船用雙燃料發(fā)動機技術(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)動機技術(shù)發(fā)展(fzhn)及應(yīng)用前景分析雙燃料(rnlio)發(fā)動機是以柴油為引火燃料，可燃氣體為主燃料的發(fā)動機。目前研究使用較多的為柴油天然氣雙燃料發(fā)動機。相對(xingdu)于石油來說，液化天然氣（LNG）具有儲量豐富、使用方便和排放清潔的特點，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。航運業(yè)更為明顯，世界航運業(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格。由于雙燃料發(fā)動機在經(jīng)濟性、環(huán)保性、動力性能等方面具有眾多優(yōu)點，其成為未來發(fā)動機發(fā)展的重要方向。一、船用雙燃料發(fā)動機存的技術(shù)特點及瓶頸技術(shù)（一）船用雙燃料發(fā)動機的技術(shù)特點船用雙燃料發(fā)動機一般都是根據(jù)原有柴油機改

3、裝而成，在工作原理上與柴油機幾乎相同，結(jié)構(gòu)也非常相似。與其他類型發(fā)動機相比，雙燃料柴油機具有以下優(yōu)點：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、運行經(jīng)濟方便，船用發(fā)動機燃料可選氣體燃料或燃油燃料，使用成本最低的燃料，保證船舶營運的經(jīng)濟性；3、與純氣體燃料發(fā)動機相比，雙燃料柴油機的安裝成本更低，前者對續(xù)航力有要求，須較大的LNG儲罐，占用較大貨艙的空間，而后者只需按航線要求配較小的LNG儲罐，保證集裝箱的裝載量，營運的經(jīng)濟高；4、雙燃料柴油機的可靠性高，在LNG氣體泄漏時，可轉(zhuǎn)換到油模式以柴油作為燃料

4、，保證船舶正常運行，這是純氣體發(fā)動機所無法做到的。（二）目前(mqin)存在問題雖然(surn)雙燃料發(fā)動機的研制有很長時間的歷史(lsh)，且技術(shù)比較成熟，但仍存在一些不足之處。1、發(fā)動機在不同工況下排放差別大雙燃料發(fā)動機的排放在不同負荷差別非常大。在全負荷速度特性的最大排氣煙度值僅為原柴油機的10%。但在中、小負荷和怠速工況下，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、小負荷時由于燃燒溫度低，使NOx排放降低，但隨著負荷的增大，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)動機動力性、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)動機對電控系統(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)動機系統(tǒng)中，對電子控制系統(tǒng)的要求更高。天然氣對柴油的替代率是衡量雙燃料發(fā)動機性能的一個重要指標。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。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：在怠速時僅以柴油作為燃料，中小負荷時替代率較小，而在高負荷時替代率可達到較大值。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柴油的替代率都達到最佳，從而實現(xiàn)雙燃料發(fā)動機最佳的燃燒性能是今后必須解決的重要問題。而這只

6、有依靠先進的電子控制系統(tǒng)來實現(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)動機工作在雙燃料方式時，通過機械或電控執(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到全負荷油量的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)動機的NOx排放雖比原柴油機低，要想進一步降低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)動機的煙度大幅度減少，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儲罐及配套設(shè)施布置困難由于LNG需在超低溫下才能儲藏，故

7、儲罐及配套設(shè)施布置困難。如果LNG作為船用燃料，則要改變主機和燃料艙的設(shè)計布置，圓柱形壓力罐所需空間約為等量柴油所需空間的34倍，特殊的儲氣罐和艙室結(jié)構(gòu)增加了LNG儲存的重量，約為船用柴油的1.5倍，使建造成本增加約8%20%，同時維護成本也會隨之增加。4、LNG補給(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。而進行船對船加氣，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用的配套體系，使得LNG補給困難。二、國內(nèi)外主要研發(fā)機構(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)動機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)動機生產(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)動機，但與國外先進技術(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)動機技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)者，被公認為該領(lǐng)域的市場領(lǐng)頭羊。目前，瓦錫蘭集團雙燃料發(fā)動機有四沖程中速機和二沖程低速機，包括50DF、46DF、34DF、20DF等型號的DF系列發(fā)動機和RT-flex50DF、X52DF、X62DF、X72DF、X82DF、X92DF等型號的X系列雙燃料發(fā)動機。DF系列發(fā)動機已經(jīng)在多種船型上成功應(yīng)用。該系列發(fā)動機可以使用LNG、船用柴油或重油，并且在運轉(zhuǎn)過程中可平穩(wěn)地在各種燃料之間切換。其獨立的液態(tài)燃油系統(tǒng)設(shè)計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，燃氣模式下的DF發(fā)動機的船舶，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%，并能實現(xiàn)硫化物的100%減排，從而滿足國際海事組織(IMO) Tier III標準。目前，DF系列雙燃料發(fā)動機己經(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，累計應(yīng)用時間超過700萬小時，可靠性非常強。瓦錫蘭自2005年到2014年獲得(hud)的船舶發(fā)動機訂單中，DF系列(xli)雙燃料發(fā)動機的訂單達到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)動機。X系列二沖程低速雙燃料發(fā)動機于2013年11月起陸續(xù)推出。與其他技術(shù)相比，該系列發(fā)動機可以減少15%-20%的資本支出。該系列發(fā)動

