中小型船舶EEDI 影响因素及对策分析

谭祖胜，王晓东，沈汉峰

(1.武汉理工大学产业集团有限公司，武汉 430063;2.武汉南华黄冈江北造船有限公司，武汉 438000)

0 引言

2011 年7 月15 日，国际海事组织海上环境保护委员会(IMO MEPC)第62 次会议通过国际防止船舶造成污染公约(MARPOL 73/78)附则VI 修正案决议MEPC.203(62)船舶能效要求，确定“新船能效设计指数(Energy Efficiency Design Index，EEDI)”和“船舶能效管理计划(SEEMP)”两项船舶能效标准，根据默认生效程序，该决议于2013 年1 月1 日生效［1］，并在2012 年3 月2 日第63 次会议通过的决议MEPC.212(63)和MEPC.214(63)中进行修订和生效重申［2-3］.

EEDI 适用于所有400 总吨及以上船舶，并分4个阶段逐步达到在基线基础上降低碳排放30%的目标，即2013 年1 月1 日—2014 年12 月31 日可保持基线要求，2015 年1 月1 日—2019 年12 月31 日降低10%，2020 年1 月1 日—2024 年12 月31 日降低20%，2025 年1 月1 日及以后降低30%［1，3］.对于中小型船舶，如载质量为2 万t 以下的散货船和液货船、1 万t 以下的气体运输船等注明可以在0 到相应降低指标之间根据吨位插值执行，且船型越小，允许要求的降低指标越低［1］.

对中小型船舶降低标准要求，并不是因为其本身相对较小的排放，而是因为其本身执行标准的难度.然而，考虑到不达标船舶可能被限制贸易机会，如拒绝进入港口、招租或转卖困难等，船舶所有人可能并不愿意接受标准对降低要求的规定，这就意味着中小型船舶仍须严格执行EEDI 标准.

1 不同吨级船舶EEDI 的趋势分析

根据文献［3］，EEDI 的计算公式如下:

式中:Ccapacity代表船型的大小，即载质量或总吨;其他变量说明参阅文献［3］.

按规定要求，船舶设计所能达到的EEDI 不得大于标准要求的EEDI(即Required EEDI)［1，3］，即

式中:AAttainedEEDI即船舶设计所能达到的EEDI;RRequiredEEDI即标准要求的EEDI;X 即分阶段的相应降低指标;RReferenceLineValue即行业中所称的基线，基线与船型和其吨位大小直接相关［1，3］，即

式中:a，c为统计分析获得的船型系数，Ccapacity对下文论及的液货船和气体运输船而言即船舶的载质量(deadweight of the ship)［1，3］.

图1为载质量50 万吨级以下液货船回归线——基线［4］.

图1 液货船EEDI 基线

图2为按式(2)计算绘制的载质量1 000～1 万吨级液货船［1，3］的标准要求的EEDI 趋势曲线.DNV船级社计算所得的油船基线及R2值(R2表示与基线的吻合度)也显示出这种趋势［5-8］.

图2 载质量为1 000～1 万吨级液货船标准要求的EEDI 趋势曲线

虽然从全系列吨级船型标准要求的EEDI 基线看，有分析认为载质量大的船舶相对载质量小的船舶更难达到EEDI 要求［9］，但从图1和2 的趋势不难看出，载质量为1 万吨级以下的船型，其吨位变化对曲线曲率的影响很大，接近1 万t 时这种变化趋势趋缓，说明在设计中小型船舶时，EEDI 各影响因素对EEDI 计算结果影响的敏感性更大.

EEDI 标准的强制实施，意味着国际航运市场从此开始快速步入“大船低碳”时代.船舶大型化，既可以更好地满足EEDI 标准规定的要求，也能在一定程度上降低营运成本.但是，作为内河、沿海、近海或中短途航运市场的主力，中小型船舶市场需求仍然很大.由于中小型船舶长期航行于大陆架以内或附近，且相对更频繁地进出港口，各排放监管机构对其关注频率也相对更高.所以，即使允许中小型船舶放宽EEDI 要求［1，3］，但船舶所有人为实际利益所驱，以及排放监管机构为严格执法所驱，都将趋向于要求严格执行EEDI，中小型船舶满足EEDI 标准将面临严峻挑战.

