LNG动力邮轮研发热潮下的思考

谈谈LNG动力邮轮新造船状况及应用前景

相比传统燃油，LNG可有效减少90%~99%的硫氧化物和微小颗粒物、80%左右的氮氧化物等污染物排放，以及20%~25%的二氧化碳温室气体排放，满足IMO的0.5%限硫令和Tier Ⅲ排放标准，被航运界视为未来一段时间内的主要清洁能源。

LNG在邮轮上的应用主要有两种途径：一是用作双燃料主机的燃料；二是用作燃料电池的燃料。目前前者技术相对成熟，后者尚处于研究示范应用阶段。

LNG动力大型邮轮AIDAnova号

全球首艘完全采用LNG动力的邮轮AIDAnova号于2018年12月在德国迈尔船厂完工交付，开启了LNG邮轮的新时代。AIDAnova号是嘉年华集团18万总吨级“Excellence-Helios”系列LNG动力邮轮的首制船，也是嘉年华集团迄今为止最大的邮轮。此前嘉年华拥有AIDAprima号和AIDAperla号两艘LNG邮轮，这两艘邮轮由日本三菱重工建造，均配备了Cartepillar的MaK双燃料发动机，可在停泊时使用LNG燃料，但船上没有LNG储存装置，无法在航行和进出港时使用LNG动力，因此不是真正意义的LNG动力邮轮。

“AIDAnova”号的LNG储罐位置示意（图片来源：www.ilsenburger-grobblech.de）

AIDAnova号配备4台MaK 16M-46DF双燃料发电机组，总功率61.76 MW；安装3个LNG储罐，总容积3570 m3，足够支撑其航行2周；其中2个大型储罐长35 m，直径7.75 m，容积1525 m3；1个小型储罐长28 m，直径5 m，容积520 m3。罐体采用 Ilsenburger Grobblech公司的X8Ni9镍合金钢，可承受-196 ℃的低温，最大板厚50 mm，最小抗拉强度640 MPa，钢板总重308 吨。此外该船还配有3 000 m3的MGO储存舱。

“AIDAnova”号的LNG储罐外形（图片来源：www.ilsenburger-grobblech.de）

2019年年底，“Excellence-Helios”级系列二号船，同时也是世界第二艘LNG动力邮轮“Costa Smeralda”号在迈尔图库船厂完工交付。

LNG动力大型邮轮新造船情况

LNG动力大型邮轮（>70000 GT）订单占比逐年稳步上升，2020年~2025年间将交付48艘大型邮轮，其中20艘为LNG动力，占比高达42%。表1为LNG动力大型邮轮新造船的概况，地中海、皇家加勒比、嘉年华、迪斯尼都已订购了LNG动力大型邮轮。

2020年~2025年交付的LNG动力大型邮轮新造船情况（数据来源：www.cruiseindustrynews.com，更新至2020年8月）

总体上，LNG动力邮轮新造船的总吨位要大于常规电力推进邮轮。除迪斯尼的3艘邮轮为14万总吨外，其余17艘均为超大型邮轮。订单显示，新造的LNG动力邮轮总吨位均值为18.1万，远大于常规动力邮轮14.6万的均值。究其原因在于LNG动力邮轮需要较大的空间来布置LNG储罐，这也进一步推动了船型的大型化趋势。

LNG动力邮轮在乘客空间比、乘客船员比和每客位造价三项指标上，与常规动力邮轮相差不大。LNG动力邮轮的每客位造价均值为22.8万美元，甚至小于后者的24.9万美元。其主要原因是前者船型偏大，标准床位相对多，进而摊薄了建造单价。相应地由于尺寸的增加，LNG动力邮轮的整体造价也高出许多。

大型邮轮新造船的两项指标

LNG动力探险邮轮新造船情况

近年来LNG探险邮轮呈爆发式增长，2019-2023年的探险邮轮新造船共有47艘，年均约10艘，而2017年、2018年仅交付2艘和4艘。这波行情主要是由南极、北极探险旅游升温带动的。

庞洛邮轮的“Le Commandant Charcot”号是高端奢侈探险邮轮的代表，是全球首艘，也是目前唯一一艘LNG动力探险邮轮新造船。该船装有4台瓦锡兰14V31DF和2台10V31DF双燃料发电机组，总功率40 MW；采用法国GTT公司的“MARK III”薄膜型LNG储存舱，舱容4500 m3，是世界上第一艘采用薄膜型LNG储存舱，而非C型罐的邮轮；乘客空间比高达117，每床位造价高达120万美元，两项指标均为探险邮轮新造船之最。

