中韓日歐各具特色的氨動力船發(fā)展路徑
由海事、能源、金融、基礎(chǔ)設(shè)施等行業(yè)中的眾多領(lǐng)先企業(yè)組成的“零排放聯(lián)盟”(Getting to Zero Coalition)在其發(fā)布的“海事零排放試點示范項目報告(第二版)”中，提到了“綠色航運”的一個重要趨勢——氨燃料動力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)研發(fā)和應(yīng)用發(fā)展受到更多關(guān)注。這份報告提示，全球與航運減排相關(guān)的大型氨項目僅在2020年就增加10個，示范工程總數(shù)達到14個。這表明使用氨燃料是推動船舶零碳排放的重要手段。
氨之所以被認(rèn)為是可行的零碳燃料，其一在于高沸點(-33°C)的特性適于在適當(dāng)?shù)牡蜏丨h(huán)境下運輸，交易過程的運輸便捷性較強；其二在于產(chǎn)量和存儲/加注設(shè)施充足，全球氨產(chǎn)量預(yù)計在2050年達到1.5億噸，約120座港口配有大規(guī)模氨存儲設(shè)施，這為其用作遠洋清潔燃料奠定了使用基礎(chǔ)；其三在于由產(chǎn)能增加和邊際生產(chǎn)成本減少而推導(dǎo)出的市場價格隨之降低。正因如此，一些有實力的航運大國均通過有效方式推動氨動力船舶發(fā)展。
歐洲“因地制宜”
經(jīng)歷過兩次工業(yè)革命的歐洲對城市發(fā)展的追求再純粹不過，很多歐洲人有著強烈的環(huán)保意識。這種觀念也直接映射到海運業(yè)。綠色船舶的核心在于主機，而歐洲在設(shè)計制造高性能發(fā)動機領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。談到歐洲在綠色航運方面起步較早的原因時，中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院船舶標(biāo)準(zhǔn)化研究中心工程師李睿男認(rèn)為不僅在于技術(shù)領(lǐng)先，“還得益于在配套設(shè)備方面積累了豐富的經(jīng)驗，并且在這一領(lǐng)域具有很強的產(chǎn)業(yè)競爭實力。”
去年年初，瓦錫蘭(Wärtsilä)啟動了氨燃燒測試，旨在幫助行業(yè)實現(xiàn)降低船舶溫室氣體排放的目標(biāo)。“首次測試取得了滿意成果，我們將繼續(xù)優(yōu)化燃燒參數(shù)，以為船東提供他們需要的發(fā)動機和燃料系統(tǒng)。”瓦錫蘭在一份聲明中稱，該公司還在著手獲得歐盟“地平線2020”計劃(Horizon 2020)資助的ShipFC項目部分氨儲存和供應(yīng)系統(tǒng)，其目的是證明氨動力遠距離航行的可行性。瓦錫蘭主要在中高速機領(lǐng)域開展合成甲烷、氨、氫氣和甲醇燃料的研究工作，預(yù)計推出的氨混合燃料發(fā)動機中的氨比例可達70%，2023年或推出純氨燃料發(fā)動機。中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院高級工程師趙羿羽也表示，歐洲更加偏重于發(fā)動機研發(fā)，曼恩公司(MAN)已參與多家船廠的零排放船舶開發(fā)工作。今年4月，禮諾航運與船舶設(shè)計公司Deltamarin合作推出一款“Aurora級”零排放汽車運輸船就配備了曼恩公司的多燃料發(fā)動機，稍作修改即可使用氨燃料。當(dāng)前，全球氨燃料動力船(主要為集裝箱船、油船、散貨船等主流船型及液化氣船)處于研發(fā)階段，但中國、日本和韓國的航運企業(yè)和船廠普遍與歐洲發(fā)動機廠商合作，簡而言之，歐洲聚焦用于綠色船舶配套設(shè)備產(chǎn)業(yè)，這條路徑也堅實地?fù)纹鹆巳蚓G色船舶的發(fā)展。
雖然國際海事組織(IMO)出臺的一系列嚴(yán)苛環(huán)保措施倒逼相關(guān)企業(yè)重視氨燃料使用，但歐盟、歐洲一些國家政府、科研院所和大學(xué)都愿為項目研究提供重要的資金支持，比如歐盟通過“連接歐洲設(shè)施”(CEF)計劃向140個關(guān)鍵運輸領(lǐng)域項目注入近22億歐元，并投入約1.42億歐元用于支持綠色燃料的研發(fā)與使用，其中不乏多個與氨相關(guān)的項目。眾所周知，歐洲更像是一個緊密的國家聯(lián)合體，一體化意識滲透至各領(lǐng)域，競爭對手似乎只限于歐洲以外。這種“聯(lián)合”的特點可以讓歐洲輕松地鋪開“綠色網(wǎng)絡(luò)”，比如一些項目已經(jīng)涵蓋了從氨氣生產(chǎn)方法、氨氣工廠建設(shè)到氨燃料使用、氨動力船研發(fā)等方面。