新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)主要參數(shù)影響分析

李 路，王慧芳

（中國(guó)船級(jí)社上海規(guī)范研究所，上海 200135）

0 引 言

國(guó)際海事組織（IMO）在2011年7月召開的環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第62屆會(huì)議（MEPC62）上，以MEPC.203(62)決議通過了國(guó)際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則VI修正案以引入船舶能效要求，即新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）及營(yíng)運(yùn)船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）要求，將于2013年1月1日起生效實(shí)施。2012年2月召開的IMO環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第63屆會(huì)議（MEPC63）已經(jīng)正式通過了與之相配套的2012 EEDI計(jì)算導(dǎo)則、2012 EEDI檢驗(yàn)與發(fā)證導(dǎo)則、用于EEDI的基線計(jì)算導(dǎo)則和2012年SEEMP編制導(dǎo)則。

新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)的推出，是 IMO在海事界減排領(lǐng)域中最先推出的實(shí)質(zhì)性強(qiáng)制措施。船舶 EEDI指數(shù)是衡量新造船能效水平的一個(gè)重要指標(biāo)，EEDI要求適用于所有 400gt及以上的國(guó)際航行船舶中的下述 11種船型：散貨船、氣體運(yùn)輸船、液貨船、集裝箱船、雜貨船、冷藏貨船、兼用船、滾裝貨船（車輛運(yùn)輸船）、滾裝貨船、客滾船及客船，暫不適用于具有柴油電力推進(jìn)、蒸氣推進(jìn)及混合推進(jìn)系統(tǒng)的非傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的船舶。但目前僅對(duì)前7種船型有明確的階段性削減目標(biāo)[1]。

1 新船EEDI計(jì)算公式及簡(jiǎn)化模型

在EEDI公式推出之前，船舶工業(yè)也一直在對(duì)提升船舶能效進(jìn)行研究，也存在其他的公式來表征船舶的能效。但EEDI公式從一個(gè)更加廣泛的概念出發(fā)，提出其衡量船舶能效的指標(biāo)。從該衡量方法推出之后，國(guó)內(nèi)也相繼針對(duì)船舶能效評(píng)估方法展開研究[2]。IMO衡量船舶能效的基本原理是通過船舶耗費(fèi)能源所產(chǎn)生排放和船舶運(yùn)輸對(duì)社會(huì)產(chǎn)生的效益的比值來衡量運(yùn)輸船舶的能效。也就是：

在EEDI公式推出后，幾經(jīng)討論，最終在IMO會(huì)議上確定了該公式，按照最新的2012 新船EEDI計(jì)算導(dǎo)則，Attained EEDI的計(jì)算公式[3]如下：

（PAE?CFAE?SFCAE）——正常航行工況下所必須的輔機(jī)功率所產(chǎn)生的排放；

Capacity?Vref——載運(yùn)能力與航速的乘積，表示相應(yīng)的船舶運(yùn)輸效益。

從公式看出，對(duì)新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)起決定性作用的主要參數(shù)有航速 Vref、船舶載運(yùn)能力 Capacity、為達(dá)到該航速所需的主、輔機(jī)功率PME和PAE。根據(jù)EEDI計(jì)算導(dǎo)則，除客船、客滾船外的大部分船型的PAE可根據(jù)PME進(jìn)行估算，實(shí)際上對(duì)EEDI起決定性作用的最基本3個(gè)參數(shù)可歸結(jié)為：PME、Capacity和Vref。

為突出主要參數(shù)，本文參考IMO基線計(jì)算導(dǎo)則中對(duì)EEDI公式的簡(jiǎn)化方法[4]，對(duì)該公式進(jìn)行簡(jiǎn)化：

1) 碳轉(zhuǎn)換系數(shù) CFME= CFAE= CF = 3.1144 g-CO2/g-Fule；

2) 主機(jī)單位燃油耗值的取值，均取 SFCME= 190 g/kW·h；PME(i)為總裝機(jī)功率的75%；

3) 對(duì)輔機(jī)單位燃油耗值的取值，均取SFCAE= 215 g/kW·h；

4) PAE按照EEDI計(jì)算導(dǎo)則[3]對(duì)PAE的取值方法，即

(1) 對(duì)于主機(jī)功率≥10 000 kW的船舶，PAE為：

(2) 對(duì)于主機(jī)功率＜10 000 kW的船舶，PAE為：

5) 修正系數(shù) fj, fi, fc和 fw取值為1；

6) 主機(jī)或輔機(jī)所采用節(jié)能設(shè)備暫不考慮，即PAEeff= 0，Peff= 0。

據(jù)上所述，可得簡(jiǎn)化模型如下：

2 EEDI關(guān)鍵參數(shù)分析

2.1 近年來散貨船基本情況

根據(jù)勞埃德數(shù)據(jù)庫（IHSF）中1999年1月～2009年1月之間的數(shù)據(jù)，按照IMO基線計(jì)算導(dǎo)則，回歸出散貨船基線為：基準(zhǔn)線值=×79.961dwt-0.477，該基線也與IMO所確定的0階段的基線值（將于2013年1月1日起適用）一致。其中55 000～58 000 dwt散貨船數(shù)據(jù)包含在圖1內(nèi)，放大情況如圖2所示。