2020年~2025年交付的LNG动力探险邮轮新造船情况（数据来源：www.cruiseindustrynews.com，更新至2020年8月）

LNG燃料电池应用情况

燃料电池具有能量转化效率高、无环境污染物排放、可低温快速启动、振动和噪声等级低等优点，是颇具潜力的船舶动力装置。燃料电池按其电解质不同，可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）等几种。理论上燃料电池的能量转化效率可高达90%，由于受工作条件限制，目前燃料电池的实际能量转化效率仅为40% ~ 60%。

LNG可直接用作固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池的燃料气，也可作为原料加热制氢后作为氢燃料电池。

瓦锡兰比较关注船用固体氧化物燃料电池的开发，WFC20 20kW燃料电池已实现客船的示范应用。该电池采用模块化设计，可以采用多个燃料电池单元构建成大型系统。目前瓦锡兰正致力于50 kW以上燃料电池的商业化产品开发。

预定于2022年5月交船的地中海“欧罗巴”号LNG动力邮轮将示范安装一套50 kW的固体氧化物燃料电池。该燃料电池由法国Entrepose公司设计，使用LNG作为燃料，工作温度约750度，最高电能转化效率60%；能同时消除硫氧化物、氮氧化物和微小颗粒物的排放；与常规双燃料主机相比，能减少~30%的温室气体排放。

总体上，目前燃料电池技术还不成熟，功率小，寿命短，燃料储存难度大，离大规模商业应用还有较大差距。

丰田开发的250 kW LNG燃料电池样机           

LNG邮轮的热潮需理性看待

LNG动力是邮轮，特别是大型邮轮的重要发展趋势。我国正致力于邮轮设计制造领域的技术攻关，不能忽视这一发展趋势。采用LNG动力，势必增加邮轮的开发设计和建造难度，我们必须立即着手建立相关技术储备，但也需理性看待LNG在邮轮上的应用前景。

LNG是解决温室气体零排放的过渡解决方案

环保主义组织“航运清洁联盟”在一份提交给IMO的技术报告中声称，LNG中的主要成分甲烷本身就是一种温室气体。以100年时间计算，每克化石甲烷对气候造成的直接影响是等量二氧化碳的30倍。而在LNG的生产、运输、加注、使用的整个周期中，存在大量“甲烷逃逸”。造船和航运界比较关注发动机工作时的“甲烷逃逸”，但据称LNG生产过程中的“甲烷逃逸”更为严重。从这个角度看，广泛采用LNG反而可能加快温室气体排放总量的增长。因此，该组织呼吁IMO的温室气体减排战略应当关注“真正的”低碳燃料，将LNG从低碳替代燃料的名单中剔除，但目前各界鲜有响应。

即使不考虑“甲烷逃逸”，LNG还是会有二氧化碳排放，只是解决零碳排放的过渡解决方案。

LNG码头加注设施不完善影响邮轮运营

正所谓“理想丰满，现实骨感”，目前LNG码头加注设施尚不完善，大多依靠槽罐车加注，加载速度慢，影响邮轮运营调度。在欧洲这样LNG码头加注设施相对完善的地区尚且如此，不难想象在其它地区的状况。

推高建造成本增加运营压力

若要维持同等规模的公共区域和居住区域，采用LNG动力，必将增大船体规模，与双燃料发动机、燃料供气系统等设备一起推高建造成本。采用LNG动力，也将增加设计难度和成本。LNG动力装置的维护成本也要高于常规动力，相应的船员素质也要高些。理论上，LNG具有成本优势，但这是长期行为。设计、建造和运营成本的增加，不可避免地给邮轮公司带来经济压力，如果转嫁于消费者必将增加运营的难度。

LNG是邮轮的重要选择但并非唯一选择

截至目前，诺唯真邮轮集团和云顶香港邮轮集团都没有订造LNG动力邮轮。正如商船领域一样，邮轮使用LNG燃料是一种重要的选择，但不是唯一的选择。至少短期内低硫油、脱硫塔两种减排方案仍具有不小的吸引力，船东需要综合政策法规、安全性、配套供应设施、品牌效应，特别是经济性分析作出决策。LNG不可能在短期内完全取代常规燃油能源。

NG双燃料发电机 + LNG燃料电池较具潜力

现阶段，在燃料电池尚不成熟的情况下，采用LNG双燃料发电机为主，LNG燃料电池为辅的组合方式，不失为一种节能减排的优化方案，值得探讨。使用LNG燃料电池，起码不需要担心燃料的储存问题。目前，氢燃料电池研究走在前列。但综合多方信息来看，造船界更看好固体氧化物燃料电池的潜力，但这种电池的积碳问题依旧棘手。