11、機有一個重要優(yōu)點，就是能在整個負載范圍內(nèi)使用燃氣穩(wěn)定運行，不用切換到柴油燃料模式。其在氣體模式下運行時無需安裝廢氣清潔系統(tǒng)即能符合IMO Tier III標準的優(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)濟的燃氣供應(yīng)系統(tǒng)等其它優(yōu)點。此發(fā)動機采用的低壓燃氣處理系統(tǒng)，最大壓力是16bar，不需要附加外部發(fā)動機壓縮機，避免產(chǎn)生附加負載。X系列二沖程低速雙燃料發(fā)動機的應(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)動機為二沖程低壓雙燃料發(fā)動機系列中首個投入生產(chǎn)的機型。截止到目前，該機型已獲得8個訂單。表1瓦錫蘭雙燃料中速機型號及功率系列型號最大持續(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)電機組，較小變速機械傳動的發(fā)動機8L20DF1,4809L20DF1,66534DF6L34DF3,000天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進主機，發(fā)電機組8L34DF4,0009L34DF4,50012V34DF6,00016V34DF8,00046DF6L46DF6,870天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進主機7L46DF8,0158L46DF9,1609L46DF10,30512V46DF13,74014V46DF16,03016V46DF18,32050DF6L

13、50DF5,850天然氣、船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）推進主機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型號及功率(gngl)型號缸數(shù)功率范圍 /KW用途RT-flex50DF5-84775- 11520推進主機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公司為船用低速機的主要生產(chǎn)廠商，繼瓦錫蘭集團之后開發(fā)船用雙燃料發(fā)動機。與瓦錫蘭集團一樣，該公司擁有陸用電站領(lǐng)域的雙燃料發(fā)動機技術(shù)。其雙燃料發(fā)動機有三個系列：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)動機基礎(chǔ)上，研發(fā)出了ME-GI系列雙燃料電噴發(fā)動機，為低速二沖程機。2011年5月，在其位于哥本哈根的柴油機研發(fā)中心舉行了ME-GI雙燃料發(fā)動機首發(fā)儀式。此系列的發(fā)動機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公司向美國船舶運營商

15、Crowley Maritime Corporation 提供2臺S70ME-C8-GI發(fā)動機，這兩臺發(fā)動機將安裝在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)動機合同。表3 MAN雙燃料低速發(fā)動機型號、功率范圍（ME-GI系列）型號缸數(shù)功率范圍 /KW用途G95ME-C9-GI5-1234,350-82,440推進電機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)動機訂單，為西班牙船東EmpresaNavieraElcano SA航運公司的LNG船提供了5臺8L51/60DF雙燃料發(fā)動機，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MAN 8L51/60DF雙燃料發(fā)動機的合同，這12臺發(fā)動機將用于荷蘭承包商Heerema Offshore Services的一艘半潛式起重船。MAN51/60DF雙燃料發(fā)動機既可使用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)，彌補了現(xiàn)有L51/60DF型主機(zhj)的不足，MAN新推一款發(fā)動機L35/44DF，其總輸出功率為32005300千瓦(qinw)，該型發(fā)動機于2015年6月獲得了世界所有船級社的批準進入市場證書。據(jù)悉，該機型在所有運行和測試過程中顯示了絕無瑕疵的整體性能。在所有特點中，各船級社代表最滿意的是該機能在100%全負荷運行時快速從氣體模式切換至柴油模式、清晰的模塊設(shè)計等等。表3 MAN雙燃料中速機型號、功率范圍（DF系列）系列型號最大持續(xù)功率/kw用途514(r

