今年3月底，挪威民防局(DSB)批準(zhǔn)在挪威弗洛羅峽灣基地(Fjord Base)建設(shè)氨燃料加注設(shè)施的計畫，該設(shè)施由雅苒國際(Yara International)旗下Yara Clean Ammonia、挪威氨加注初創(chuàng)企業(yè)Azane Fuel Solutions和Fjord Base規(guī)劃，為開發(fā)氨加注基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)、氨動力船舶產(chǎn)品和服務(wù)等填補(bǔ)了價值鏈空白。

 

供應(yīng)網(wǎng)路漸成型

 

儘管目前該氨燃料加注設(shè)施由一艘可裝載1000立方米或650噸綠氨的駁船改裝而成，許可期允許每年進(jìn)行416次加注作業(yè)，其中多數(shù)為定期?？扛ヂ辶_峽灣基地的海工支援船加注，但根據(jù)規(guī)劃，這只是Yara Clean Ammonia和Azane Fuel Solutions在斯堪的納維亞半島推出的碼頭加注網(wǎng)路的一部分。更重要的是，雖然氨被廣泛認(rèn)為是一種非?？尚械暮竭\(yùn)替代燃料，可從生產(chǎn)到船舶應(yīng)用的完整閉環(huán)一直未被有效合攏，而此規(guī)劃標(biāo)誌著氨燃料成為安全、低排放的航運(yùn)替代燃料的一個重要里程碑。

 

氨為氫的衍生物，分子式中不含碳，燃燒自然不會產(chǎn)生碳排放，另外與氫相比，氨更易儲運(yùn)、可被大型遠(yuǎn)洋船舶使用且能量密度相對更高，因此被航運(yùn)業(yè)寄予減排厚望。有權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2040年，航運(yùn)業(yè)的氨使用量將達(dá)到1900皮焦耳(PJ)，約占航運(yùn)燃料構(gòu)成的13%，2050年將達(dá)到5000皮焦耳，占航運(yùn)燃料構(gòu)成的36%。作為燃料，氨在助力航運(yùn)業(yè)減碳方面將是非常重要的選擇。

 

從供應(yīng)端來看，氨的生產(chǎn)已不是問題，儲存設(shè)施也非常成熟，因此建立全面且有競爭力的氨燃料加注供應(yīng)體系將大大提升氨動力船舶的適航性，船東或運(yùn)營商則會有更積極的氨燃料船隊投資想法。

 

作為全球最重要的港口之一，新加坡港不久前為一艘新加坡旗船進(jìn)行了氨燃料加注，該港也成為了全球首座完成氨燃料加注的港口。

 

新加坡港的地位特殊且十分重要，而正在加速氨燃料船舶研究與應(yīng)用的日本也在新加坡港進(jìn)行著積極投入。2020年，伊藤忠商事(Itochu)與荷蘭皇家孚寶集團(tuán)(Vopak)達(dá)成協(xié)議，共同研究在新加坡開發(fā)建立氨燃料供應(yīng)鏈基礎(chǔ)設(shè)施的可行性。一年後，伊藤忠商事牽頭升級合作，另邀商船三井、新加坡天然氣儲運(yùn)公司Pavilion Energy和道達(dá)爾能源船用燃料部門(TotalEnergies Marine Fuels)加入，以擴(kuò)大和加速氨燃料供應(yīng)鏈(包括在新加坡陸上和/或海上基礎(chǔ)設(shè)施及氨燃料加注船)的聯(lián)合開發(fā)。2022年4月，伊藤忠商事與新加坡海事及港務(wù)管理局啟動氨燃料加注安全聯(lián)合研究框架，2023年，8家公司和組織與伊藤忠商事進(jìn)一步簽署了氨燃料集裝箱船氨加注安全諒解備忘錄。

 

除上述利用和擴(kuò)大在新加坡開發(fā)實(shí)施氨燃料供應(yīng)鏈項目外，目前還有一項大型合作。住友商事(Sumitomo)、吉寶海工海事、A.P.穆勒-馬士基、馬士基 · 麥克-凱尼 · 穆勒零碳航運(yùn)中心、雅苒國際和飛勵特船舶管理有限公司(Fleet Management)於2021年簽署一項備忘錄，探索新加坡可再生船用氨燃料的供應(yīng)與補(bǔ)給，旨在於新加坡鋪設(shè)船用氨燃料加注供應(yīng)鏈網(wǎng)路。2022年4月，川崎汽船和新加坡海事與港務(wù)管理局成為新成員，這8家公司及機(jī)構(gòu)的目標(biāo)是在2030年啟動氨燃料加注服務(wù)。