雅苒集團(Yara)和沃旭能源(Ørsted)聯(lián)手開發(fā)的100兆瓦風(fēng)力電解廠項目旨在通過可再生氫取代化石氫來合成氨，這一創(chuàng)新性的合作每年可生產(chǎn)7.5萬噸綠色氨，從而為船舶用氨提供更多機會。這不僅是一個獨特的脫碳項目，更是歐洲的一項戰(zhàn)略投資——為綠色氨建立全新的價值鏈。“目前，海事界正在探索幾個關(guān)鍵問題，如替代能源產(chǎn)業(yè)鏈和新集群構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)鏈碳足跡與碳中和方案、新能源技術(shù)應(yīng)用可行性論證。”李睿男說，這些領(lǐng)域需要能源行業(yè)和船舶、航運業(yè)共同努力，而歐洲的聯(lián)合開發(fā)模式具備一定優(yōu)勢。
中韓發(fā)力船型研發(fā)
“歐洲對于氨動力船型開發(fā)項目相對較少。相比之下，我國和韓國的多家船廠則走在前列，多艘船型設(shè)計已獲得船級社原則性批準(zhǔn)(AiP)。”趙羿羽說。2019年，上海船舶研究設(shè)計院設(shè)計的18萬噸級氨動力散貨船和大連船舶重工集團有限公司聯(lián)合曼恩公司設(shè)計的23000TEU型氨動力集裝箱船方案均獲得原則性批準(zhǔn)，這是我國開發(fā)綠色船舶和清潔能源應(yīng)用方面的開創(chuàng)性舉措，也是海事界探索和測試氨燃料作為大型動力的關(guān)鍵。最近兩年，江南造船(集團)有限責(zé)任公司研發(fā)的氨動力超大型液化氣體運輸船(VLGC)和中型液化氣體運輸船(MGC)也獲得了AiP證書。2021年8月初，外高橋造船有限公司最新研發(fā)的氨動力21萬噸級散貨船成功獲得AiP證書，該船型由我國自主研發(fā)設(shè)計，配置相應(yīng)的氨燃料存儲和供應(yīng)系統(tǒng)，針對船舶線型、總體布置、船體結(jié)構(gòu)、燃料艙和設(shè)備配置進行一系列優(yōu)化，并開展風(fēng)險識別分析(HAZID)，以確保航行過程中氨燃料使用安全。
要實現(xiàn)“3060”目標(biāo)(2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”)，必須創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，而上述實例也表明，我國主要聚焦于氨動力相關(guān)船型研發(fā)，部分船型更是屬于全球首創(chuàng)。有業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這體現(xiàn)出我國政府引導(dǎo)大型企業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用、自主研發(fā)的重要性。“單純依靠市場的力量不足以凸顯核心競爭力，必須從國家戰(zhàn)略層面進行宏觀統(tǒng)籌，兩頭發(fā)力才是最佳方法。”我國擁有全球規(guī)模最大的造船集團和航運企業(yè)，其對于氨動力船舶的設(shè)計和氨燃料的使用，會對我國綠色船舶產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展起到非常強的促進作用。
在氨燃料發(fā)動機技術(shù)方面，中國船舶集團有限公司第七一一研究所已經(jīng)開展了氣道低壓噴射、缸內(nèi)高壓噴射、預(yù)燃室引燃、缸內(nèi)柴油引燃等多條組合燃燒組織路徑研究，完成了氨燃料供給噴射系統(tǒng)、氨發(fā)動機安全性、涉氨零部件耐腐蝕性、氨發(fā)動機集成控制等關(guān)鍵技術(shù)研究，預(yù)計在2025年具備示范應(yīng)用條件。
現(xiàn)代尾浦造船、大宇造船、三星重工等企業(yè)也開展了氨動力油船和集裝箱船的設(shè)計工作，如5萬噸級氨動力MR型油船、85000-125000噸級蘇伊士型氨動力油船、115000噸級阿芙拉型氨動力油船和23000TEU型氨動力集裝箱船。而為滿足未來航運對氨燃料的強勁需求，韓國造船海洋與樂天精密化學(xué)、樂天物流、浦項制鐵、現(xiàn)代商船和韓國船級社簽署了一份協(xié)議，旨在引領(lǐng)綠色船舶和綠色航運的氨運輸及燃料加注。