19、/min)500(r/min)推進主機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)動機，該機型能使用(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、相對便宜等優(yōu)點。MAN公司宣稱，ME-LGI技術(shù)是對ME-GI技術(shù)的補充。ME-LGI雙燃料發(fā)動機特別設(shè)計了增壓燃料噴射閥，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)備費用，提高可靠性。ME-LGI發(fā)動機為低

22、閃點液體燃料雙燃料解決方案。ME-LGI發(fā)動機的設(shè)計克服了低十六烷值燃料如甲醇其自點火型典型地欠佳的挑戰(zhàn)，利用眾所周知的ME-GI發(fā)動機利用引導(dǎo)噴射船用汽油或重油。ME-LGI發(fā)動機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)動機相比，以LPG作為燃料的發(fā)動機可降低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ME-LGI發(fā)動機訂單-7S50ME-LG

23、I發(fā)動機和6G50ME-LGI發(fā)動機變型的混合。其中第一臺發(fā)動機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ME-LGI發(fā)動機，這批發(fā)動機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具有相當(dāng)廣闊的市場前景，世界三大船用低速機品牌廠商之一的日本三菱重工正在積極著手進人該領(lǐng)域。2012年6月，三菱重工宣稱，計劃開發(fā)低速雙燃料發(fā)動機UECLSGi。該發(fā)動機功率范圍為1.1萬l.8萬千瓦，缸徑為600毫米，計劃于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)動機零部件，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)，并計劃于2014年3月底前完成這些部件的測試工作，并進行UECLSGi機的認證測試。該機將使用擴散燃燒技術(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燃。與燃料混合前點燃相比，這種方法能更好地適應(yīng)氣體燃料構(gòu)成和發(fā)動機突然變化的載荷。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)動機中，解決了以LNG為燃料的船用發(fā)動機的主要技術(shù)瓶頸問題，該系統(tǒng)在以LNG為燃料的發(fā)動機中將發(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)動機。日本(r bn) HYPERLINK /app/cengine/1201 t _blank 新瀉動力系統(tǒng)有限公司于2014年6月宣布開發(fā)出2000千瓦功率級的中速雙燃料船用 HYPERLINK /app/product_2053.html t _blank 發(fā)動機“AHX-DF”，該機能滿足2016年開始實施的IMO Tier III氮氧化物排放法規(guī)要求。該機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)動機相比，新發(fā)動機能減少75%的氮氧化物排放。韓國現(xiàn)代重工于2012年11月研發(fā)了被稱為世界首個船用雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)包。該公司船用推進大型雙

26、燃料發(fā)動機是和丹麥MAN公司聯(lián)合設(shè)計和制造的，中型雙燃料發(fā)動機HiMSEN、發(fā)電機和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)動機H27DF，并且通過了美國船級社、法國船級社、挪威船級社、德國船級社、韓國船級社、英國勞氏船級社、日本海事協(xié)會、意大利船級社的認證。H27DF是一款四沖程九缸的雙燃料發(fā)動機，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)動機，并已推向市場。全球第三大船用中速發(fā)動機公司卡特彼勒在2011年11月和2013年6月分別推出了Mak M46和M34DF雙燃料發(fā)動機。

27、Mak M46的單缸功率為900千瓦，在以柴油和氣體為燃料時轉(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，可用于電力推進系統(tǒng)和機械推進系統(tǒng)。M46發(fā)動機在M43C發(fā)動機的基礎(chǔ)上進行改進，兩款機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現(xiàn)柴油和氣體燃料轉(zhuǎn)換，具有很強的靈活性，可在全球所有地區(qū)使用。該發(fā)動機燃油消耗水平低，節(jié)約燃料的水平世界領(lǐng)先，能滿足IMO Tier III標準和美國環(huán)保署Tier IV標準的要求。M34DF機是基于M32C機，具有相同的尺寸和主要參數(shù)，柴油和氣體模式時功率分別為500kW/cylinder720

