船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响

船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响

陈冬冬 徐永华

江龙船艇科技股分有限公司 广东 528462

摘要：航运节能减排工作在全球范围内得到了越来越多的重视，国际海事组织试图通过控制新造船舶能效设计指数,提高新造船舶的节能减排性能。不管数民用的船舶还是商用的船舶都逐渐向大型化的方向发展。船舶的运行功率加大,航行的速度不断加快，这样的发展导致了大量温室气体的排放。为有效缓解温室气体的排放，在船舶设计中提出船舶能效设计指数的概念，它能有效指导船舶的设计，帮助工程师门设计出符合现阶段社会经济发展需要的船舶。

关键词：船舶能效 设计指数 船舶业 影响

引言

在世界经济快速发展的背景下， 对海运的需求逐渐扩大，因此，船舶的数量也在不断增加，最终导致海运行业的能源消耗量增大，对环境造成而来很大的污染。船舶排放的温室气体成为环境污染的主要因素之一，其温室气体的排放成为国际海事组织关注的问题。在船舶设计的过程中，有效控制其温室气体的排放是设计中必须注意的问题。降低能耗，减少温室气体的排放是船舶设计的重点，船舶能效设计指数可以指导设计者设计出性能较好的船舶。

1. 船舶能效设计指数

1.1 EEDI 计算公式

EEDI 是衡量船舶能效水平的指标，单位为 g/（t·nmile）。最新的 EEDI 计算导则定义了 12 种船型，分别是客船、散货船、气体运输船、油船、集装箱船、滚装货船（车辆运输船）、滚装货船（容积货运输船）、滚装货船（重量货运输船）、普通货船、客滚船、冷藏货船和兼装船，并给出了 EEDI 计算公式如下：

其中

EEDI 计算公式是用 CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶能效的。公式的分母用规定的航速与装载量的乘积表征船舶的货运能力。分子表征 CO2 排放量，分为四部分：第一部分 EME是船舶以该航速运输该装载量所需的主推进功率与所消耗燃油之乘积；第二部分 EAE是为保证主机在第一部分所述的状态下工作所需的辅机功率与所消耗燃油之乘积；第三部分 EPTI是当船舶设有轴马达和废热回收系统时对轴功率的贡献与辅机燃油消耗之乘积；第四部分 Eeff是采用新的节能技术减少燃油消耗所带来的船舶能效的提高。

EEDI 公式中的主要参数及其意义说明如下：

（1）CF 是无量纲碳转换系数，基于含碳量将燃油消耗量转换为 CO2 排放量，下标 ME(i)和 AE分别代表主机和辅机。针对采用的燃油类型，给出相应的 CF值如表 1 所示：

表 1 CF取值表

（2）Vref 指船舶在深水中、在以（3）中所定义的装载工况（如果是客船和客滚船则应是夏季满载吃水工况）及发动机（多台）按（5）中定义的轴功率推进的情况下，假定天气平缓且无风无浪时的航速，单位为 kn。

（3）Capacity 指船舶装载量。对于散货船、油船、气体运输船、滚装货船、普通货船、冷藏货船和兼装船，载重吨（DWT）即为装载量；对于客船和客滚船，总吨位（GT）即为装载量；对于集装箱船，载重吨的 65%即为装载量。

（4）nME 为主机台数；nPTI 指轴马达台数；neff 指船舶采用的创新能效技术的种数。

（5）P 是主机和辅机的功率，单位为 kW。下标 ME(i)和 AE分别指主机和辅机。其中：PME(i)指第 i台主机的额定装机功率（MCR）减去任何已安装轴带发电机的额定功率（PPTOi）后的 75%，即PME(i)=0.75×(MCRMEi- PPTOi)；PPTO(i)可用已安装的第 i 台轴带发电机 75%的输出功率除以该轴带发电机的相对效率来计算；PPTI(i)指第 i 台轴马达 75%的额定功率消耗除以发电机（多台）的加权平均效率；Peff(i)指在 75%主机功率下第 i 种机械创新能效技术的输出功率；PAEeff(i)指在 PME(i)下测得的由于采用第

i 种电力创新能效技术而减少的辅机功率；PAE指为保障船舶在正常最大海况下以 Vref航速和最大设计装载条件（Capacity）航行时所需要的辅机功率，仅包括推进装置/系统和居住所必须的功率，例如主机泵、航海系统和设备以及在船上生活消耗的功率，不包括侧推器、货舱泵、装卸设备、压载泵、维护设备、冷藏箱和通风等非推进装置/系统所需的功率。

（6）SFC 指柴油机经核定的特定燃油消耗率，单位是 g/（kWh）；下标 ME(i)和 AE 分别指主机和辅机。

（7）M 指船舶使用特殊设计的个数。

（8）fj 指船舶采用特殊设计增加船舶动力的修正系数。对于冰区航行船舶可根据船型（油船、干散货船、普通货船）、冰区级别、船舶垂线间长及主机额定功率按规定公式计算 fj；对于具有推进储备的穿梭运输油船，fj=0.77；对于其他船型，fj取 1.0。

