基于降低船舶能效设计指数(EEDI)值的研究

王　强

(青岛远洋船员职业学院， 山东 青岛 266071)



基于降低船舶能效设计指数(EEDI)值的研究

王强

(青岛远洋船员职业学院， 山东 青岛 266071)

摘要EEDI(能效设计指数)是衡量船舶在航行中CO2排放量的考核指标。依据MEPC.59提出的EEDI临时指导公式分析其内涵、意义，以及EEDI参考线的回归计算。通过分析实施新的EEDI时对船舶的影响，得出降低EEDI值的常用方法，研究结果可以为船舶设计者在进行相关船舶的EEDI 计算时提供参考和指导，具有较好的实用性。

关键词节能减排EEDI参考线方法

0引言

能效设计指数EEDI(Energy Efficiency Design Index)是IMO最新推出的衡量船舶能效水平的指标，用船舶能效用CO2排放量和货运能力的比值来表示。2011年7月，在MEPC 第62 次会议上，通过了包括EEDI在内的《国际防止船舶造成环境污染公约》附则六，关于船舶能效规则的修正案，该规则适用于国际航行400总吨及以上船舶，于2013年1月1日生效，并将于2015年起执行。EEDI 能效规则的强制实施，对于中国造船业、航运业将面临严峻的挑战。

2015年起新造船舶将强制遵守CO2排放标准， EEDI的提出对造船工艺、船型设计、创新型节能技术应用等提出了更高的要求。因此，通过降低EEDI值来实现节能减排是目前和将来船舶设计中最重要的要求之一。

1EEDI概述

船舶运输是石油消费的重点行业，也是温室效应气体(GHG)和大气污染排放的重要来源之一，与绿色船舶技术相关的国际规范公约等强制性文件也相继出现。能效设计指数(EEDI)是国际海事组织(IMO)最新推出的衡量船舶能效水平的指标，降低由于EEDI强制实施带来的不利影响成为航运业和修造船领域的研究热点。

1.1EEDI公式内涵

CO2排放量的计算，可通过船舶在设计载货状态下，以一定航速航行时，所需主推进动力和相关辅助功率消耗的燃油计算得出；即船舶装载1 t货物、航行1海里时，所需燃烧的燃油数量，通过换算可以得出CO2的排放量。IMO推出EEDI的目的是激励船舶设计者和船东通过应用节能技术和技术改进使新造船舶尽可能达到较高的能效标准，以减少船舶排放CO2的量。

EEDI的计算公式为

(1)

式中：

EME为船舶主机保证一定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，单位：g。

EAE为保证主机在EME所述的状态下工作所需的副机功率与所消耗燃油之乘积，单位：g。

EPTI为当船舶有轴带电机与废热回收系统时对轴功率的贡献与副机燃油消耗之乘积，单位：g。

Eeff为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，单位：g。

EEDI 公式主要参数及其意义：

(1) CF为无量纲碳转换系数，基于含碳量将燃油消耗量转换为CO2排放量；CFME为主机碳转换系数，CFAE为辅机碳转换系数。

不同燃料所对应的CF值(tCO2/tFuel)：柴油CF=3.186，轻燃油CF=3.151，重燃油CF=3.114；液化石油气CF=3.0(丙烷)，CF=3.03(丁烷)；液化天然气CF=2.75。

(2) Vref为船速(kn)。

(3) Capacity为船舶装载量。

(4) nME为主机台数。

(5) nAE为副机台数。

(6) PME(i)为每台主机额定装机功率(MCR)减去轴带发电机功率后的75%时的功率值。

(7) PPTI(i)为每台轴带发电机额定功率值除以效率后的75%时的功率值。

(8) PAEeff(i)为采用能效技术创新后，辅机功率为未采用技术创新时辅机功率的75%。

(9) Peff(i)为采用能效技术创新后，主机功率为未采用技术创新时主机功率的75%。

(10) PAE为正常最大海况下所需要的副机功率。

(11) SFC为柴油机核定的单位油耗率(g/kWh)；SFCME为主机燃油消耗率，SFCAE为副机燃油消耗率。

(12) fj为船舶采用特殊设计增加船舶动力修正系数。

(13) fw为耐波性系数，包含因浪高、波浪频率和风速导致船舶减速的因素。

(14) fi为装载量修正系数，补偿因规定要求或技术而限制了船舶的装载能力。

(15) feff(i)为反映创新能效技术的可利用率，对于废热回收系统该值取1.0。

(16) m为船舶使用的特殊设计数。

(17) fc为船舶货船的容积修正系数。

1.2EEDI参考线

EEDI参考线代表当代船舶CO2排放量的平均水平。EEDI值合格与不合格是通过EEDI参考线来判断的。超过参考线值的EEDI是不合格的，低于参考线值的EEDI是合格的。

基于假设条件，MEPC 62/6/4中确定了参考线的计算公式，即EEDI基线回归公式为

(2)

基线(Reference line)：BLV=α·Capacity

基线参数a、c已经DNV、GL计算确定。

折减率：

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称为A，将其所需的Required EEDI称为R，则应该A