 

氨燃料供應(yīng)網(wǎng)路的建設(shè)需要建立大型卸貨和加注基地，覆蓋整個氨燃料端到端的基礎(chǔ)設(shè)施，因此與全球重要港口合作建設(shè)綠色燃料加注網(wǎng)路對於為氨燃料船舶提供服務(wù)十分必要。上述3個已有且未來可形成規(guī)模的氨燃料供應(yīng)網(wǎng)路的設(shè)立出發(fā)點(diǎn)正在於此。

 

“船船”加注按下快進(jìn)鍵

 

隨著氨燃料加注供應(yīng)鏈的完善，加注模式自然發(fā)生變化，加注地從碼頭轉(zhuǎn)移到海上，靈活性更強(qiáng)，可有效保障國際航行船舶航行時間，降低物流成本。此前市場並沒有氨加注船，但著眼未來，業(yè)界不斷探索更加靈活的氨燃料“船對船”加注方案。

 

2022年1月，商船三井、伊藤忠商事和勝科海事共同設(shè)計並開發(fā)了世界上第一艘氨燃料加注船，作為建立向未來型燃料過渡所需的基礎(chǔ)設(shè)施的第一次嘗試，該船在參考瓦錫蘭氣體解決方案部門和相關(guān)公司對貨物密封系統(tǒng)和加注系統(tǒng)的設(shè)計意見後，創(chuàng)建了新型氨燃料處理系統(tǒng)。同年6月，吉寶海工海事獲得一型氨燃料加注船的原則性認(rèn)可(AiP)證書，該船船長188米，氨儲罐容積達(dá)33000立方米，可為各種氨動力船舶進(jìn)行及時的燃料補(bǔ)給。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，這兩艘已獲AiP證書的氨燃料加注船，正是分別由伊藤忠商事和住友商事牽頭的新加坡氨燃料供應(yīng)鏈聯(lián)合開發(fā)專案的一部分。

 

另外幾艘已獲AiP證書的氨燃料加注船也頗具特色。新加坡造船集團(tuán)PaxOcean進(jìn)行氨燃料加注船原型設(shè)計在支持使用綠色氨作為可持續(xù)燃料來幫助全球航運(yùn)實(shí)現(xiàn)脫碳的同時，還將智慧和自主船舶技術(shù)創(chuàng)新納入其中。日本郵船研發(fā)的氨燃料加注船在最初概念設(shè)計階段通過3D建模，使其能夠在獲得AiP證書的過程就HAZID中對危險地點(diǎn)和逃生路線的風(fēng)險評估進(jìn)行更深入討論，並能夠設(shè)計出包含針對氨毒性和腐蝕性的充分安全措施規(guī)格。三菱造船進(jìn)一步考慮了更加靈活的氨燃料加注船概念，足夠的儲罐容量和靈活的機(jī)動性可確保與其服務(wù)的各種氨燃料船舶相容。SeaTech與新加坡航運(yùn)企業(yè)Fratelli Cosulich Bunkers Singapore聯(lián)合開發(fā)的21000立方米氨燃料加注船建造方為南通中集太平洋海洋工程有限公司，這是中國船廠建造的首制氨燃料加注船。HD現(xiàn)代尾浦研發(fā)的10000立方米氨燃料加注船配備兩個圓柱形C型儲罐、一套氣體再液化裝置，另可基於運(yùn)營商需求採用單/雙螺旋槳推進(jìn)設(shè)計方案。2023年11月，Azane Fuel Solutions和Amogy達(dá)成協(xié)議，雙方探討在前者開發(fā)的氨燃料加注船上使用後者研發(fā)的氨發(fā)電系統(tǒng)的可行性。中船重工船舶設(shè)計研究中心有限公司推出的世界首艘16000立方米氨燃料加注/運(yùn)輸船是“船對船”加注向前邁出的重要一步，這艘船總長144.7米，型寬24.5米，由四臺氨燃料發(fā)動機(jī)作為船舶電站，設(shè)有高低集管區(qū)，加注速率約2400立方米/小時，可適應(yīng)不同尺度船舶的船對船加注服務(wù)。

 

加注網(wǎng)路的成型與完善，將為氨燃料船舶的商業(yè)化運(yùn)營提供基本保障，與此同時，業(yè)界因此加速推進(jìn)新船型的設(shè)計研發(fā)。

 

“氨動力”很快到來

 