2 中小型船舶EEDI 计算实例

表1为在建和在航的几类中小型液货船［1，3］(载质量为4 700 t 的油船/沥青船、5 500 t 的成品油/IMO 2 类化学品船和6 000 t 的油船/沥青船)EEDI 计算实例，该3 种类型船舶均按未采用创新能效技术进行计算.他们的船级符号分别为

4 700 t 油船/沥青船:BV I +HULL，Oil Tanker-ESP/Asphalt Carrier Max.temperature 250 ℃，Unrestricted Navigation，Finnish-Swedish Ice Class1A，+MACH，+ AUT-IMS，SYS-NEQ，MON-SHAFT，+VeriSTAR-Hull，VeriSTAR-Machinery.

5 500 t 成品油/IMO 2 类化学品船:BV I +HULL，Product Tanker/Chemical Tanker IMO TYPEⅡESP，F.P.＜60 ℃，+MACH，AUT-CCS，IWS.

6 000 t 油船/沥青船:★CSA，Asphalt Carrier(Independent tank，Maximum cargo temperature ≤200 ℃)/Oil Tanker，F.P.＞60 ℃，ESP，Ice Class B，Ballast Water Management Plan，★CSM.

从计算结果看，载质量为4 700 t 的船和5 500 t船距第1 阶段的要求还有差距，6 000 t 的船能满足第3 阶段的要求，距离第4 阶段的要求还有差距.

在表1中，对比各船主要参数可以看出，载质量为6 000 t 船为了获得较好的RRequiredEEDI指标，在航速上作出牺牲，从而大幅度降低主机的功率，才将AAttainedEEDI值控制在第3 阶段的RRequiredEEDI指标要求以内.但是，船舶航速作为船舶主要性能指标和营运指标，是船舶所有人关注的重要指标之一，其左右着该船舶的营运经济性，所以采取降低船舶航速控制AAttainedEEDI值的方法，应综合考虑各种因素，慎重对待，并不适合所有船舶.

表1 中小型液货船EEDI 计算实例

3 中小型船舶EEDI 影响因素及对策分析

EEDI是一种技术手段，它能够表达船舶满载正常航行中单位载质量、单位航程的主机和辅机排放CO2的指标.国际海事组织海上环境保护委员会(IMO MEPC)实施EEDI 标准的目的是有效利用能源，降低CO2的排放.EEDI 公式中各参数不同程度地影响着AAttainedEEDI值，无论是船舶所有人还是船舶设计方，都应针对这些参数权衡利弊、综合分析，并通过采取相应对策满足标准要求.

3.1 合理定位船舶性能参数

从式(1)看，对其影响最大或是起决定性作用的主要参数有航速Vref，船舶载质量或总吨Ccapacity及为达到该目的所需要安装的功率PME和PAE［3］.

中小型船舶是根据其航行水域和实际营运需要定位的，想通过大型化即加大船舶载质量或总吨Ccapacity来显著降低AAttainedEEDI值与其本身定位并不相符.

图3为载质量4 700 t 船的有效功率曲线，具有排水量型船舶有效功率曲线的典型特征.

图3 4 700 t 船有效功率曲线

从图3可以看出，4 700 t 船将航速从14.0 kn降低到13.5 kn，航速降低不到4%，而对主机功率的需求降低接近30%.当然，从表1可以看出，如果想控制其AAttainedEEDI达到第1 阶段的要求，还必须进一步降低主机功率，或采取其他措施.

