基于降低船舶能效設計指數(EEDI)值的研究

王　強

(青島遠洋船員職業學院， 山東 青島 266071)

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基于降低船舶能效設計指數(EEDI)值的研究

王強

(青島遠洋船員職業學院， 山東 青島 266071)

摘要EEDI(能效設計指數)是衡量船舶在航行中CO2排放量的考核指標。依據MEPC.59提出的EEDI臨時指導公式分析其內涵、意義，以及EEDI參考線的回歸計算。通過分析實施新的EEDI時對船舶的影響，得出降低EEDI值的常用方法，研究結果可以為船舶設計者在進行相關船舶的EEDI 計算時提供參考和指導，具有較好的實用性。

關鍵詞節能減排EEDI參考線方法

0引言

能效設計指數EEDI(Energy Efficiency Design Index)是IMO最新推出的衡量船舶能效水平的指標，用船舶能效用CO2排放量和貨運能力的比值來表示。2011年7月，在MEPC 第62 次會議上，通過了包括EEDI在內的《國際防止船舶造成環境污染公約》附則六，關于船舶能效規則的修正案，該規則適用于國際航行400總噸及以上船舶，于2013年1月1日生效，并將于2015年起執行。EEDI 能效規則的強制實施，對于中國造船業、航運業將面臨嚴峻的挑戰。

2015年起新造船舶將強制遵守CO2排放標準， EEDI的提出對造船工藝、船型設計、創新型節能技術應用等提出了更高的要求。因此，通過降低EEDI值來實現節能減排是目前和將來船舶設計中最重要的要求之一。

1EEDI概述

船舶運輸是石油消費的重點行業，也是溫室效應氣體(GHG)和大氣污染排放的重要來源之一，與綠色船舶技術相關的國際規范公約等強制性文件也相繼出現。能效設計指數(EEDI)是國際海事組織(IMO)最新推出的衡量船舶能效水平的指標，降低由于EEDI強制實施帶來的不利影響成為航運業和修造船領域的研究熱點。

1.1EEDI公式內涵

CO2排放量的計算，可通過船舶在設計載貨狀態下，以一定航速航行時，所需主推進動力和相關輔助功率消耗的燃油計算得出；即船舶裝載1 t貨物、航行1海里時，所需燃燒的燃油數量，通過換算可以得出CO2的排放量。IMO推出EEDI的目的是激勵船舶設計者和船東通過應用節能技術和技術改進使新造船舶盡可能達到較高的能效標準，以減少船舶排放CO2的量。

EEDI的計算公式為

(1)

式中：

EME為船舶主機保證一定航速運輸該裝載量所需的主推進功率與所消耗燃油之乘積，單位：g。

EAE為保證主機在EME所述的狀態下工作所需的副機功率與所消耗燃油之乘積，單位：g。

EPTI為當船舶有軸帶電機與廢熱回收系統時對軸功率的貢獻與副機燃油消耗之乘積，單位：g。

Eeff為采用新的節能技術減少燃油消耗所帶來的船舶能效的提高，單位：g。

EEDI 公式主要參數及其意義：

(1) CF為無量綱碳轉換系數，基于含碳量將燃油消耗量轉換為CO2排放量；CFME為主機碳轉換系數，CFAE為輔機碳轉換系數。

不同燃料所對應的CF值(tCO2/tFuel)：柴油CF=3.186，輕燃油CF=3.151，重燃油CF=3.114；液化石油氣CF=3.0(丙烷)，CF=3.03(丁烷)；液化天然氣CF=2.75。