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

29、生產(chǎn)機型大量占領(lǐng)的情況下，開展自主品牌雙燃料機的研發(fā)，并解決船用中速大功率發(fā)動機中多燃料混合燃燒控制技術(shù)和關(guān)鍵零部件可靠性評價等技術(shù)難題，對促進中國內(nèi)燃機工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及提升我國內(nèi)燃機產(chǎn)品在國際市場上的競爭力有著深遠的戰(zhàn)略意義。除DF210雙燃料發(fā)動機外，中策集團還掌握雙燃料發(fā)電機組技術(shù)，且已研制出330、320、300、210系列發(fā)電機組，并已在多船上實際應(yīng)用。中國北車（大連）柴油機有限公司(yu xin n s)研制出了240系列(xli)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機,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)動機以北車240系列柴油機為基礎(chǔ)，采用多點噴射技術(shù)，在不降低發(fā)動機功率的前提下,最大柴油替代率可達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)動機，是國內(nèi)目前功率最大的中速發(fā)動機，功率覆蓋從1000千瓦至3000千瓦，技術(shù)性能達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。該系列雙燃料發(fā)動機已于2014年順利通過中國船級社的型式認證試驗，符合中國船級社天然氣燃料動力船舶規(guī)范中的“本質(zhì)安全”標準。該系列雙燃料發(fā)動機可用于船用推進、發(fā)電機組、鉆井平臺動力等領(lǐng)域。三、國內(nèi)外主要生產(chǎn)機構(gòu)及其產(chǎn)品概況

31、瓦錫蘭、MAN等柴油機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。目前較大的LNG燃料船舶發(fā)動機的主要生產(chǎn)廠家有韓國現(xiàn)代重工、三菱重工、韓國斗山發(fā)動機、中國玉柴船動等。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)動機制造有限公司，該公司主要生產(chǎn)瓦錫蘭50DF系列雙燃料發(fā)動機，生產(chǎn)機型包括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)動機在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、動機公司2006年-2015年每年(minin)50DF發(fā)動機裝船量韓國斗山(du shn)發(fā)動機公司獲得了MAN公司(n s)的雙燃料發(fā)動機生產(chǎn)許可證和瓦錫蘭公司的RT-flex50DF機型生產(chǎn)許可證，生產(chǎn)MAN公司ME-GI系列發(fā)動機和瓦錫蘭RT-flex50DF雙燃料發(fā)動機。玉柴船舶動力有限公司是由廣西玉柴機器集團有限公司投資，其業(yè)務(wù)為生產(chǎn)和銷售低速大功率船用柴油機。該公司通過引進瓦錫蘭生產(chǎn)許可證，制造瓦錫蘭系列柴油機。在短短的五年時間里，玉柴船動生產(chǎn)了包括DF系列在內(nèi)的多種瓦錫蘭柴油機。2015年6月，玉柴船動成功交驗了世界首臺投入商業(yè)運營的5RT-flex50DF船用雙燃料低速發(fā)動機

33、。2015年11月，玉柴船動成功交驗了第三臺5RT-flex50DF雙燃料發(fā)動機，該主機將用于中航鼎衡造船有限公司的15000DWT化學(xué)品船項目，船動為瑞典的Terntank。 三、船用雙燃料發(fā)動機的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景(qinjng)分析（一）船用雙燃料發(fā)動機應(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硫化物等排放的限制，環(huán)保、經(jīng)濟的LNG燃料發(fā)動機越來越受到船東們的青睞。近幾年來LNG燃料動力船的數(shù)量迅速增長。就全球范圍來說，LNG雙燃料發(fā)動機裝船量正在迅速擴大并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。但由于世界經(jīng)濟不景氣和柴油價格降低等因素的影響，最近一段時間船

34、東對雙燃料發(fā)動機的興趣有所降低。1、國外狀況（1）LNG雙燃料發(fā)動機應(yīng)用船型增多隨著LNG雙燃料發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展和配套設(shè)施的不斷完善，LNG雙燃料發(fā)動機從最初應(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)動機技術(shù)的不斷升級和國際海事組織對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入級并運營的LNG

35、燃料動力船有20艘。而到2012年底，瓦錫蘭提供雙燃料發(fā)動機的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)動裝置已經(jīng)改造成LNG柴油混合動力，且運營狀態(tài)良好。但是相對于目前其他傳統(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)動機裝船量的逐漸增加，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)展速度受石油價格下跌影響由于世界經(jīng)濟不景氣和石油價格下跌，導(dǎo)致燃燒LNG的經(jīng)濟性相應(yīng)降低