2强制执行EEDI的影响

就目前在市场上运营的中国船舶而言，能达到EEDI标准的船太少。若船舶能效设计指数在2015年强制实施，被强制淘汰或进入优化序列的船舶将不在少数。为了进入国际市场，船东必须改进不满足要求的船型，增加船舶能效。EEDI对生产工艺技术、船舶设计、新能源技术、配套设备应用等提出了较高要求。船东将把EEDI 作为新造船的硬性指标，EEDI 将直接影响造船工业的核心竞争力。

将来，如果船舶没有获得EEDI认证，某些国家或港口将不准进入。因此对于船东而言，将影响其船舶的全球运营能力；对于国家而言，也将对整个船舶工业带来极大的影响。船舶企业将在这场竞争中，面临生存的挑战。EEDI的强制执行将迫使船舶企业采用各种方法来降低新造船的EEDI值，以使自己的船舶可以有资格进入市场。

3降低EEDI值的常用方法

提高船舶能效，降低EEDI值，需要优化船型设计，开发新船型；采用新能源技术；提高船体效率；尽量减少空船重量，提高载重量，并降低主机、副机油耗，船舶设计及建造中尽量使用轻型材料、节能技术。目前可考虑采用满足EEDI要求的基本途径如图1所示。

图1　改善EEDI技术途径示意图

3.1优化船型设计，开发新船型

3.1.1小水线面双体船型

开发小水线面双体船型能适应波浪中航行, 且阻力小。此种船型的船体由上、下体组成,上体为主船体, 下体为辅船体, 由支柱相连接, 将主船体绝大部分容积抬出水面。因此, 具有兴波阻力及波浪干扰力作用小的特点, 在高速航行时快速性、航向稳定性及耐波性均好。该船型适用于小型巡逻艇、军用辅助船和豪华型海峡渡船等。

3.1.2新Y型纵流槽船型

新Y 型纵流槽船型也称PY 船型, 是对船艏部和艉部同时进行开发研究的一种整体新船型，Y 船型可改善船轴部位螺旋桨处的来流状态,使流态相对稳定, 可使螺旋桨工作在较均匀的艉部流场中, 以提高推进效率。客船、巡逻艇、旅游船以及大型港口渡轮等, 可选用此船型。

3.1.3球尾船型

该船型的特征是在船体满吃水线处的尾部区设有一个长度约1% ～ 2%的船长, 宽度窄小的尾端形体。它是根据流体力学原理, 利用球尾产生与船艉尾波相反等幅的波, 以降低兴波高度，从而减少能量损失, 以降低船舶阻力，该船型一般可节省主机功率7% ～ 9% 。

3.2采用新能源技术

3.2.1风帆助航柴油机船

对海洋风力的利用可以进一步降低船舶的燃油消耗。风帆助航船舶不仅能满足当前国际航运减排的要求，同样满足未来低碳社会的要求。

图2是二十世纪70年代日本 JAMDA 公司研发的装有铝合金曲面硬帆的“Shin-Aitoku Maru号”船舶，这是风帆动力概念船舶的一次伟大挑战。

图2　日本JAMDA 公司“Shin-Aitoku Maru”号

3.2.2马达助动式帆船

从CO2零排放船舶的角度考虑，马达助动式帆船在未来低碳社会是一个重要的发展趋势。通过借助风力，使商船燃油消耗降低50%的“风挑战者”计划，该项目主体是18万吨级的好望角型散货船“风挑战者号”，“风挑战者号”在海上航行的模拟图如图3所示，在港口收起帆的模拟图如图4所示。“风挑战者号”船上装有9支可以360°旋转以适应风向的碳纤维复合材料硬帆，并且可以通过帆内部的机械装置将帆缩起。

图3　在海上满帆状态的“风挑战者”

图4　在港口缩起风帆的“风挑战者”

3.2.3使用液化天然气燃料

使用LNG作为船舶燃料的优势：(1) 低排放，几乎可以100%减排硫氧化物和颗粒物质、减少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属低温液体，即使发生泄漏事故时也会很快自然气化，其密度比空气轻，在发生泄漏时会自动向上溢开，不会对水体产生污染；天然气的燃点比汽柴油更高，瞬间着火比油慢，易扩散，不易达到爆炸极限。(3) 价格低廉，天然气的储量丰富，液化天然气的现货价格约为柴油的1/4～1/3。液化天然气以其环境效益显著的优势，将成为未来船用燃料的首选。

3.3提高船体效率的技术方法

3.3.1居住区风压减阻技术

居住区风压减阻技术[MT-COWL]可在船舶航行时降低居住区风压阻力，通过对实体模型进行风洞实验，测试出该技术能减少10%的风压阻力。据估计，该技术如果应用到18万吨级散货船上，预计可提高燃油的燃烧效率,每年可减少约520 t CO2的排放。

[MT-COWL]技术是在居住区的驾驶台侧翼部和支柱部的前方，通过安装箱型的附加物使其成为倾斜角形状(见图5)，设计时重点考虑了驾驶台侧翼部和支柱部前方占居住区整体约30%的面积，力求进一步降低风压阻力。

图5　居住区风压减阻技术

3.3.2气泡润滑技术

气泡润滑技术是采用在船体下方喷入气体的方式，通过船舶底部的小孔向水流喷射微型气泡，以干

[下转第54页]

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

中图分类号U662

文献标志码A

作者简介：王强(1984-)，男，硕士研究生。