一般地，在实际营运经济性和市场定位许可的前提下，特别是作为中短途航行的中小型船舶，采取降低船舶航速控制AAttainedEEDI值的方法仍然可以作为一种可选的方案.通过航线规划和相应航行时间的估算，可以与船舶所有人协商，综合权衡船舶各项性能指标、经济指标和营运指标，通过适当降低对航速的追求，从而降低对主机功率的需求，并以此显著降低AAttainedEEDI值，使船舶能达到要求的RRequiredEEDI指标.作为以节能环保型绿色船舶立项的载质量6 000 t 的船，就是通过该途径，才使得AAttainedEEDI值满足第3 阶段RRequiredEEDI指标要求的.从表1 也可以看出，6 000 t 船相对5 500 t 船航速略有降低，主机功率相应更小，从而有较好的AAttainedEEDI值.这是控制EEDI 最简单、最基本的一种对策，无须采取任何创新能效技术就能使现有设计的船舶达到EEDI标准.

目前，欧盟甚至在针对进入其港口的船舶考虑出台相关标准实施强制限速以降低CO2排放在港口区域所造成的影响，对于中短途航行、频繁进出港口的中小型船舶，在这种标准要求背景下，直接降低船舶设计航速及其相应的主机功率更符合其初期投资和营运经济性.

3.2 降低船上生活设施对辅机功率的需求

船舶最低船员定额并不与船舶载质量或总吨有相应的比例关系，即中小型船舶与大型和超大型船舶的最低船员定额并不按船舶吨级有大幅度减少.按我国现行《船舶最低安全配员规则》和IMO《海员培训、发证和值班标准国际公约》(STCW)规定的3 000 t，3 000 kW 以上一般船舶，以及按ILO《海上工资、工时和人员配置公约》规定的2 000 t 以上船舶，其最低安全配员要求一样.这就意味着，中小型船舶的船上生活设施用电负荷与电站总负荷的比例相对大型和超大型船舶更高.

中小型船舶主机功率一般都在10 000 kW 以下，辅机功率PAE则按如下公式计算［3］:

表1中，按式(4)计算所得的辅机功率均不能满足船上实际使用需要，航行于环境温度较低航区的船舶差额更大.在这种情况下，辅机功率PAE必须按船舶在Vref航速时所消耗的电功率除以发电机加权 平 均 效 率 予 以 估 算［3］，这个 值 大 于PAE(MCRME＜10000kW)，所以AAttainedEEDI值将相应增大，这给中小型船舶满足EEDI 标准带来更大困难.

为保证船舶正常航行以及船上生活设施正常运行，并能降低对辅机功率的需求，运用废热利用技术，充分回收再利用主机冷却水系统和废气系统的废热，比如在主机废气系统上安装废气锅炉，向船舶居住舱室和其他生活设施提供热源和热水、加热燃油等;海水淡化装置通过对主机高温冷却水处理后提供淡水等.虽然对于中小型船舶的可利用热源很有限，但仍可以尽可能多地增大PAEeff(i)值，降低对PAE(MCRME＜10000kW)的需求，以降低AAttainedEEDI值.

适当增加初投资成本，在船上安装一套轴带发电机，供船舶在Vref航速时提供船上电力需求，降低AAttainedEEDI值.4 700 t 船安装轴带发电机后，调整表1计算，其AAttainedEEDI值降到15.928 8，可以满足2019年12 月31 日之前的RRequiredEEDI要求.

3.3 开发、应用创新能效技术

式(1)中参数Peff(i)，PAEeff(i)和feff(i)分别代表因创新能效技术的应用而减少的主机功率、辅机功率和创新能效技术的可利用系数［3］，这意味着EEDI标准的最高宗旨是鞭策船舶设计、研究机构开发、应用创新能效技术.我国《十二五产业技术创新规划》提出，船舶工业重点开发的关键技术第1 点即是主流船舶优化与换代技术，以快速实现产品的升级和转型，提高企业核心竞争力和持续发展能力.

考虑到创新能效技术的知识产权，以下仅就典型的创新能效技术作简单介绍.