圖1 1999～2009年建造散貨船數(shù)據(jù)

圖2 55 000～58 000 dwt船舶數(shù)據(jù)

2.2 散貨船載運(yùn)能力、航速和裝機(jī)功率對(duì)EEDI影響分析

以57200dwt散貨船為例，將3個(gè)參數(shù)對(duì)EEDI的影響程度進(jìn)行分析，參數(shù)見表1。

表1 57 200 dwt散貨船基本參數(shù)

在對(duì)載重量進(jìn)行分析時(shí)，固定另外兩個(gè)參數(shù)航速和功率不變，即考慮通過優(yōu)化設(shè)計(jì)降低空船重量來達(dá)到增加載重量，或與之相反的情況。當(dāng)載重量參數(shù)變化時(shí)，對(duì)EEDI影響評(píng)估可見圖3。

圖3 對(duì)載運(yùn)能力的分析

在對(duì)裝機(jī)功率進(jìn)行分析時(shí)，固定另外兩個(gè)參數(shù)載重量和航速不變，即考慮通過優(yōu)化線型，加裝節(jié)能裝置和優(yōu)化螺旋槳設(shè)計(jì)等方法來降低主機(jī)功率等，或與之相反的情況，當(dāng)裝機(jī)功率變化時(shí)，對(duì)EEDI影響可見圖4。

圖4 對(duì)裝機(jī)功率的分析

在對(duì)航速進(jìn)行分析時(shí)，固定載重量不變，主機(jī)功率根據(jù)航速匹配相應(yīng)的功率，航速變化對(duì)EEDI影響可見圖5。

2.3 載運(yùn)能力與其對(duì)應(yīng)EEDI的比較分析

另外，本文根據(jù)某53000dwt、57000dwt、73000dwt、76000dwt散貨船對(duì)其載運(yùn)能力與EEDI關(guān)系進(jìn)行分析，見表2。分別針對(duì)單位空船重的載重噸和單位空船重的艙容與EEDI的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，見圖6及圖7。

圖5 對(duì)航速的分析

表2 幾種船型載貨能力與其對(duì)應(yīng)EEDI關(guān)系

圖6 單位空船重的載重量與其對(duì)應(yīng)EEDI的比較

圖7 單位空船重的艙容與其對(duì)應(yīng)EEDI的比較

3 結(jié) 語

在對(duì)影響EEDI的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)分析后，給出下述結(jié)論，供實(shí)際工作中參考：

1) 對(duì)于57000dwt散貨船，通過簡(jiǎn)化模型分析，最基本3個(gè)參數(shù)（裝機(jī)功率、航速、載運(yùn)能力）的變化對(duì)EEDI的影響敏感程度是裝機(jī)功率＞航速＞載重量。

2) 降低裝機(jī)功率和設(shè)計(jì)航速，可有效控制船舶能效水平。但設(shè)計(jì)航速是根據(jù)船舶營(yíng)運(yùn)情況來綜合考慮，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，降低航速可能并不適用于所有船型。從總體趨勢(shì)看，應(yīng)以提高能源利用效率為出發(fā)點(diǎn)，通過如船體線型和推進(jìn)優(yōu)化、廢熱回收系統(tǒng)等節(jié)能設(shè)備的采用，利用液化天然氣、風(fēng)能、太陽能等清潔和可再生能源等方面來優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3) 優(yōu)化船舶布置，盡量增加單位空船重量下的載重量和艙容，是設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮的一個(gè)方面。另外一個(gè)需要注意的問題是自愿結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的影響可在EEDI計(jì)算中予以扣除（自愿結(jié)構(gòu)加強(qiáng)是指在滿足公約、規(guī)則要求以及船級(jí)社規(guī)范基礎(chǔ)上，船東自愿對(duì)某局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，在此情況下，將造成船舶空船重量增加以及載運(yùn)能力的降低）。

[1] IMO. Amendments to the Annex of the Protocol of 1997 to Amend the International Convention for the Prevention of Pollution From Ships, 1973, as Modified by the Protocol of 1978 Relating Thereto (Inclusion of regulations on energy efficiency for ships in MARPOL Annex VI) [R]. RESOLUTION MEPC. 203(62), LONDON, 2011.

[2] 朱永峨，孫 武，溫苗苗. 船舶CO2排放水平的能效評(píng)估方法研究[J]. 上海造船，2011，(3)：62-63.

[3] IMO. 2012 Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index（Eedi） for New Ships [R].Resolution Mepc. 212(63), London, 2012.

[4] IMO. Guidelines for Calculation of Reference Lines for Use with the Energy Efficiency Design Index [R] .Resolution Mepc.215(63), London, 2012.