氨作為船用燃料的設(shè)想早已有之，但當(dāng)前並沒有實(shí)船出現(xiàn)。不過在未來幾年內(nèi)，真正意義上的氨燃料船舶一定會服務(wù)於航運(yùn)業(yè)。

 

2019年，大連船舶重工集團(tuán)發(fā)佈氨燃料“C-Future”型23000TEU集裝箱船概念設(shè)計；2020年，大宇造船進(jìn)行的23000TEU氨燃料集裝箱船項目獲得船級社頒發(fā)的AiP證書。2022年10月，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司開發(fā)的16000TEU氨燃料集裝箱船獲得AiP證書。2023年7月，塞斯潘(Seaspan)和馬士基零碳航運(yùn)中心(MMMCZCS)及芬蘭船舶設(shè)計與工程公司Foreship合作開發(fā)的15000TEU氨動力集裝箱船獲得AiP證書，該船採用雙燃料發(fā)動機(jī)設(shè)計，可使用超低硫燃料油(VLSFO)和氨作為燃料，配有一個11600立方米的非加壓B型氨儲罐，以16節(jié)航速行駛時，可航行約12000海裡，續(xù)航能力可達(dá)18500海裡左右。這些得到認(rèn)可的大型集裝箱船設(shè)計，標(biāo)誌著氨燃料箱船項目研發(fā)正取得里程碑式進(jìn)展。日本網(wǎng)聯(lián)船務(wù)(ONE)最新訂造的10艘13700TEU大型集裝箱船就將採用甲醇燃料和氨燃料預(yù)留設(shè)計。

 

如今在航運(yùn)營的氨預(yù)留集裝箱船為達(dá)飛海運(yùn)集團(tuán)承租的6000TEU集裝箱船 “CMA CGM Masai Mara”輪，該船總長240米，型寬42.8米，可運(yùn)載超過6000個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱和1150個冷藏集裝箱，船體和系統(tǒng)組態(tài)滿足冰區(qū)與熱帶航行條件及最新環(huán)保要求，可靈活佈局於非極地全球航線。目前，該系列集裝箱船還有4艘在中國船廠建造。特別值得一提的是，今年年初，全球首艘氨動力集裝箱船被命名為“Yara Eyde”。這艘由上海船舶研究設(shè)計院自主研發(fā)設(shè)計，青島揚(yáng)帆船舶製造有限公司承建的1400箱無艙蓋集裝箱船，配備氨燃料發(fā)動機(jī)、氨燃料儲罐、供給系統(tǒng)和加注系統(tǒng)，計畫於2026年投入運(yùn)營。

 

 

“CMA CGM Masai Mara”輪(圖源/青島造船廠)

 

全球首批真正意義上的氨燃料散貨船訂單也出現(xiàn)在中國，這來自青島北海造船有限公司(簡稱北海造船)為新加坡東太平洋航運(yùn)(EPS)建造的6艘21000載重噸紐卡斯?fàn)栃桶比剂仙⒇洿贤?。這批訂單並非“Ammonia Ready”，而是建成後可直接使用氨燃料的“Ready to Use Ammonia”船型。該型船總長300米，型寬50米，型深25.2米，結(jié)構(gòu)吃水18.4米，航速14節(jié)，配置氨燃料主機(jī)及兩個3000立方米C型氨燃料罐，可達(dá)到船舶能效設(shè)計指數(shù)(EEDI)第三階段(Phase III)要求，確保實(shí)現(xiàn)船舶全生命週期零碳運(yùn)營。今年2月，北海造船再與EPS簽訂4艘210000載重噸氨雙燃料散貨船建造合同。210000載重噸紐卡斯?fàn)栃蜕⒇洿潜焙Ｔ齑闹鹘ù?，其在這一船型領(lǐng)域的手持訂單排名全球第一，且在氨雙燃料船舶建造方面收穫頗豐。3月，北海造船與比利時海事集團(tuán)CMB簽訂兩艘21000萬噸氨燃料散貨船建造合同，這意味著雙方合作項目接近30艘，除2021年建造的4艘採用傳統(tǒng)燃料外，其餘船舶均可以氨為燃料。

 