（9）fw 是表征在代表性海况（浪高、波浪频率、风速）下船舶失速的无量纲系数，可由船模试验获得或通过标准曲线求取，在船模试验导则或标准曲线制定完成以前，fw取 1.0。

（10）feff(i)指第 i 种创新能效技术的可利用率。对于废热回收系统，feff(i)取 1.0。 （11）fi 是装载量修正系数，用于补偿船舶因技术或规定要求而限制了的装载能力。对于冰区航行船舶可根据船型（油船、散货船、普通货船、集装箱船和气体运输船）、冰区级别、船舶垂线间长及装载量按规定公式计算；对于自愿结构加强的船舶，fi 等于船舶加强前的载重吨与加强后的载重吨的比值

1.2 适用强制性 EEDI 要求的船舶类型

MEPC 第 61 次会议上经过工作组审议，形成强制性 EEDI 要求适用的船舶类型、尺度、折减率及目标年限如表 2 所示，并同意表格中的年限时间将会在条款正式通过时确定。

表 2 适用强制性 EEDI 要求的船舶类型、尺度、折减率及工作年限

表 2 中规定的折减率和工作年限是与 EEDI 基线相对应的。EEDI 基线是通过对大量现有船舶的EEDI 值运用回归分析方法获得的[5]，代表了此类型船舶当前的 EEDI 平均水平。未来新造船强制性EEDI 标准则将以同类型船舶的基线所确定的值为基准，随着年份推移逐步提高 EEDI 基准，即引入一个基线值的折减率，按每一阶段规定的工作年限逐步提高折减率，从而使得船舶的 EEDI 基准值逐步降低，这也预示着新造船的能效水平逐步提高。

2.船舶能效设计指数基本影响

EEDI 的基本思路，是在分析现有不同类型、不同载重吨船舶的能效设计水平的基础上，确定一个高于现有船舶中能效水平较低的部分或者大部分船舶的船舶能效控制标准，强制新造船舶能效设计水平满足该能效控制标准，从而提高在役船舶的能效水平，且能效控制标准随着在役船舶能效水平的提高而进一步提高，这样渐渐推动船舶能效水平不断提高。

2.1 船舶能效设计指数的计算

计算 EEDI 和确定控制标准的方法，与 EEDI 能否有效反映船舶能源利用特点以及 EEDI 能否顺利推广应用密切相关。EEDI 反映船舶满载正常航行过程中，单位船舶载重吨、单位船舶航程的主机和航行所需辅机消耗燃料排放的 CO 2 质量。其值越大，表明船舶能效水平越低；反之，船舶能效水平越高。图 1 中虚框所示为 EEDI 涉及的船舶功率，包括实际用于驱动船舶正常航行的功率和船舶正常航行过程中必须的主机泵以及膳宿处所采用设备消耗的功率。

考虑到在集装箱运输船舶实际航行过程中，通常实际载重吨只使用额定的 65% ，实际计算集装箱船舶的 EEDI 时，船舶载重吨取实际使用的平均值；考虑到波浪和风的影响、航行冰区和共同结构规范船舶的特殊性，计算相关船舶 EEDI 时，进行必要的修正。

图1 EEDI 涉及的船舶功率

2.2 船舶能效设计指数控制标准的确定方法

目前考虑的确定船舶能效设计指数控制标准的方法是：

（ 1 ）对现有船舶分类型且对不同载重吨的船舶计算EEDI 值；

（ 2 ）以船舶载重吨为变量，运用回归分析方法获得EEDI 与船舶载重吨的关系曲线（用幂指数函数表达），代表相应类型船舶的 EEDI 平均水平；

（ 3 ）以此关系曲线作为新造船的 EEDI 控制标准，即新造船舶 EEDI 计算值必须小于相应类型船舶同样载重吨下 EEDI 控制标准的值。这样就保证了新造船能效设计水平高于现有船舶的平均能效设计水平。 可以粗略地认为，新造船能效设计水平高于现有同样类型船舶总数中半数以上的能效最差船舶。按照这样的方式确定 EEDI 控制标准存在一些问题。 比如即使船舶样本取自同一数据库，随着船舶样本和样本数量的不同，回归生成的 EEDI 与船舶载重吨的关系曲线也不同，即形成的控制标准也不同。 鉴于此，MEPC59 没有按预期发布基线计算导则通函， 而是要求各成员国进一步研究基线计算方法。

3.结语

在我国的船舶设计中，采用船舶能效设计指数来指导具体的船舶设计，是目前船舶设计中的重要方法。 运用船舶能效设计指数的公式进行有效的计算，明确船舶的航行速度、最大的能耗功率、使用的清洁燃料、排放的温室气体量，为设计性能优良的大型船舶提供了较多的参考。

参考文献：

[1] 李路 , 芮晓松 . 论能效设计指数 (EEDI) 现阶段强制实施的合理性 [J]. 船舶设计通讯 ,2010,(4):11-14.

[2] 史德宝 , 尹自斌 . 大型油轮能效设计指数计算与优化分析 [J]. 中国水运（下半月） ,2013,(11):143-145.

[3] 张丽瑛 . 船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响 [J]. 中国水运（下半月） ,2011,11(1):1-3,5.