談?wù)凩NG動力郵輪新造船狀況及應(yīng)用前景
相比傳統(tǒng)燃油，LNG可有效減少90%~99%的硫氧化物和微小顆粒物、80%左右的氮氧化物等污染物排放，以及20%~25%的二氧化碳溫室氣體排放，滿足IMO的0.5%限硫令和Tier Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，被航運(yùn)界視為未來一段時間內(nèi)的主要清潔能源。
LNG在郵輪上的應(yīng)用主要有兩種途徑：一是用作雙燃料主機(jī)的燃料；二是用作燃料電池的燃料。目前前者技術(shù)相對成熟，后者尚處于研究示范應(yīng)用階段。
LNG動力大型郵輪AIDAnova號
全球首艘完全采用LNG動力的郵輪AIDAnova號于2018年12月在德國邁爾船廠完工交付，開啟了LNG郵輪的新時代。AIDAnova號是嘉年華集團(tuán)18萬總噸級“Excellence-Helios”系列LNG動力郵輪的首制船，也是嘉年華集團(tuán)迄今為止最大的郵輪。此前嘉年華擁有AIDAprima號和AIDAperla號兩艘LNG郵輪，這兩艘郵輪由日本三菱重工建造，均配備了Cartepillar的MaK雙燃料發(fā)動機(jī)，可在停泊時使用LNG燃料，但船上沒有LNG儲存裝置，無法在航行和進(jìn)出港時使用LNG動力，因此不是真正意義的LNG動力郵輪。
“AIDAnova”號的LNG儲罐位置示意（圖片來源：www.ilsenburger-grobblech.de）
AIDAnova號配備4臺MaK 16M-46DF雙燃料發(fā)電機(jī)組，總功率61.76 MW；安裝3個LNG儲罐，總?cè)莘e3570 m3，足夠支撐其航行2周；其中2個大型儲罐長35 m，直徑7.75 m，容積1525 m3；1個小型儲罐長28 m，直徑5 m，容積520 m3。罐體采用 Ilsenburger Grobblech公司的X8Ni9鎳合金鋼，可承受-196 ℃的低溫，最大板厚50 mm，最小抗拉強(qiáng)度640 MPa，鋼板總重308 噸。此外該船還配有3 000 m3的MGO儲存艙。
“AIDAnova”號的LNG儲罐外形（圖片來源：www.ilsenburger-grobblech.de）
2019年年底，“Excellence-Helios”級系列二號船，同時也是世界第二艘LNG動力郵輪“Costa Smeralda”號在邁爾圖庫船廠完工交付。
LNG動力大型郵輪新造船情況
LNG動力大型郵輪（>70000 GT）訂單占比逐年穩(wěn)步上升，2020年~2025年間將交付48艘大型郵輪，其中20艘為LNG動力，占比高達(dá)42%。表1為LNG動力大型郵輪新造船的概況，地中海、皇家加勒比、嘉年華、迪斯尼都已訂購了LNG動力大型郵輪。
2020年~2025年交付的LNG動力大型郵輪新造船情況（數(shù)據(jù)來源：www.cruiseindustrynews.com，更新至2020年8月）
總體上，LNG動力郵輪新造船的總噸位要大于常規(guī)電力推進(jìn)郵輪。除迪斯尼的3艘郵輪為14萬總噸外，其余17艘均為超大型郵輪。訂單顯示，新造的LNG動力郵輪總噸位均值為18.1萬，遠(yuǎn)大于常規(guī)動力郵輪14.6萬的均值。究其原因在于LNG動力郵輪需要較大的空間來布置LNG儲罐，這也進(jìn)一步推動了船型的大型化趨勢。
LNG動力郵輪在乘客空間比、乘客船員比和每客位造價三項(xiàng)指標(biāo)上，與常規(guī)動力郵輪相差不大。LNG動力郵輪的每客位造價均值為22.8萬美元，甚至小于后者的24.9萬美元。其主要原因是前者船型偏大，標(biāo)準(zhǔn)床位相對多，進(jìn)而攤薄了建造單價。相應(yīng)地由于尺寸的增加，LNG動力郵輪的整體造價也高出許多。
大型郵輪新造船的兩項(xiàng)指標(biāo)
LNG動力探險郵輪新造船情況
近年來LNG探險郵輪呈爆發(fā)式增長，2019-2023年的探險郵輪新造船共有47艘，年均約10艘，而2017年、2018年僅交付2艘和4艘。這波行情主要是由南極、北極探險旅游升溫帶動的。
龐洛郵輪的“Le Commandant Charcot”號是高端奢侈探險郵輪的代表，是全球首艘，也是目前唯一一艘LNG動力探險郵輪新造船。該船裝有4臺瓦錫蘭14V31DF和2臺10V31DF雙燃料發(fā)電機(jī)組，總功率40 MW；采用法國GTT公司的“MARK III”薄膜型LNG儲存艙，艙容4500 m3，是世界上第一艘采用薄膜型LNG儲存艙，而非C型罐的郵輪；乘客空間比高達(dá)117，每床位造價高達(dá)120萬美元，兩項(xiàng)指標(biāo)均為探險郵輪新造船之最。
2020年~2025年交付的LNG動力探險郵輪新造船情況（數(shù)據(jù)來源：www.cruiseindustrynews.com，更新至2020年8月）
LNG燃料電池應(yīng)用情況
燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無環(huán)境污染物排放、可低溫快速啟動、振動和噪聲等級低等優(yōu)點(diǎn)，是頗具潛力的船舶動力裝置。燃料電池按其電解質(zhì)不同，可分為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、磷酸燃料電池（PAFC）和堿性燃料電池（AFC）等幾種。理論上燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)90%，由于受工作條件限制，目前燃料電池的實(shí)際能量轉(zhuǎn)化效率僅為40% ~ 60%。
LNG可直接用作固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池的燃料氣，也可作為原料加熱制氫后作為氫燃料電池。
瓦錫蘭比較關(guān)注船用固體氧化物燃料電池的開發(fā)，WFC20 20kW燃料電池已實(shí)現(xiàn)客船的示范應(yīng)用。該電池采用模塊化設(shè)計，可以采用多個燃料電池單元構(gòu)建成大型系統(tǒng)。目前瓦錫蘭正致力于50 kW以上燃料電池的商業(yè)化產(chǎn)品開發(fā)。
預(yù)定于2022年5月交船的地中?！皻W羅巴”號LNG動力郵輪將示范安裝一套50 kW的固體氧化物燃料電池。該燃料電池由法國Entrepose公司設(shè)計，使用LNG作為燃料，工作溫度約750度，最高電能轉(zhuǎn)化效率60%；能同時消除硫氧化物、氮氧化物和微小顆粒物的排放；與常規(guī)雙燃料主機(jī)相比，能減少~30%的溫室氣體排放。
總體上，目前燃料電池技術(shù)還不成熟，功率小，壽命短，燃料儲存難度大，離大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有較大差距。
豐田開發(fā)的250 kW LNG燃料電池樣機(jī)
LNG郵輪的熱潮需理性看待
LNG動力是郵輪，特別是大型郵輪的重要發(fā)展趨勢。我國正致力于郵輪設(shè)計制造領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)，不能忽視這一發(fā)展趨勢。采用LNG動力，勢必增加郵輪的開發(fā)設(shè)計和建造難度，我們必須立即著手建立相關(guān)技術(shù)儲備，但也需理性看待LNG在郵輪上的應(yīng)用前景。
LNG是解決溫室氣體零排放的過渡解決方案
環(huán)保主義組織“航運(yùn)清潔聯(lián)盟”在一份提交給IMO的技術(shù)報告中聲稱，LNG中的主要成分甲烷本身就是一種溫室氣體。以100年時間計算，每克化石甲烷對氣候造成的直接影響是等量二氧化碳的30倍。而在LNG的生產(chǎn)、運(yùn)輸、加注、使用的整個周期中，存在大量“甲烷逃逸”。造船和航運(yùn)界比較關(guān)注發(fā)動機(jī)工作時的“甲烷逃逸”，但據(jù)稱LNG生產(chǎn)過程中的“甲烷逃逸”更為嚴(yán)重。從這個角度看，廣泛采用LNG反而可能加快溫室氣體排放總量的增長。因此，該組織呼吁IMO的溫室氣體減排戰(zhàn)略應(yīng)當(dāng)關(guān)注“真正的”低碳燃料，將LNG從低碳替代燃料的名單中剔除，但目前各界鮮有響應(yīng)。
即使不考慮“甲烷逃逸”，LNG還是會有二氧化碳排放，只是解決零碳排放的過渡解決方案。
LNG碼頭加注設(shè)施不完善影響郵輪運(yùn)營
正所謂“理想豐滿，現(xiàn)實(shí)骨感”，目前LNG碼頭加注設(shè)施尚不完善，大多依靠槽罐車加注，加載速度慢，影響郵輪運(yùn)營調(diào)度。在歐洲這樣LNG碼頭加注設(shè)施相對完善的地區(qū)尚且如此，不難想象在其它地區(qū)的狀況。
推高建造成本增加運(yùn)營壓力
若要維持同等規(guī)模的公共區(qū)域和居住區(qū)域，采用LNG動力，必將增大船體規(guī)模，與雙燃料發(fā)動機(jī)、燃料供氣系統(tǒng)等設(shè)備一起推高建造成本。采用LNG動力，也將增加設(shè)計難度和成本。LNG動力裝置的維護(hù)成本也要高于常規(guī)動力，相應(yīng)的船員素質(zhì)也要高些。理論上，LNG具有成本優(yōu)勢，但這是長期行為。設(shè)計、建造和運(yùn)營成本的增加，不可避免地給郵輪公司帶來經(jīng)濟(jì)壓力，如果轉(zhuǎn)嫁于消費(fèi)者必將增加運(yùn)營的難度。
LNG是郵輪的重要選擇但并非唯一選擇
截至目前，諾唯真郵輪集團(tuán)和云頂香港郵輪集團(tuán)都沒有訂造LNG動力郵輪。正如商船領(lǐng)域一樣，郵輪使用LNG燃料是一種重要的選擇，但不是唯一的選擇。至少短期內(nèi)低硫油、脫硫塔兩種減排方案仍具有不小的吸引力，船東需要綜合政策法規(guī)、安全性、配套供應(yīng)設(shè)施、品牌效應(yīng)，特別是經(jīng)濟(jì)性分析作出決策。LNG不可能在短期內(nèi)完全取代常規(guī)燃油能源。
NG雙燃料發(fā)電機(jī) + LNG燃料電池較具潛力
現(xiàn)階段，在燃料電池尚不成熟的情況下，采用LNG雙燃料發(fā)電機(jī)為主，LNG燃料電池為輔的組合方式，不失為一種節(jié)能減排的優(yōu)化方案，值得探討。使用LNG燃料電池，起碼不需要擔(dān)心燃料的儲存問題。目前，氫燃料電池研究走在前列。但綜合多方信息來看，造船界更看好固體氧化物燃料電池的潛力，但這種電池的積碳問題依舊棘手。