油船方面，中集船舶海洋工程設(shè)計研究院研發(fā)設(shè)計的一型阿芙拉型氨燃料油船獲得AiP證書，該型船採用最新研發(fā)的直球艏，可以兼顧設(shè)計吃水和結(jié)構(gòu)吃水下的快速性能，大大降低船舶運(yùn)營時的綜合油耗，配置氨燃料主機(jī)及2個氨燃料C型罐，此外配置比同類船型尺寸更大的螺旋槳，並加裝了消渦鰭、前置預(yù)旋導(dǎo)流管等節(jié)能裝置，顯著提高了船舶推進(jìn)效率，主機(jī)持續(xù)功率(NCR)在同樣設(shè)計航速下較同類船型降低約10%。2023年11月，北海造船與Euronav簽署1艘319000載重噸超大型油船(VLCC)建造合同，這為雙方合作的第3艘VLCC。此次簽約的VLCC總長339.5米，型寬60米，型深30.3米，結(jié)構(gòu)吃水22.5米，航速14.5節(jié)，滿足EEDI第三階段的要求，未來可配置2個6000立方米氨燃料儲罐，實(shí)現(xiàn)船舶全生命週期零碳運(yùn)營。

 

Euronav訂造的另外4艘在建的可用替代燃料的蘇伊士型油船由韓國船企建造，其中2艘採用LNG預(yù)留、氨預(yù)留和甲醇預(yù)留設(shè)計，並配備脫硫裝置。而在此之前，尾浦造船(現(xiàn)HD現(xiàn)代尾浦)、大宇造船(現(xiàn)韓華海洋)和三星重工也開展了氨燃料油船設(shè)計工作，如50000載重噸氨燃料MR型油船、85000-125000載重噸蘇伊士型氨燃料油船、115000載重噸阿芙拉型氨燃料油船和氨燃料VLCC等也獲得了相關(guān)認(rèn)證。

 

日本三家大型航企也在通過該國著力搭建的氨供應(yīng)網(wǎng)路來推動氨燃料散貨船的應(yīng)用。2022年12月，川崎汽船、伊藤忠商事、三井E&S機(jī)械和日本造船作的一艘20000載重噸氨燃料散貨船基本設(shè)計獲得船級社頒發(fā)的AiP證書。該船屬於日本新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織(NEDO)主導(dǎo)的“綠色創(chuàng)新基金/下一代船舶開發(fā)/氨燃料船舶開發(fā)”中的“氨燃料船開發(fā)和應(yīng)用綜合專案”，力爭於2026年建成交付，並交由川崎汽船和伊藤忠商事的合資企業(yè)運(yùn)營。日本郵船則與其下屬研發(fā)機(jī)構(gòu)Monohakobi技術(shù)研究所(MTI)和總部位於芬蘭船舶技術(shù)諮詢公司Elomatic Oy已合作完成對使用液化天然氣(LNG)為燃料的好望角型散貨船氨預(yù)留概念設(shè)計。日本郵船表示，除氨燃料罐安全性外，燃料罐數(shù)量、容量大小對船體強(qiáng)度和冗餘度影響也是設(shè)計的主要問題，為此重新研究燃料罐佈局結(jié)構(gòu)，最終形成了具有可行性、功能性和安全性的概念設(shè)計。2023年1月，商船三井和三井物產(chǎn)聯(lián)合研發(fā)的210000載重噸氨燃料散貨船獲得AiP證書，雙方共同確定了該船尺寸和規(guī)格，並委託三菱造船進(jìn)行設(shè)計。

 

安全用氨

 

國際海事組織(IMO)貨物與集裝箱運(yùn)輸分委會第9次會議(CCC9)上，分委會審議了通訊組報告CCC9/3有關(guān)《船舶使用氨燃料安全臨時導(dǎo)則》草案，由於時間原因，會議沒有完全審議該草案，但起草了臨時導(dǎo)則草案作為下一屆通訊組工作的基礎(chǔ)，並提出通訊組應(yīng)考慮如下原則。

 

使用氨燃料的船舶應(yīng)進(jìn)行全面的風(fēng)險評估；導(dǎo)則制定的第一階段僅考慮全冷和半冷兩種存儲方式，壓力儲存應(yīng)滿足替代設(shè)計要求；不專門制定關(guān)於可移動式氨燃料艙的相關(guān)規(guī)定，主管機(jī)關(guān)批準(zhǔn)使用可移動式氨燃料艙時需考慮替代設(shè)計要求；排除ESD機(jī)型處所型式；考慮到船舶類型和船上人員數(shù)量，船上應(yīng)考慮設(shè)置安全避難場所，未來臨時導(dǎo)則可能將不適用於某些船型；應(yīng)基於行業(yè)慣例和船級社規(guī)範(fàn)制定人員安全和個人防護(hù)裝備的相關(guān)要求；在考慮氨大量釋放的緊急情況下人員接觸氨濃度限值時，應(yīng)通過設(shè)計確保正常操作期間不存在氨；為解決出於安全考慮(非緊急情況)的氨釋放問題，導(dǎo)則中應(yīng)考慮設(shè)置氨處理裝置以及殘餘物的處理。《船舶應(yīng)用氨燃料臨時導(dǎo)則》將在今年舉行的CCC10會議上定稿。