盡管一些開發(fā)與氨相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如今并不算太大的新聞，但同一國家多家全球領(lǐng)先企業(yè)簽署涵蓋氨燃料全價值鏈協(xié)議尚屬首次。根據(jù)協(xié)議，各方將共享各自擁有的氨燃料生產(chǎn)、分銷基礎(chǔ)設(shè)施，以及造船、海運信息，韓國造船海洋公司負(fù)責(zé)開發(fā)氨動力船和氨燃料加注船，現(xiàn)代商船與樂天物流負(fù)責(zé)船舶運營，樂天精密化學(xué)則負(fù)責(zé)運輸和儲存由浦項制鐵在海外工廠生產(chǎn)的氨。李睿男說：“雖然韓國暫未公布明確的海運減排行動方案，但結(jié)合行業(yè)新聞，可以看出其正在圍繞全生命周期研究減少船舶碳排放的方法，協(xié)同打造氨燃料的海上運輸產(chǎn)業(yè)鏈，搶占氨動力船舶和氨燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機。”
日本項目特色明顯
“客觀來講，日本承擔(dān)了很多與航運業(yè)溫室氣體減排相關(guān)的國際工作，而日本的減排行動體現(xiàn)出了‘自上而下’的特點，按照各時間節(jié)點設(shè)計要求，明確主要任務(wù)，從頂層設(shè)計目標(biāo)推動行業(yè)落實。日本提出了兩個技術(shù)路徑，其中之一便是擴大船舶使用氨(和氫)等零碳排放燃料。”李睿男說。
2020年，日本國土交通省發(fā)布《日本航運零排放路線圖》，為2028年前后全面引入船舶動力替代燃料確立了重點試點項目和攻關(guān)技術(shù)，其中包括加快雙燃料發(fā)動機項目試點，通過開展氨/氫燃料試用，實現(xiàn)2026年前將其應(yīng)用于沿海小型船只上的目標(biāo)，并隨著技術(shù)的完善，拓展應(yīng)用至大型遠洋船舶，力爭到2028年實現(xiàn)商業(yè)航運。基于將氨作為核心船用燃料的設(shè)想，日本設(shè)計了一艘80000噸級氨動力概念散貨船，為克服氨易燃性差的問題，該船將使用引燃燃料幫助穩(wěn)定點火。根據(jù)模型計算，這艘概念船與同噸位傳統(tǒng)散貨船相比，可以減少91.9%的二氧化碳排放量。
日本雖在氨動力船舶研發(fā)方面較中國和韓國滯后，但也不乏亮點項目。日本郵船和日本聯(lián)合造船(JMU)除合作研發(fā)氨浮式儲存和再氣化駁船外，還將推動使用氨作為主要燃料的氨燃料氨氣運輸船的商業(yè)化使用。前者配備了專門用于氨氣的浮動儲存和再氣化設(shè)施，有助于業(yè)界早日引進氨燃料，且利用駁船作為陸地設(shè)施(儲罐、再氣化設(shè)施等)的替代品，以穩(wěn)定氨燃料供應(yīng)；后者則可使用貨物中的氨作為船用燃料，有助于遠洋船舶早日實現(xiàn)零碳排放目標(biāo)。
說到日本的氨動力船項目，有一個不得不提，因為它明確了建造時間，而這是中國和韓國在氨動力船建造方面不曾有的。2020年4月30日，五家日本船企宣布與曼恩公司合作研發(fā)氨動力船，不僅決定開發(fā)搭載氨動力船，還包括船舶運營、氨燃料引入及供應(yīng)設(shè)備等綜合性項目，其目標(biāo)是在2024年實現(xiàn)氨動力船的商業(yè)化，在中國和韓國之前推出日本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
在某種程度上，日本的綠色船舶發(fā)展策略好像結(jié)合了中國和韓國的優(yōu)勢——既有政府的主推，也有企業(yè)的聯(lián)合，而財團的介入則讓日本風(fēng)格更加明顯。2019年，日本創(chuàng)立了“綠色氨財團”(Green Ammonia Consortium)，該財團由來自公共部門和私營部門的代表組成，主要探討海上運輸氨氣作為電力公司使用的發(fā)電燃料，以及使用氨氣作為船用燃料，旨在建全涵蓋采購、生產(chǎn)、運輸、儲存、利用和金融的氨燃料供應(yīng)鏈，解決引進和擴大使用氨作為燃料的技術(shù)障礙。
在布局氨產(chǎn)業(yè)鏈方面，日本也走在亞洲國家的前面——財團和航運企業(yè)與國內(nèi)外企業(yè)及相關(guān)國政府合作推動減少溫室氣體排放的計劃。新加坡是全球最大的船用燃料加注站之一，不久前，“伊藤忠財團”與商船三井、孚寶(Vopak)等四家公司簽署諒解備忘錄，將共同在新加坡開發(fā)氨動力船的燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，以便為遠洋船舶供應(yīng)氨燃料。其中，“伊藤忠財團”將利用在燃料供應(yīng)配送中的經(jīng)驗和專長，以及船舶燃料供應(yīng)的跟蹤記錄，促進新加坡氨燃料供應(yīng)鏈發(fā)展。商船三井利用其在建造和運營燃料加注船方面的經(jīng)驗，負(fù)責(zé)開發(fā)氨燃料加注船和浮式儲存設(shè)施，孚寶則利用其在新加坡港巴央碼頭(Banyan)的氨儲存和處理技術(shù)，專注于開發(fā)獨立的陸上氨儲存/處理和裝卸設(shè)施。
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