【專稿】全球新能源港口建設趨勢——上海國際航運研究中心港口發(fā)展研究所 謝文卿
發(fā)布時間: 2022-04-19 來源: 航運評論
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隨著全球日益嚴峻的環(huán)保要求、IMO對航運“碳排放”要求的提升，以及在各國更加嚴格的環(huán)保政策下，全球能源結構轉(zhuǎn)變趨勢漸顯，傳統(tǒng)化石類能源逐漸轉(zhuǎn)向新能源、可再生能源轉(zhuǎn)型，國際航運市場中液化天然氣、氫、氨、甲醇等替代性能源也逐漸被市場關注。雖然IMO的政策加速了全球船舶對“低硫”燃料和LNG等能源的應用，但這兩類燃料依然會釋放大量二氧化碳排放并造成環(huán)境污染問題，因此清潔能源的研發(fā)不斷加速，在全球新能源船舶逐步投入運營后，諸多港口也正大力建設相應碼頭與加注設施。
一、化石能源碼頭產(chǎn)能需求削減但不會被完全取代港口作為貿(mào)易的延伸，港口建設也應當根據(jù)能源貿(mào)易結構與船舶燃料需求的變化而進行轉(zhuǎn)變。首先，能源貿(mào)易領域內(nèi)綠色低碳理念已在全球范圍達成共識，各國環(huán)保政策根據(jù)既定目標不斷趨嚴，有別于煤炭、原油等傳統(tǒng)石化能源的新能源應用已不可避免。但從全球能源消費規(guī)模看，想要完全清退煤炭與石油能源不太現(xiàn)實，至少在2050年前都難以實現(xiàn)，與此同時新的替代性能源也難以一步到位。綜合能源產(chǎn)業(yè)各項研究，預計在2035年前液化天然氣將作為煤炭和石油減產(chǎn)的重要“替代品”，但天然氣并非“零碳”的清潔能源，因此最終天然氣在能源體系中的份額將被技術逐漸成熟的可再生能源部分取代（可再生能源主要包括風能、太陽能、地熱能和生物能源）。
圖1 低碳能源體系轉(zhuǎn)型下一次能源占比及消費趨勢數(shù)據(jù)來源：BP世界能源展望（2020）。根據(jù)國際知名石油公司BP能源展望預測，至2050年的能源消費量預計增長10%左右，在中長期能源結構中可再生能源占比將超過40%，而天然氣需求雖在2035年觸頂?shù)急热阅芫S持20%左右；煤炭將從當前25%大幅跌至5%，石油也將從32%的份額降至17%；其他非石化能源包括水電、核能等份額將從10%上升至18%，但也有分析認為，如果可再生能源大規(guī)模使用的經(jīng)濟性或技術性瓶頸難以突破，則未來核能的開發(fā)利用程度將大幅增加，將主要依賴中國等具有核能研發(fā)條件的國家。無論何種情況，石油、煤炭能源需求大幅降低，液化天然氣需求小幅增長后處于穩(wěn)定區(qū)間的大趨勢均比較確定。同時，煤炭、石油和天然氣這3種能源在全球能源消費中也無法被完全取代，原因一方面在于全球能源龐大的消費規(guī)模，僅靠可再生能源無法完全滿足；另一方面則是因為能源生產(chǎn)與消費需求分布上的差異性，太陽能、風能等可再生能源無法直接運輸，必須轉(zhuǎn)化成電能，用蓄電池儲存后運輸，而電能儲存的消耗與運輸成本的高昂，使其轉(zhuǎn)移的效益遠不如天然氣、石化能源。鑒于此，未來煤炭、原油的接卸碼頭的需求將大幅減少，其中煤炭碼頭的產(chǎn)能需求至少縮減50%以上，而油品碼頭或?qū)⒖s減30%以上（不排除局部地區(qū)港口產(chǎn)能不足的新建情況）；此外，液化天然氣碼頭產(chǎn)能需求依然處于上升通道，至少需要繼續(xù)新增25%以上，但預計在2035年天然氣運輸需求見頂后，碼頭產(chǎn)能需求將逐漸回落至當前水平（從LNG船舶一般使用年限看，LNG運輸船建設勢頭足可再維持5-10年）。二、未來船舶燃料供應體系中仍需能源碼頭支撐供油服務除通過全球能源結構變化預測能源接卸港的發(fā)展趨勢外，還可通過船用燃料油轉(zhuǎn)型方向進行預測，因為主要加油港的燃料供應體系中需要相應的能源碼頭為加油船供油。在國際海事組織IMO的要求下，船舶低硫燃油和液化天然氣將成為中短期內(nèi)的主要選擇，但因其污染排放雖略低于傳統(tǒng)石化能源而非真正的清潔能源，仍無法滿足國際海事組織對2050年碳排放的要求（碳強度下降70%、二氧化碳總排放量下降50%）。因此，當前馬士基航運、達飛輪船、中遠海運等國際班輪公司紛紛開展甲醇、氫能、氨能等清潔能源用于船舶的研究與實踐，希望從源頭上實現(xiàn)“減碳”和“零碳”目標。