(2) Vref為船速(kn)。

(3) Capacity為船舶裝載量。

(4) nME為主機臺數。

(5) nAE為副機臺數。

(6) PME(i)為每臺主機額定裝機功率(MCR)減去軸帶發電機功率后的75%時的功率值。

(7) PPTI(i)為每臺軸帶發電機額定功率值除以效率后的75%時的功率值。

(8) PAEeff(i)為采用能效技術創新后，輔機功率為未采用技術創新時輔機功率的75%。

(9) Peff(i)為采用能效技術創新后，主機功率為未采用技術創新時主機功率的75%。

(10) PAE為正常最大海況下所需要的副機功率。

(11) SFC為柴油機核定的單位油耗率(g/kWh)；SFCME為主機燃油消耗率，SFCAE為副機燃油消耗率。

(12) fj為船舶采用特殊設計增加船舶動力修正系數。

(13) fw為耐波性系數，包含因浪高、波浪頻率和風速導致船舶減速的因素。

(14) fi為裝載量修正系數，補償因規定要求或技術而限制了船舶的裝載能力。

(15) feff(i)為反映創新能效技術的可利用率，對于廢熱回收系統該值取1.0。

(16) m為船舶使用的特殊設計數。

(17) fc為船舶貨船的容積修正系數。

1.2EEDI參考線

EEDI參考線代表當代船舶CO2排放量的平均水平。EEDI值合格與不合格是通過EEDI參考線來判斷的。超過參考線值的EEDI是不合格的，低于參考線值的EEDI是合格的。

基于假設條件，MEPC 62/6/4中確定了參考線的計算公式，即EEDI基線回歸公式為

(2)

基線(Reference line)：BLV=α·Capacity

基線參數a、c已經DNV、GL計算確定。

折減率：

其中，2013.01.01～2014.12.31, X=[0]；2015.01.01～2019.12.31, X=[0～10]；2020.01.01～2024.12.31, X=[0～20]；2025.01.01～2029.12.31, X=[0～30]。

一艘新造船所得到的Attained EEDI稱為A，將其所需的Required EEDI稱為R，則應該A

2強制執行EEDI的影響

就目前在市場上運營的中國船舶而言，能達到EEDI標準的船太少。若船舶能效設計指數在2015年強制實施，被強制淘汰或進入優化序列的船舶將不在少數。為了進入國際市場，船東必須改進不滿足要求的船型，增加船舶能效。EEDI對生產工藝技術、船舶設計、新能源技術、配套設備應用等提出了較高要求。船東將把EEDI 作為新造船的硬性指標，EEDI 將直接影響造船工業的核心競爭力。

將來，如果船舶沒有獲得EEDI認證，某些國家或港口將不準進入。因此對于船東而言，將影響其船舶的全球運營能力；對于國家而言，也將對整個船舶工業帶來極大的影響。船舶企業將在這場競爭中，面臨生存的挑戰。EEDI的強制執行將迫使船舶企業采用各種方法來降低新造船的EEDI值，以使自己的船舶可以有資格進入市場。

3降低EEDI值的常用方法

提高船舶能效，降低EEDI值，需要優化船型設計，開發新船型；采用新能源技術；提高船體效率；盡量減少空船重量，提高載重量，并降低主機、副機油耗，船舶設計及建造中盡量使用輕型材料、節能技術。目前可考慮采用滿足EEDI要求的基本途徑如圖1所示。

圖1　改善EEDI技術途徑示意圖

3.1優化船型設計，開發新船型

3.1.1小水線面雙體船型

開發小水線面雙體船型能適應波浪中航行, 且阻力小。此種船型的船體由上、下體組成,上體為主船體, 下體為輔船體, 由支柱相連接, 將主船體絕大部分容積抬出水面。因此, 具有興波阻力及波浪干擾力作用小的特點, 在高速航行時快速性、航向穩定性及耐波性均好。該船型適用于小型巡邏艇、軍用輔助船和豪華型海峽渡船等。

3.1.2新Y型縱流槽船型

新Y 型縱流槽船型也稱PY 船型, 是對船艏部和艉部同時進行開發研究的一種整體新船型，Y 船型可改善船軸部位螺旋槳處的來流狀態,使流態相對穩定, 可使螺旋槳工作在較均勻的艉部流場中, 以提高推進效率。客船、巡邏艇、旅游船以及大型港口渡輪等, 可選用此船型。

