某船滿足能效設計指數要求的探討*

薛樹業 陳泰山

一、引言

2011年7月，國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）通過了第一套提高新建船舶能效的強制性措施，即在MARPOL公約附則Ⅵ中納入船舶能效規則，新造船的能效設計指數（Energy Efficiency Design Index，EEDI）第0階段從2013年1月1日起生效。2018年4月，《IMO船舶溫室氣體減排初步戰略》確定將繼續實施EEDI后續階段以降低船舶碳強度。2021年6月，IMO通過了包含基于目標的強制性技術和營運措施的 MARPOL公約附則Ⅵ修正案，其中要求計算現有船舶能效指數（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）。

EEDI與EEXI的計算框架一致，EEXI中各參數的取值和驗證條件較EEDI更加靈活且有所放寬。海上環境保護委員會（Marine Environment Protection Committee，MEPC）335（76）號決議《2021年為符合EEXI要求采用的軸/發動機功率限制（SHaPoLi/ EPL）系統和儲備功率使用導則》提到“注意到EEDI框架下關于新船上SHaPoLi / EPL系統的導則目前正經MEPC審議，考慮到對現有船的環境和技術限制，經MEPC審議，可將在EEXI和EEDI框架下的這些導則綜合成一套導則”。由此預計EEDI與EEXI兩套框架和技術要求會走向高度的融合。[1]

根據MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案及EEDI、EEXI的計算和驗證相關導則，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術要求相互融合的原則，以某一新建液貨船為例，本著其Attained EEDI計算依賴于EEXI計算導則的需求，探討其能效設計指數相關參數計算問題，使其滿足Required EEDI和Required EEXI，從而符合MARPOL公約附則Ⅵ關于EEDI和EEXI的要求，供船舶所有人、船舶經營者等相關方參考。

二、船舶概況

X船的建造合同簽于2011年之前，即船舶能效規則出臺之前，且安放龍骨時間亦在2011年之前，隨后由于種種原因沒有交船，直到最近兩年開始重新建造，計劃于2024年前交付。X船由于建造時并沒有能效相關要求，沒有做過模型試驗，因此在設計階段無法通過計算得到Attained EEDI值，而在交付前對該船做了EEDI吃水和海況下的試航測試。用于計算X船Attained EEDI的參數見表1，X船的船舶類型為液貨船，在計算Attained EEDI時其主機、副機燃油類型均為船用重柴油。

表1 X船EEDI計算的參數

三、計算Required EEDI

（一）參考線值

根據MARPOL公約附則Ⅵ修正案（2021）第24條第3款的規定，參考線值R的計算公式為

式中：液貨船的a為1218.80，b為船舶載重噸的值，c為0.488；a、b、c均為無量綱因數。

由式（1）計算可得，X船的EEDI參考線值Rx為10.22 g/（t·n mile）。

（二）折減因數

根據MARPOL公約附則Ⅵ修正案（2021）第19條第4款、第5款的規定，以及MEPC.1/Circ.795/Rev.5《MARPOL 附則Ⅵ的統一解釋》1.2.2段的解釋，“在2015年1月1日前簽訂造船合同，并于2019年1月1日至2023年1月1日間交船”的船舶能效削減階段為第1階段，由此確定X船的能效削減階段為第1階段。根據第24條第2款的規定，采用線性插值方法，計算得到X船的EEDI折減因數為8.75。根據第25條第1款EEXI的相關規定，采用線性插值方法，計算得到X船的EEXI折減因數為17.5。

（三）Required EEDI的計算

根據MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案第24條第1款的規定，Required EEDI的計算公式為

式中：Y為船舶的EEDI折減因數，無量綱。

由式（2）計算可得，X船的Required EEDI為 9.32 g/（t·n mile），Required EEXI為8.43 g/（t·n mile）。

由X船的EEDI、EEXI折減因數計算出的Required EEDI、Required EEXI可知，X船的Required EEXI要嚴于Required EEDI。因此，為保證X船在2023年1月1日之后同時滿足Required EEXI、Required EEDI，X船的Attained EEDI須小于等于其Required EEXI，而不是小于等于其Required EEDI。

四、計算Attained EEDI

根據《2018年新船達到的EEDI計算方法指南》（以下簡稱《EEDI計算指南》），基于X船在EEDI吃水和海況下的試航航速以及表1中X船的相關參數，計算X船的Attained EEDI。

75%MCRME的主機功率PME=MCRME×0.75=5625kW。EEDI吃水和海況下的副機功率PAE=MCRME×0.05=375 kW。采用每臺副機50%MCR下的單位燃油消耗量的功率加權平均值計算副機功率PAE下的單位燃油消耗量SFCAE為

X船的Attained EEDI分別超出Required EEDI、Required EEXI的20.21%、32.96%，因此X船的Attained EEDI嚴重不滿足Required EEDI、Required EEXI，須對其采取相關措施以符合要求。

五、符合要求的Attained EEDI的計算

根據《2021年現有船舶達到的EEXI計算方法指南》（以下簡稱《EEXI計算指南》）和《2021年為符合EEXI要求采用的軸發動機功率限制系統和儲備功率使用導則》，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術要求相互融合的原則，采取對X船限制主機功率（Engine Power Limitation，EPL）的方法，使其Attained EEDI至少降低32.96%，以滿足其Required EEDI、Required EEXI。根據MEPC.1-Circ.850-Rev.3《船舶在惡劣海況下維持操縱性的最小推進功率確定導則》，由于X船的夏季載重線吃水的載重噸不足20 000 t，因此其不適用該導則，即若X船為滿足Required EEDI、Required EEXI而采取EPL的措施，無須考慮計算船舶在惡劣海況下維持操縱性的最小推進功率。副機功率PAE維持不變，仍按照《EEDI計算指南》2.2.5.6計算。

