機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)。M46發(fā)動(dòng)機(jī)在M43C發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，兩款機(jī)型采用了相同的技術(shù)路線和操作界面，由于其可在船舶航行過程中實(shí)現(xiàn)柴油和氣體燃料轉(zhuǎn)換，具有很強(qiáng)的靈活性，可在全球所有地區(qū)使用。該發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗水平低，節(jié)約燃料的水平世界領(lǐng)先，能滿足IMO Tier III標(biāo)準(zhǔn)和美國環(huán)保署Tier IV標(biāo)準(zhǔn)的要求。M34DF機(jī)是基于M32C機(jī)，具有相同的尺寸和主要參數(shù)，柴油和氣體模式時(shí)功率分別為500kW/cylinder720

28、和750。雖然設(shè)計(jì)為LNG、船用柴油和HFO無限制運(yùn)營，但M34DF機(jī)將達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的氣體模式效率。預(yù)計(jì)首臺(tái)機(jī)將在2014年10月交付。該機(jī)為340mm孔徑和460mm沖程，主要瞄準(zhǔn)海上支援船和小型貨物船推進(jìn)市場，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、靈活凸輪軸、加強(qiáng)運(yùn)營安全等功能。我國雙燃料研發(fā)企業(yè)寧波中策研發(fā)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)NF210于2015年2月順利通過排放檢測和中國船級(jí)社（CCS）型式試驗(yàn)。DF6210系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以柴油為引火燃料，天然氣為主燃料，可在兩種模式下相互轉(zhuǎn)換。該機(jī)可應(yīng)用于近海運(yùn)輸船、長江航運(yùn)船舶以及漁船、工程船、天然氣鉆井平臺(tái)和陸用電站等。在目前國內(nèi)中速柴油機(jī)市場份額被進(jìn)口機(jī)型和引進(jìn)國外許可證

29、生產(chǎn)機(jī)型大量占領(lǐng)的情況下，開展自主品牌雙燃料機(jī)的研發(fā)，并解決船用中速大功率發(fā)動(dòng)機(jī)中多燃料混合燃燒控制技術(shù)和關(guān)鍵零部件可靠性評(píng)價(jià)等技術(shù)難題，對(duì)促進(jìn)中國內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及提升我國內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品在國際市場上的競爭力有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。除DF210雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)外，中策集團(tuán)還掌握雙燃料發(fā)電機(jī)組技術(shù)，且已研制出330、320、300、210系列發(fā)電機(jī)組，并已在多船上實(shí)際應(yīng)用。中國北車（大連）柴油機(jī)有限公司(yu xin n s)研制出了240系列(xli)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī),包括(boku)6240ZD-DF型、6240ZC-DF型、8240ZD-DF型、8240ZC-DF型、12V240ZD-D

30、F型、12V240ZC-DF型、16V240ZD-DF型、16V240ZC-DF型。該系列發(fā)動(dòng)機(jī)以北車240系列柴油機(jī)為基礎(chǔ)，采用多點(diǎn)噴射技術(shù)，在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率的前提下,最大柴油替代率可達(dá)86%，燃燒后產(chǎn)生的氮氧化物可降低40%，二氧化碳可降低20%以上。240系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，是國內(nèi)目前功率最大的中速發(fā)動(dòng)機(jī)，功率覆蓋從1000千瓦至3000千瓦，技術(shù)性能達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。該系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)已于2014年順利通過中國船級(jí)社的型式認(rèn)證試驗(yàn)，符合中國船級(jí)社天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范中的“本質(zhì)安全”標(biāo)準(zhǔn)。該系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可用于船用推進(jìn)、發(fā)電機(jī)組、鉆井平臺(tái)動(dòng)力等領(lǐng)域。三、國內(nèi)外主要生產(chǎn)機(jī)構(gòu)及其產(chǎn)品概況