36、，船東對LNG雙燃料主機持懷疑態(tài)度。如北歐、美國、東南亞等地LNG動力設(shè)施及LNG動力船的新計劃雖然在逐漸發(fā)展，但也出現(xiàn)一些回避或倒退的跡象。Brittany Ferries近期宣布放棄對旗下3艘現(xiàn)有船舶進行LNG動力改造的計劃，轉(zhuǎn)為安裝廢氣凈化系統(tǒng)使其能夠使用重燃油作為動力。近期新加坡宣布，計劃到2020年向船舶提供LNG，這一計劃比原計劃推遲了兩三年。參與LNG動力項目的顧問以及船級社管理人員承認，LNG動力開發(fā)的進展已有所放緩，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)首個水上LNG加注站已于2013年試運行，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動力船發(fā)展的一大瓶頸。一個加注站的建設(shè)，順利的話也需要3年時間。我國LNG雙燃料發(fā)動機正處于迅速發(fā)展階段，自主研發(fā)、引進許可證、發(fā)動機改裝都在逐步推進。自主研發(fā)方面，我國許多科研院所、大學(xué)紛紛聯(lián)合，共同推進雙燃料柴油機的研發(fā)工作。例如，哈爾濱工程大學(xué)與安慶中船柴油機有限公司進行了雙燃料發(fā)動機微噴引燃技術(shù)研究、哈

38、爾濱工程大學(xué)與淄博柴油機總公司合作進行了雙燃料發(fā)動機的研究。山東大學(xué)研究了一種大型雙燃料發(fā)動機的燃氣噴射系統(tǒng)，該噴射系統(tǒng)兼具電磁驅(qū)動易控制及液壓驅(qū)動力大的優(yōu)點，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)動機，并具有良好的適應(yīng)性。哈爾濱工程大學(xué)動力裝置電控技術(shù)研究所在國內(nèi)率先開展船用柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機和氣體發(fā)動機控制技術(shù)研究，突破了雙燃料發(fā)動機核心關(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產(chǎn)權(quán)的船用雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)。在引進生產(chǎn)許可證方面，玉柴船動引進瓦西蘭雙燃料低速機技術(shù)，成功生產(chǎn)出5RT-flex50DF雙燃料低速機并交付包括瑞典Terntank的化學(xué)品船在

39、內(nèi)的三臺雙燃料發(fā)動機。作為我國唯一有雙燃料低速機制造經(jīng)驗的企業(yè)，玉柴船動將研發(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、擴展雙燃料發(fā)動機功率范圍等技術(shù)。發(fā)動機改裝方面，由于(yuy)受到油價下跌使LNG經(jīng)濟性降低、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LNG發(fā)動機改裝的熱情逐漸在消退。短期來看，航運業(yè)對LNG發(fā)動機的改造需求將會繼續(xù)減弱。目前我國在LNG動力改造方面還存在許多缺點，例如具備LNG動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LNG雙

40、燃料發(fā)動機的發(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量已經(jīng)和天然氣儲量相當(dāng)，以甲烷為主要成分的頁巖氣和天然氣能源儲量已是原油的近兩倍。天然氣的開發(fā)成果也推動全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，全球能源消費結(jié)構(gòu)中天然氣消費占能源消費總量的24%，而我國僅有5.4%，表明我國未來的天然氣消費需求還有很大上升空間。2、環(huán)保壓力將推動LNG雙燃料發(fā)動機的推廣在國際上，船用燃料已經(jīng)成為對海洋和大氣的污染的重要成因，國際海事組織IMO已出臺規(guī)定對于船舶排放也分階段計劃制定了嚴格的標準，同時在相關(guān)海域設(shè)定排放控制區(qū)ECA，嚴格控制硫氧化物、氮氧化物的排放，這些都對船舶廢物排放提出嚴格要求。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，有效達到減排的目的。3、經(jīng)濟性優(yōu)勢將提高LNG雙燃料發(fā)動機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格優(yōu)勢。根據(jù)國內(nèi)LNG動力船舶試點經(jīng)驗，按照當(dāng)前柴油和LNG的價格，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)動機使用壽命，機油消耗降低10%以上，發(fā)動機維護費用降低30%以上。以“蘇宿貨1260號”的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，內(nèi)河3000噸級船舶，改造成本大概22萬元，按70%的替代率計算，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，世界主要柴油機廠商競相開發(fā)LNG雙燃料發(fā)動機，船東在新造船舶時也在考慮選用LNG雙燃料發(fā)動機。因此，LNG雙燃料發(fā)動機具有廣闊的前景。4、LNG基礎(chǔ)設(shè)施將會不斷完善，從而打消船東對LNG船舶的后顧之憂由于LNG大量攜帶不方便，船舶尤其是大型遠洋船舶如何進行LNG燃料補給是海事界十分關(guān)注的問題。目前，海上供氣裝置的缺乏是制約海運行業(yè)推廣使用LNG的一大瓶頸。但隨著各國對LNG燃料的重視，LNG基礎(chǔ)設(shè)施會不斷完善。此外(cwi