对于船舶设计，目前正在开发或应用的较为成熟的创新能效技术有:(1)基于软件的CFD(计算流体动力学)、模型试验和理论分析优化船体线型降低阻力［10］;(2)深入船舶结构和舾装件设计精细计算降低空船质量;(3)无压载水或少压载水船型设计保持足够的吃水和航行安全;(4)X 船首设计;(5)废热回收利用技术和水源热泵技术;……

对于船舶设备，目前正在开发或应用的较为成熟的创新能效技术有:(1)乙醇-柴油混合燃料发动机、LNG 发动机或LNG 及燃油双燃料发动机［11］;(2)高效超低排放发动机;(3)节能减阻及尾流能量回收装置;(4)螺旋桨前导流鳍或反应鳍;(5)螺旋桨后节能装置;(6)助航风帆或风翼［12-13］;……

通过提高Peff(i)，PAEeff(i)和feff(i)，不仅可降低AAttainedEEDI值，更能提高单位尺度的载质量，有效利用资源引领行业技术的发展方向.

4 结束语

随着2011 年7 月15 日国际海事组织海上环境保护委员会(IMO MEPC)第62 次会议通过修正案决议MEPC.203(62)，EEDI 标准就一直被行业广泛关注，且不断有分析认为，新造船EEDI 公式是不合理、不安全和低效率的，特别是国际海事组织海上环境保护委员会(IMO MEPC)在2012 年3 月2 日第63 次会议通过决议MEPC.212(63)和MEPC.214(63)以后，这种关注变得更为强烈［14］，但节能减排是大势所趋，EEDI 生效势在必行.2011 年10 月12日，我国交通运输部通过“十二·五”水运节能减排实施方案，到2015 年，营运船舶单位运转周转量能耗要求比2005 年降低15% 以上，CO2排放降低16%以上，其要求并不低于EEDI.所以，无论实施该标准有多困难，也无论中小型船舶对全球CO2排放影响有多小，唯一的出路就是迎难而上，根据具体情况进行综合分析，积极采取有效对策，特别是积极开发、应用创新能效技术，降低AAttainedEEDI值，满足标准的要求，促使科学持续发展.

然而，关于EEDI 的计算以及基线值的定义，国际海事组织海上环境保护委员会(IMO MEPC)会议还一直在讨论和完善中，我们将继续对此进行跟踪和更新.

［1］国际海事组织海上环境保护委员会.国际防止船舶造成污染公约附则VI 修正案决议MEPC.203(62)船舶能效要求［S］.2011-7-15.

［2］国际海事组织海上环境保护委员会.决议MEPC.214(63)能效设计指数(EEDI)验证和发证指南2012［S］.2012-3-2.

［3］国际海事组织海上环境保护委员会.决议MEPC.212(63)新造船能效设计指数(EEDI)计算方法指南2012［S］.2012-3-2.

［4］国际海事组织海上环境保护委员会.MEPC 62/6/4 考虑和采纳强制性文件修正案，确定EEDI 基线参数的计算［S］.2011-1-10.

［5］刘雅玲.新造船能效设计指数介绍及分析［J］.中国造船，2009，50(4):165-170.

［6］李百齐，程红蓉.关于EEDI 衡准基线的研究［J］.中国造船，2010，51(4):51-57.

［7］李百齐，程红蓉.关于EEDI 衡准基面的研究［J］.中国造船，2011，52(2):34-39.

［8］ZHOU Weixin，LI Baiqi，HU Qiong，et al.EEDI:an important factor of green ship studied in China Ship Scientific Research Center［J］.中国造船，2011，52(4):13-22.

［9］柳卫东，陈兵.新造船能效设计指数及其对船舶设计的影响［J］.船舶工程，2010，32(2):17-21.

［10］张宝吉，许乐平.考虑尾部黏性分离的全船线型优化［J］.上海海事大学学报，2010，31(4):32-35.

［11］朱建元，洪亮.乙醇-柴油混合燃料在柴油机上的应用［J］.上海海事大学学报，2010，31(4):45-48.

［12］曾向明，胡以怀，王友聪.不同形状风帆的风洞试验［J］.上海海事大学学报，2010，31(4):28-31.

［13］杨昺崧，孙培廷，黄连中，等.风翼助航船舶的能效设计指数［J］.大连海事大学学报:自然科学版，2012，37(4):39-40.

［14］顾伟红，徐瑞华.海运温室气体减排市场机制的不确定性［J］.上海海事大学学报，2012，33(3):52-57.