采取EPL方法得到符合要求的Attained EEDI的關鍵在于獲取限制的主機功率、單位燃油消耗量，以及經限制的主機功率下的參考航速。對于X船，可通過《EEXI計算指南》2.2.4中給出的方法獲取主機單位燃油消耗量，通過2.2.3.3和2.2.3.5中設定情況下給出的方法獲取參考航速，從而確定符合要求的限制的主機功率及其他參數。

（一）主機單位燃油消耗量的計算

《EEXI計算指南》2.2.4規定，如果安裝可越控軸/發動機功率限制系統，應使用經批準的主機NOx技術文件中包含的適用試驗報告中列出的單位燃油消耗量，內插計算相對應的單位燃油消耗量。X船在采取EPL措施后的PME必然低于75%MCRME（PME），基于表1中主機25%MCRME、50%MCRME、75%MCRME的單位燃油消耗量符合線性關系，采用線性內插法計算PME對應的SFCME，計算公式為

（二）方法1計算符合要求的Attained EEDI

《EEXI計算指南》2.2.3.3規定，對于不屬于EEDI要求范圍的船舶，但試航報告中包括其在《EEDI計算指南》2.2.2規定的EEDI吃水和海況下的試航結果（可能已經經過水池試驗修正），參考航速可從試航報告中獲得，參考航速vref計算公式為

式中：vS，EEDI為在EEDI吃水下的試航速度，kn；PS，EEDI為vS，EEDI對應的主機功率，kW。

根據《EEDI計算指南》、《EEXI計算指南》給出的Attained EEDI、Attained EEXI計算公式，在Attained EEXI相對于Required EEXI的裕度為正值，且無限接近0的條件下，利用式（4），通過多次調整PME的值，對MCRME進行限定，得到相應PME下的vref，同時計算得到限定功率（MCRME，lim）、SFCME。通過式（4）獲取參考航速進而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法稱為方法1。

通過方法1，為使X船同時滿足Required EEDI、Required EEXI，應對MCRME進行限定，符合要求的相關參數見表2。

表2 采用方法1后獲得的符合要求的相關參數

對于采用EPL措施計算符合要求的Attained EEDI，MCRME，lim是按照《EEDI計算指南》取PME/0.75，還是按照《EEXI計算指南》取PME/0.83是值得研究的：如果取PME/0.75，可能意味著需要對主機功率做永久限制；如果取PME/0.83，意味著不需要對主機功率做永久限制。前者對于船東較為有利，因為這樣計算下來可獲得較大的限制功率，從而獲得較高的最大航速，提高營運效率；后者對船舶安全更為有利，雖然最大航速較低，但可使船舶有較多的儲備功率。

（三）方法2計算符合要求的Attained EEDI

《EEXI計算指南》2.2.3.5規定，如無航速-功率曲線或試航報告中不包含EEDI或設計裝載吃水工況時，vref近似取vref，app的值，從航速和發動機功率分布的統計均值獲得，vref，app的計算公式為

式中：vref，agv為給定船型和船舶尺寸的航速分布的統計均值，kn，vref，agv=A×BC，A、B、C的值見《EEXI計算指南》附錄給出的參數，均為無量綱因數；mv為船舶的性能裕量，kn，應為vref，agv的5%或1 kn，取較低者； MCRavg為主機MCR分布的統計均值，kW，MCRavg=D×EF， kW，D、E、F的值見《EEXI計算指南》附錄給出的參數，均為無量綱因數。

通過式（5）獲取參考航速進而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法稱為方法2。通過方法2，為使X船同時滿足Required EEDI、Required EEXI，應對MCRME進行限定，符合要求的相關參數見表3。

表3 采用方法2后獲得的符合要求的相關參數

（四）X船符合要求的Attained EEDI

由于X船之前的EEDI吃水和海況下的試航報告尚未批準，且此次試航的幾個功率點未包含經限制的主機EEDI功率點，方法1可能不被驗證方認可，而方法2較容易被驗證方認可。因此采用方法2替代水池試驗，來確定主機EPL后的參考航速，從而得到X船符合要求的Attained EEDI的值，見表3。

比較方法1和方法2獲取的參考航速，方法2的參考航速較為保守，值也較低，對船東不利，而方法1的參考航速可能過高。后續可通過在方法1和方法2獲取的參考航速的主機工況點進行試航驗證，從而獲取X船符合要求的最終的Attained EEDI。

六、總結與展望

根據MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案和EEDI、EEXI相關計算導則，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術要求相互融合的原則，探討某船能效設計指數相關參數的計算問題，并得到該船符合公約要求的Attained EEDI。IMO對新船和現有船的EEDI與EEXI的要求，基本上將營運船舶置于同一能效水平線上，這可為后續實施的船舶營運碳強度評級以及可能的市場措施提供公平的技術競爭條件，而針對EEDI與EEXI計算方法的融合問題，如參考航速、主機限制功率、副機功率等重要參數的獲取，還須IMO出臺明確的技術指南，澄清相關細節，以指導相關計算。