31、瓦錫蘭、MAN等柴油機(jī)制造商通過授予生產(chǎn)許可證的方式允許其他企業(yè)生產(chǎn)自家的柴油機(jī)。目前較大的LNG燃料船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的主要生產(chǎn)廠家有韓國現(xiàn)代重工、三菱重工、韓國斗山發(fā)動(dòng)機(jī)、中國玉柴船動(dòng)等。瓦錫蘭與韓國現(xiàn)代重工在2007年組建了瓦錫蘭現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司，該公司主要生產(chǎn)瓦錫蘭50DF系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)機(jī)型包括6L50DF、8L50DF、9L50DF、12V50DF、16V50DF、18V50DF，功率范圍在5700kW17100kW。該公司生產(chǎn)的50DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在2006年2015年每年的裝船量如圖1所示。該公司的主要市場在韓國和日本。圖 SEQ 圖 * ARABIC 1. 瓦錫蘭-現(xiàn)代發(fā)

32、動(dòng)機(jī)公司2006年-2015年每年(minin)50DF發(fā)動(dòng)機(jī)裝船量韓國斗山(du shn)發(fā)動(dòng)機(jī)公司獲得了MAN公司(n s)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)許可證和瓦錫蘭公司的RT-flex50DF機(jī)型生產(chǎn)許可證，生產(chǎn)MAN公司ME-GI系列發(fā)動(dòng)機(jī)和瓦錫蘭RT-flex50DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。玉柴船舶動(dòng)力有限公司是由廣西玉柴機(jī)器集團(tuán)有限公司投資，其業(yè)務(wù)為生產(chǎn)和銷售低速大功率船用柴油機(jī)。該公司通過引進(jìn)瓦錫蘭生產(chǎn)許可證，制造瓦錫蘭系列柴油機(jī)。在短短的五年時(shí)間里，玉柴船動(dòng)生產(chǎn)了包括DF系列在內(nèi)的多種瓦錫蘭柴油機(jī)。2015年6月，玉柴船動(dòng)成功交驗(yàn)了世界首臺(tái)投入商業(yè)運(yùn)營的5RT-flex50DF船用雙燃料低速發(fā)動(dòng)機(jī)

33、。2015年11月，玉柴船動(dòng)成功交驗(yàn)了第三臺(tái)5RT-flex50DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，該主機(jī)將用于中航鼎衡造船有限公司的15000DWT化學(xué)品船項(xiàng)目，船動(dòng)為瑞典的Terntank。 三、船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景(qinjng)分析（一）船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用(yngyng)現(xiàn)狀隨著(su zhe)Tier 排放管制一天天地臨近，以及國際海事組織對(duì)硫化物等排放的限制，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的LNG燃料發(fā)動(dòng)機(jī)越來越受到船東們的青睞。近幾年來LNG燃料動(dòng)力船的數(shù)量迅速增長。就全球范圍來說，LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)裝船量正在迅速擴(kuò)大并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。但由于世界經(jīng)濟(jì)不景氣和柴油價(jià)格降低等因素的影響，最近一段時(shí)間船

34、東對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的興趣有所降低。1、國外狀況（1）LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用船型增多隨著LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和配套設(shè)施的不斷完善，LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)從最初應(yīng)用于LNG船到現(xiàn)在應(yīng)用于起重船、化學(xué)品船、集裝箱船、客渡船等多種船型。就目前建造的船型來看，LNG船仍占有領(lǐng)先地位。其他如油船、集裝箱船、散貨船等使用LNG作為燃料的船舶比例也在增加。（2）應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大LNG作為船用燃料起步較晚，不過隨著瓦錫蘭、曼恩等廠商的LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷升級(jí)和國際海事組織對(duì)船舶排放要求的增多，越來越多的船東開始訂購和改造LNG雙燃料船。根據(jù)DNV數(shù)據(jù)，截至2011年，全球在DNV入級(jí)并運(yùn)營的LNG

