双燃料发动机：向净零航运过渡的“黄金支点”

文章节选自奥赛能全球杂志Charge！

在全球贸易版图中，海运承担着全球超80%的货物运输，是公认最高效、最经济的物流方式。然而，面对全球减碳浪潮，航运业也亟需破局。国际海事组织（IMO）的温室气体减排战略已明确"路线图"：2050年实现国际航运净零排放，其中2030年需较2008年削减20%-30%的排放量，2040年较2008年减少70%至80%。欧盟更以立法形式加码，其碳排放交易体系（EU ETS）要求进出欧港口船舶必须披露碳排放数据，高碳排放船舶将面临碳配额惩罚，同时"海运燃料法案"（FuelEU Maritime）正加速推动船用燃料清洁化进程。

政策倒逼下的技术突围

在严苛的减排压力下，航运业正加速向碳中和燃料转型。基于绿氢的甲醇、氨等新型燃料被视为破局关键。然而，绿氢的规模化部署需要高昂的前期投入。据估算，到2050年，全球氢能供应链需要9万亿美元投资，以达到净零排放的目标。由于利益相关方十分庞杂且规模化需要时间，这一转型预计将持续多年。面对这种"远水难解近渴"的局面，双燃料发动机成为众多航运业领导企业在过渡时期的首选方案。

双燃料发动机的“智慧切换”

顾名思义，双燃料发动机可使用两种燃料，并具备灵活切换的能力。这种发动机配备了两套独立的燃料喷射系统和燃料罐：主燃料通常是低碳或碳中和燃料（如甲醇、氨或液化天然气LNG），次燃料则为传统燃料（如柴油）。这种设计可确保船舶在碳中和燃料不足时仍能正常运营，避免海上抛锚的风险。

在绿色燃料大规模上量之前，双燃料发动机这样的"双保险"设计无疑是最有效的过渡方式。奥赛能（Accelleron）涡轮增压应用远东区及新技术负责人Paolo Tremuli说道："从原理上说，任何燃料都可用于双燃料发动机。目前最常见的主燃料选择仍是液化天然气（LNG），因其储量丰富、成本较低且相比传统燃料可减少25%的排放。不过在新造船订单中，甲醇正快速成为主流燃料选择，氨燃料的订单量也在同步增长。"

图片来源于WinGD

2025年2月25日，WinGD X92DF-M-1.0甲醇双燃料发动机正式发布，标志着其在绿色船舶动力领域的又一里程碑突破。而这台开创性的发动机上，正选用了3台奥赛能A275-L涡轮增压器作为核心配套产品。

据报道，截止2024年12月，全球已有14个港口有能力为船舶进行甲醇加注作业，其中一些港口已在部署扩大未来燃料的加注能力。船舶可在这些区域使用清洁能源，而在其他航段切换至传统燃料。

双燃料发动机面临的技术挑战

双燃料发动机的核心挑战在于在同一空间，整合两种不同燃烧系统的复杂性。以柴油和LNG为例，前者为液态燃料，其燃烧是基于柴油机循环（即狄赛尔循环），后者为气态燃料，基于奥托循环。此外，LNG燃烧不均容易产生爆震，导致发动机和部件的磨损和损坏，需额外控制气缸内空气量以防止异常燃烧。

甲醇和氨是目前最具潜力的碳中和航运燃料。但确保其安全性十分重要。例如，氨的强腐蚀性和毒性要求船舶配备严格的防泄漏监测系统，在机舱内工作的船员必须穿戴防护装备。

双燃料发动机还可引入第三种燃料作为混合燃料。例如，在LNG中混入少量氢气或氨。由于目前碳中和燃料的稀缺，我们可以选择在LNG中掺入少量这些燃料，以达到减排的效果。目前，氢是较为常见的第三种燃料之一，其占比最高可达到20%。如要混入更高比例的氢，则需要进一步改造发动机（如降低几何压缩比或增加缸内空气量）。随着技术进步，未来这类燃料的混合比例有望提升。

奥赛能全方位支持双燃料转型

在推进双燃料发动机的研发和应用中，涡轮增压器起着关键作用，可将发动机效率提高10%。奥赛能的涡轮增压方案根据不同的燃料类型和发动机的负荷对压比、流量等进行针对性的匹配和优化，以实现最高的燃烧效率，既能最大化利用稀缺的绿色燃料，又能减少来自传统燃料的排放。此外，精准的燃油喷射系统对于双燃料发动机同样重要。奥赛能旗下OMT以其定制化的燃油喷射方案，助力双燃料发动机安全、高效地利用多种燃料。

数字化也是实现双燃料船舶效率及安全优化的关键赋能技术。从发动机性能监测、船体与螺旋桨分析，到航程优化、排放报告，奥赛能的数字化方案为船东和运营商提供全方位支持，助力其制定高效、灵活且经济可行的可持续发展战略。

携手共促绿色合作

尽管双燃料发动机展现出巨大潜力，但清洁能源基础设施不足仍是制约发展的"拦路虎"。清洁能源的产业化应用需要跨行业、不同利益相关方的共同努力。我们已经看到许多积极的进展，例如"绿色航运走廊"——包括上海港在内的全球多个港口已在积极开展相关建设，通过区域性示范效应加速碳中和燃料的应用，解决安全规范和燃料补给等关键挑战。

市场数据印证着行业的转型决心：2024年全年，全球新造船订单中双燃料机型占比已达50%，而2023年，这一比例为40%左右。对于船东和运营商而言，双燃料发动机无疑是一种务实的减碳方案，使其在持续支撑全球贸易的同时，稳步迈向绿色燃料的新纪元。