圖2 交通運輸行業(yè)能源需求總量與海運業(yè)能源需求數(shù)據(jù)來源：BP世界能源展望（2020）。從海運船舶的能源消費結構預測看，雖然可再生能源未來社會能源消費結構中占比將大幅提升，但船舶作為運距較長的交通運輸設備，無法接入電網(wǎng)且單次能源供給量較大，因此無法大比重依靠太陽能、風能等再生能源，也無法使用純電力供能系統(tǒng)（充電時間過久且沒有超大規(guī)模電池板）。因此，預測2050年的海運船舶的能源體系中，油品或?qū)⒗^續(xù)保持60%左右的較大比例，剩余40%左右的比例將由天然氣、生物燃料（生物柴油和生物乙醇，其中生物柴油是植物油與甲醇進行酯化反應所得）和氫能三類能源平分。三、中短期內(nèi)LNG加注服務的能源碼頭建設成為主流LNG作為船用燃料，因其具有無硫化物顆粒的排放、低二氧化碳排放的特點，正逐漸被全球航運業(yè)廣泛應用。從2010年起，全球船舶行業(yè)已經(jīng)開始使用LNG作為船舶燃料，根據(jù)DNV-GL統(tǒng)計，2021年底實際運營的LNG動力船數(shù)量為251艘，但建造訂單數(shù)量卻高達403艘，僅2021年新增訂單就超240艘，足見LNG動力船已逐漸呈現(xiàn)井噴式增長。雖然近年來全球液化天然氣價格不斷上漲，影響了其作為船舶燃料的經(jīng)濟性，但從技術、安全、產(chǎn)量上看很長一段時間內(nèi)都無法被其他可再生能源替代。且隨著LNG動力船建造數(shù)量的上升，LNG技術越發(fā)成熟，其作為船舶燃料的應用規(guī)模將持續(xù)增長。根據(jù)普氏能源資訊（S&P GlobalPlatts）預測，LNG在未來十年內(nèi)將主導航運業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，LNG消耗占比將從2021年的4.6%上升至2030年的10.7%，屆時LNG動力船的數(shù)量可能超過4000艘，因此LNG燃料加注服務將成為未來新能源港口建設中重要部分。相較之下，目前全球可提供LNG加注服務的港口仍然較少，加注設施、操作規(guī)范等也尚不夠完善，少數(shù)可提供LNG加注服務的港口主要集中在北美、歐洲等地，亞洲的中國以及東南亞地區(qū)也建設有少部分液化天然氣加注設施，因此要滿足LNG動力船大規(guī)模建造的趨勢，仍須加緊LNG加注設施建設。表1 2020-2021年全球可提供LNG加注服務的港口匯總
資料來源：SISI整理。非完全統(tǒng)計，如有錯誤敬請指正。
氫作為船舶加注燃料，具有較高的燃燒熱值以及較低的儲存密度，這種特點將有利于船舶燃料的存儲和高效能的利用，正引起越來越多的關注。但目前只有少數(shù)航運公司宣布了將氫作為燃料的可能性，其中包括馬士基、日本郵船、DFDS和Klaveness，而曼恩和瓦錫蘭等發(fā)動機制造商正在開發(fā)氫動力發(fā)動機。但氫與其他替代能源相比，中長期氫能源加注服務潛力巨大：首先在工業(yè)方面已經(jīng)具備生產(chǎn)條件，航運業(yè)可以使用氫作為燃料；其次目前世界上許多地方已經(jīng)開始建設氫能源工廠，挪威、日本、新加坡和丹麥等國家已經(jīng)開始在港口附近的工業(yè)區(qū)建設氫生產(chǎn)和儲存設施；最后，其與生物燃料和甲醇燃料不同的是，氫不含有碳元素，生產(chǎn)成本低于其他二氧化碳燃料。生物能源（甲醇）作為船舶加注燃料，因其具有較好的經(jīng)濟性和環(huán)保性，被短途海運的船舶所廣泛青睞。但全球?qū)⒓状甲鳛榇凹幼⑷剂系拇蛿?shù)量非常少，主要因為甲醇動力船的研發(fā)和應用技術有待突破，甲醇發(fā)動機的建造技術問題有待深入研究。目前，全球?qū)⒓状甲鳛榇凹幼⑷剂系拇蛢H有6艘，其中大多為甲醇和其他燃料同時使用的船舶，并非純粹的甲醇燃料船。2021年底，歐洲船舶企業(yè)將聯(lián)手打造全球首艘甲醇動力拖船，預計將在2023年建成，這也將是全球首艘真正意義上的甲醇動力船。相比常規(guī)燃料，甲醇燃料在燃燒過程中最多可減少15%的碳排放，并減少大約99%的硫氧化物排放，因其對環(huán)境的污染影響較小，有望成為未來船舶清潔燃料之一。目前，已有部分國家的港口開始嘗試為船舶加注甲醇燃料，2021年5月鹿特丹港通過駁船為日本散貨運輸有限公司“Takaroa Sun”號雙燃料船提供甲醇燃料加注服務。比利時安特衛(wèi)普港將啟動一個關于甲醇可持續(xù)生產(chǎn)的項目，將在不久的將來引進一艘以甲醇為動力的拖船。
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