35、燃料動(dòng)力船有20艘。而到2012年底，瓦錫蘭提供雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的LNG船也只有100多艘。挪威也有一部分集裝箱船、游船、渡輪和滾裝船的動(dòng)力系統(tǒng)開始使用LNG或者雙燃料。在挪威海峽，沿岸建設(shè)了LNG加氣站，部分客滾船驅(qū)動(dòng)裝置已經(jīng)改造成LNG柴油混合動(dòng)力，且運(yùn)營狀態(tài)良好。但是相對(duì)于目前其他傳統(tǒng)船舶數(shù)量而言，LNG燃料船的應(yīng)用還是非常小。（3）LNG基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展緩慢隨著雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)裝船量的逐漸增加，越來越多的船舶需要在港口加注LNG。但由于加注LNG的需求量仍然較小，各港口推動(dòng)LNG基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐緩慢。（4）發(fā)展速度受石油價(jià)格下跌影響由于世界經(jīng)濟(jì)不景氣和石油價(jià)格下跌，導(dǎo)致燃燒LNG的經(jīng)濟(jì)性相應(yīng)降低

36、，船東對(duì)LNG雙燃料主機(jī)持懷疑態(tài)度。如北歐、美國、東南亞等地LNG動(dòng)力設(shè)施及LNG動(dòng)力船的新計(jì)劃雖然在逐漸發(fā)展，但也出現(xiàn)一些回避或倒退的跡象。Brittany Ferries近期宣布放棄對(duì)旗下3艘現(xiàn)有船舶進(jìn)行LNG動(dòng)力改造的計(jì)劃，轉(zhuǎn)為安裝廢氣凈化系統(tǒng)使其能夠使用重燃油作為動(dòng)力。近期新加坡宣布，計(jì)劃到2020年向船舶提供LNG，這一計(jì)劃比原計(jì)劃推遲了兩三年。參與LNG動(dòng)力項(xiàng)目的顧問以及船級(jí)社管理人員承認(rèn)，LNG動(dòng)力開發(fā)的進(jìn)展已有所放緩，甚至止步不前。2、國內(nèi)現(xiàn)狀(xinzhung)盡管(jn gun)LNG作為(zuwi)船用燃料具備諸多優(yōu)勢，但其推廣應(yīng)用還存在許多許多障礙。障礙之一便是加氣難。

37、雖然國內(nèi)首個(gè)水上LNG加注站已于2013年試運(yùn)行，不少企業(yè)正搶灘加氣站市場，但很多建設(shè)規(guī)劃都處于紙上談兵階段，缺少便利的加氣設(shè)施使船東使用LNG燃料經(jīng)常提心吊膽。由于政策因素以及市場原因，加氣站建設(shè)緩慢，這反過來又制約了LNG船的改造和新建。加氣站數(shù)量少、加氣站建設(shè)難，成為阻礙內(nèi)河LNG動(dòng)力船發(fā)展的一大瓶頸。一個(gè)加注站的建設(shè)，順利的話也需要3年時(shí)間。我國LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)正處于迅速發(fā)展階段，自主研發(fā)、引進(jìn)許可證、發(fā)動(dòng)機(jī)改裝都在逐步推進(jìn)。自主研發(fā)方面，我國許多科研院所、大學(xué)紛紛聯(lián)合，共同推進(jìn)雙燃料柴油機(jī)的研發(fā)工作。例如，哈爾濱工程大學(xué)與安慶中船柴油機(jī)有限公司進(jìn)行了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)微噴引燃技術(shù)研究、哈

38、爾濱工程大學(xué)與淄博柴油機(jī)總公司合作進(jìn)行了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。山東大學(xué)研究了一種大型雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)，該噴射系統(tǒng)兼具電磁驅(qū)動(dòng)易控制及液壓驅(qū)動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)，噴射量大且響應(yīng)性好。該噴射系統(tǒng)可應(yīng)用與大功率雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)，并具有良好的適應(yīng)性。哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力裝置電控技術(shù)研究所在國內(nèi)率先開展船用柴油/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和氣體發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)研究，突破了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù)，成功開發(fā)出更節(jié)能、更環(huán)保，且具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。在引進(jìn)生產(chǎn)許可證方面，玉柴船動(dòng)引進(jìn)瓦西蘭雙燃料低速機(jī)技術(shù)，成功生產(chǎn)出5RT-flex50DF雙燃料低速機(jī)并交付包括瑞典Terntank的化學(xué)品船在