3.1.3球尾船型

該船型的特征是在船體滿吃水線處的尾部區設有一個長度約1% ～ 2%的船長, 寬度窄小的尾端形體。它是根據流體力學原理, 利用球尾產生與船艉尾波相反等幅的波, 以降低興波高度，從而減少能量損失, 以降低船舶阻力，該船型一般可節省主機功率7% ～ 9% 。

3.2采用新能源技術

3.2.1風帆助航柴油機船

對海洋風力的利用可以進一步降低船舶的燃油消耗。風帆助航船舶不僅能滿足當前國際航運減排的要求，同樣滿足未來低碳社會的要求。

圖2是二十世紀70年代日本 JAMDA 公司研發的裝有鋁合金曲面硬帆的“Shin-Aitoku Maru號”船舶，這是風帆動力概念船舶的一次偉大挑戰。

圖2　日本JAMDA 公司“Shin-Aitoku Maru”號

3.2.2馬達助動式帆船

從CO2零排放船舶的角度考慮，馬達助動式帆船在未來低碳社會是一個重要的發展趨勢。通過借助風力，使商船燃油消耗降低50%的“風挑戰者”計劃，該項目主體是18萬噸級的好望角型散貨船“風挑戰者號”，“風挑戰者號”在海上航行的模擬圖如圖3所示，在港口收起帆的模擬圖如圖4所示。“風挑戰者號”船上裝有9支可以360°旋轉以適應風向的碳纖維復合材料硬帆，并且可以通過帆內部的機械裝置將帆縮起。

圖3　在海上滿帆狀態的“風挑戰者”

圖4　在港口縮起風帆的“風挑戰者”

3.2.3使用液化天然氣燃料

使用LNG作為船舶燃料的優勢：(1) 低排放，幾乎可以100%減排硫氧化物和顆粒物質、減少85%～90%氮氧化物和15%～20% CO2的排放，用于船舶燃料的LNG可完全替代燃油。(2) 安全可靠，LNG屬低溫液體，即使發生泄漏事故時也會很快自然氣化，其密度比空氣輕，在發生泄漏時會自動向上溢開，不會對水體產生污染；天然氣的燃點比汽柴油更高，瞬間著火比油慢，易擴散，不易達到爆炸極限。(3) 價格低廉，天然氣的儲量豐富，液化天然氣的現貨價格約為柴油的1/4～1/3。液化天然氣以其環境效益顯著的優勢，將成為未來船用燃料的首選。

3.3提高船體效率的技術方法

3.3.1居住區風壓減阻技術

居住區風壓減阻技術[MT-COWL]可在船舶航行時降低居住區風壓阻力，通過對實體模型進行風洞實驗，測試出該技術能減少10%的風壓阻力。據估計，該技術如果應用到18萬噸級散貨船上，預計可提高燃油的燃燒效率,每年可減少約520 t CO2的排放。

[MT-COWL]技術是在居住區的駕駛臺側翼部和支柱部的前方，通過安裝箱型的附加物使其成為傾斜角形狀(見圖5)，設計時重點考慮了駕駛臺側翼部和支柱部前方占居住區整體約30%的面積，力求進一步降低風壓阻力。

圖5　居住區風壓減阻技術

3.3.2氣泡潤滑技術

氣泡潤滑技術是采用在船體下方噴入氣體的方式，通過船舶底部的小孔向水流噴射微型氣泡，以干

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Research on Value Reduction of Energy Efficiency Design Index

WANG Qiang

(Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao Shandong 266071, China)

AbstractEEDI is an assessment index of CO2emission during the voyage of the ship. Base on the interim guidance formula of EEDI proposed in MEPC.59, this article analyzes its connotation and the meaning, then conducts the regression calculation of reference line of EEDI. According to the impact analysis of the new EEDI value, the common method of EEDI value reduction is reached. The result can provide a reference and a guidance in relevant EEDI calculation for ship designer, and has a good practicability.

KeywordsEnergy conservation and emission reductionEnergy efficiency design indexLine of referenceMethod

中圖分類號U662

文獻標志碼A

作者簡介：王強(1984-)，男，碩士研究生。