 

眾所周知，船級社旨在為船舶設(shè)計、建造和運(yùn)營提供指導(dǎo)，雖然氨作為船用燃料具有巨大的潛力，但它也帶來了必須解決的技術(shù)挑戰(zhàn)，這包括它的毒性和腐蝕性。為了指導(dǎo)業(yè)界研發(fā)使用氨作為燃料的早期項目，國際船級社協(xié)會(IACS)已經(jīng)制定一項統(tǒng)一要求(URH1)，涵蓋從用於加注、儲存、製備和使用氨作為燃料的船上系統(tǒng)中釋放氨。URH1規(guī)定氨濃度達(dá)到300ppm，或濃度達(dá)到25ppm且接觸時間超過8小時都將具有危險性，此外還要求氨處理系統(tǒng)在設(shè)計層面能夠防止氨氣在正常運(yùn)行時直接釋放到大氣中，並在可能的情況下，防止氨氣在任何可合理預(yù)見的異常情況下直接釋放到大氣中。若在正?；虍惓Ｇ闆r下不可避免地需要直接釋放氨氣(如啟動儲罐泄壓閥)，則要求設(shè)計人員需要在風(fēng)險評估中確定氨氣預(yù)期釋放點(diǎn)，並在船舶設(shè)計檔中列出。在船員可接觸到的船舶位置，此類釋放產(chǎn)生的濃度不得超過安全濃度(25ppm)，應(yīng)通過氣體擴(kuò)散分析來證明。預(yù)計這一要求將促使設(shè)立“有毒區(qū)域”(類似於油船上的危險區(qū)域)，並規(guī)定進(jìn)出限制和其他預(yù)防措施，例如在該區(qū)域不設(shè)進(jìn)氣口。URH1進(jìn)一步要求在氨釋放區(qū)域(如排氣口)安裝聲光報警器，當(dāng)排放氣體的氨氣濃度達(dá)到或超過300ppm時，警報器將被啟動，以警告船員迅速離開該區(qū)域並尋求避難。對於通過風(fēng)險評估確定的異常和緊急情況，必須進(jìn)行氣體擴(kuò)散分析。根據(jù)分析結(jié)果，必須採取措施防止船上人員接觸到危險濃度的氨氣。所有可合理預(yù)見的氨氣洩漏空間(如二級圍護(hù)結(jié)構(gòu)、燃料製備室)即使通常無人值守，也應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測，一旦檢測濃度超過300ppm應(yīng)關(guān)閉釋放源。在與使用氨作為燃料有關(guān)的其他工作中，IACS還在制定氨處理系統(tǒng)要求(旨在降低釋放氨的濃度和/或數(shù)量的設(shè)備)和氣體擴(kuò)散分析要求。URH1涉及氨動力船舶的氨氣排放控制，被認(rèn)為是為行業(yè)提供更高水準(zhǔn)的新型燃料保證的第一步，具有重大意義。

 

氨燃料船舶在船舶設(shè)計中還需要不同或額外的概念，特別是在幾個關(guān)鍵系統(tǒng)中，包括氨燃料密封系統(tǒng)，專用氨燃料補(bǔ)給站和輸送管道。馬士基零碳航運(yùn)中心首席技術(shù)官Claus Winter Graugaard在談到15000TEU氨燃料集裝箱船設(shè)計時就提到，氨燃料供應(yīng)管路的佈局是設(shè)計重點(diǎn)考慮因素。“我們發(fā)現(xiàn)在龍骨內(nèi)的管道中鋪設(shè)供應(yīng)管路將氨燃料輸送到燃料準(zhǔn)備室是一種相當(dāng)安全的方案。我們也研究了將供應(yīng)管路設(shè)置在主甲板下方管道的可行性，但裝卸也在此空間進(jìn)行，有受到作業(yè)現(xiàn)場影響的潛在風(fēng)險。最終我們確定可將燃料供應(yīng)管路放置在龍骨內(nèi)的管道中。從擱淺等事故的統(tǒng)計資料來看，龍骨內(nèi)的管道發(fā)生破裂的可能性非常小。因此，風(fēng)險評估證明這是氨燃料供應(yīng)管路佈局的可行路線。”

 

  

來源：中國船檢