39、內(nèi)的三臺(tái)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。作為我國唯一有雙燃料低速機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)，玉柴船動(dòng)將研發(fā)包括使用重油作為引燃油、引燃油泵國產(chǎn)化、燃油閥單元（GVU）國產(chǎn)化、擴(kuò)展雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍等技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)改裝方面，由于(yuy)受到油價(jià)下跌使LNG經(jīng)濟(jì)性降低、政府支持力度不夠(bgu)等因素的影響，2015年1月以來(yli)船東對(duì)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)改裝的熱情逐漸在消退。短期來看，航運(yùn)業(yè)對(duì)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的改造需求將會(huì)繼續(xù)減弱。目前我國在LNG動(dòng)力改造方面還存在許多缺點(diǎn)，例如具備LNG動(dòng)力改造能力的修船企業(yè)較少、改造船型比較單一，修船企業(yè)難以滿足多種船型的改造需要等。（二）應(yīng)用前景分析1、充足的頁巖氣資源將繼續(xù)促進(jìn)LNG雙

40、燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展隨著美國頁巖氣革命的成功及在其他國家的推廣，目前已探明的頁巖氣儲(chǔ)量已經(jīng)和天然氣儲(chǔ)量相當(dāng)，以甲烷為主要成分的頁巖氣和天然氣能源儲(chǔ)量已是原油的近兩倍。天然氣的開發(fā)成果也推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中天然氣消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的24%，而我國僅有5.4%，表明我國未來的天然氣消費(fèi)需求還有很大上升空間。2、環(huán)保壓力將推動(dòng)LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣在國際上，船用燃料已經(jīng)成為對(duì)海洋和大氣的污染的重要成因，國際海事組織IMO已出臺(tái)規(guī)定對(duì)于船舶排放也分階段計(jì)劃制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在相關(guān)海域設(shè)定排放控制區(qū)ECA，嚴(yán)格控制硫氧化物、氮氧化物的排放，這些都對(duì)船舶廢物排放提出嚴(yán)格要求。國內(nèi)雖然

41、沒有設(shè)定排放限制法規(guī)，但隨著近年來空氣污染越來越嚴(yán)重，汽車、船舶等交通工具的減排問題也日益受到關(guān)注。作為清潔燃料的LNG在這方面具備優(yōu)勢，據(jù)測算相同情況下使用LNG可以減少6%70%氮氧化物、15%20%的二氧化碳和幾乎全部硫化物的排放，有效達(dá)到減排的目的。3、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將提高LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)裝船量不論是在國際還是在國內(nèi)能源市場上，LNG相比于成品油燃料均有價(jià)格優(yōu)勢。根據(jù)國內(nèi)LNG動(dòng)力船舶試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，按照當(dāng)前柴油和LNG的價(jià)格，使用混合燃料模式行駛比全柴油模式燃料成本降低20%以上，且混合燃料模式延長了發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，機(jī)油消耗降低10%以上，發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用降低30%以上。以“蘇宿貨1260號(hào)”的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，內(nèi)河3000噸級(jí)船舶，改造成本大概22萬元，按70%的替代率計(jì)算，燃料綜合節(jié)約率為17.8%，年節(jié)約燃料成本約10.5萬。目前，世界主要柴油機(jī)廠商競相開發(fā)LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，船東在新造船舶時(shí)也在考慮選用LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有廣闊的前景。4、LNG基礎(chǔ)設(shè)施將會(huì)不斷完善，從而打消船東對(duì)LNG船舶的后顧之憂由于LNG大量攜帶不方便，船舶尤其是大型遠(yuǎn)洋船舶如何進(jìn)行LNG燃料補(bǔ)給是海事界十分關(guān)注的問題。目前，海上供氣裝置的缺乏是制約海運(yùn)行業(yè)推廣使用LNG的一大瓶頸。但隨著各國對(duì)LNG燃料的重視，LNG基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)不斷完善。此外(cwi