船舶能效设计指数（EEDI）计算及应用

廖振宇 黄猛

摘 要：本文结合本公司在建的实船阐述了EEDI的计算方法及送审船级社的注意事项。通过收集船舶实际试航的参数，验证计算的EEDI值，并详细介绍了EEDI的验证方法。

关键词：EEDI；计算方法；实船验证

中图分类号：U661.43 文献标识码：A

Abstract： This paper describes the calculation method of EEDI based on the actual ship under construction， and the matters needing attention specially during submitting the relevant document to classification society for approval. By collecting the parameters of the ship during sea trial， to the calculated EEDI value is validated and the verification method of EEDI is introduced in detail.

Key words： EEDI； Calculation method； Verification method of EEDI

1 EEDI计算方法

EEDI的计算公式如下，其包含：主机能效、辅机能效、应用PTI和创新型电力技术的辅机节能折减、创新型能效技术用于推进的节能折减、运载能力、航速、不同船型的修正系数等参数。

为了简化计算，分以下两种情况来分析EEDI的计算：

（1）船舶在只有单台主机、无轴带发电机（PTO）、不考虑PTI和创新型电力技术的辅机节能折减、创新型能效技术用于推进的节能折减及不同船型的修正系数的情况下，公式（1）可简化为：

EEDI=（（PME x CF，ME x SCFME）+（PAE x CF，AE x SCFAE））/（fi*fc*fw*Capacity x Vref） （2）

（2）船舶在只有單台主机、有轴带发电机（PTO）、无PTI情况下，公式（1）可简化为：

① 当0.75 x PPTO

EEDI=（（PME x CF，ME x SCFME）+（0.75 xPPTOx CF，MEx SCFME）+（PAE-0.75 x PPTO）xCF，AE x SCFAE））/（fi*fc*fw*Capacity x Vref） （3）

② 当0.75 x PPTO≥PAE时

EEDI=（（PME x CF，ME x SCFME）+（0.75x PPTO x CF，ME x SCFME））/（fi*fc*fw*Capacity x Vref） （4）

式中：Capacity —— 对干货船、液货船、气体船、集装箱船、滚装船及客滚船和普通货船为载重吨（DWT）；对客船及滚装船为总吨（GT）；对于集装箱船为载重吨的70%；

Vref —— 在最大设计装载工况及平静海况下的船舶航速；对于有水池试验的船舶，Vref的值根据水池试验功率/速度曲线来选取；

PME —— 对于没有轴带发电机的船舶为每台主机的额定装机功率（MCR）的75%；对于带轴带发电机的船舶为主机额定装机功率（MCR）的75%扣除轴带发电机功率（PPTO）的75%。其中，PPTO是轴带发电机额定功率输出MCRPTO的75%；

PAE —— 在设计装载量下以Vref航行时所必须的辅机功率。包括推进机械/系统和船上生活（如主机泵、导航系统和设备及船上起居）所需的功率，但不包括用于非推进机械/系统（如侧推、货泵、起货设备、压载泵、货物维护如冷藏和货物处所通风机等）的功率；

通常，采用以下经验公式来计算PAE：

对于主机功率率≥10 000 kW的船舶

PAE=0.025xMCRME+250 kW （5）

对于主机功率率﹤10 000 kW的船舶

PAE=0.05 x MCRME （6）

PPTO —— 轴带电机额定功率的75%；

PPTI —— 发动机额定功率油耗除以发电机加权平均效率所得结果的75%；

Peff —— 由于采用了创新机械能效技术而减少的主机功率的75%；

PAEeff —— 当船舶在PME状态下由于采用了创新电能效技术而减少的辅机功率；

CF —— 碳转换因子。用每吨燃料的CO2排放量来表示，可按表1取值。

SCFME —— 主机燃油消耗；

SCFAE —— 辅助发电机燃油消耗；

fj—— 考虑船舶特有设计要求的修正系数。如：冰区加强的液货船、散货船、杂货船；推进系统有冗余设计的穿梭油船；

fw—— 考虑波高、浪频和风速对船舶航速影响的无量纲系数，通常取=1.0；

fc —— 舱容量修正系数，通常取fc=1.0；对于化学品船和LNG船舶，由IMO指导性文件中查得相应的fc值。

fi—— 考虑船舶因技术或规定要求而对Capacity有所限制的无量纲修正系数。该系数适用于：冰区加强的液货船、散货船、杂货船、集装箱船、LNG船。

2 Attained EEDI计算

以我司在建的果汁运输船为例，介绍EEDI的计算过程及分析该船计算结果是否达到要求：

（1）果汁船基本数据（表2）

（2）主机（表3）

（3）辅机（表4）

（4）冰级（无）

（5）创新型节电技术（无）

（6）创新型节能技术（无）

（7）舱容量修正系数（无）

（8）EEDI计算值

EEDI=（（PME x CF，ME x SCFME）+（0.75x PPTO x CF，ME x SCFME））/（fi*fc*fw*Capacity x Vref）= 20.3

（9）所属船型的 EEDI参考线值

果汁运输船属于冷藏货物运输船船型，a=227.01、c=.244、b=4 707，故

EEDI参考线值=a×b（-c）=28.83

（10）所属船型的EEDI值的折减率

对应四个目标年限的折减率和 EEDI值如下（表5）。

由表5可知，果汁运输船的 EEDI值为20.3，小于该船型Phase0、Phase1、Phase2、Phase3所有四个阶段EEDI值，所以该船的能效设计指数EEDI满足规范要求。

3 EEDI的验证

EEDI的验证就是在试航过程中测量该船的实际功率曲线，然后用实测的功率曲线和设计阶段预估的功率曲线（或者船模试验的功率曲线）进行对比，然后根据对比的差异来重新计算EEDI值。

根据船舶实际试航条件的不同，EEDI的实船验证有以下两种情况：

（1）如果船舶满载试航，则直接把主机功率设置为第四部分第2条的PME值，测量船的航速；然后根据该实际航速来重新计算EEDI值即可；

（2）如果船舶不能满载试航，则应该根据试航的功率曲线，将航速修正到满载状态的航速，然后根据修正后的航速来计算EEDI值。

验证EEDI时需要注意以下几个方面：

（1）测试单位/机构的资质

测试单位/机构应经过ISO 9001质量认证，测试人员应持有检验员证；

（2）ISO15016：2015对EEDI的要求

ISO15016：2015第10.7节描述了两种EEDI的速度-功率曲线测试方法：一种是迭代法；另一种是均值法。

迭代法要求首制船在65%MCR～100%MCR之間选取三种不同的功率设置做不少于四个来回的速度测试：首制船在合同功率做两个来回速度测试，后续船做一个来回速度测试；在低于合同功率做一个来回速度测试；在高于合同功率做一个来回速度测试。

均值法要求首制船在65%MCR-100%MCR之间选取三种不同的功率设置做不少于六个来回的速度测试：首制船在合同功率/低于合同功率/高于合同功率各做两个来回速度测试；对于后续船，可在三种不同的功率设置下各做一个来回的速度测试。

每个工况是以一个来回作为一个完整记录，一个来回通常为20分钟（来和回各10分钟，不包含前后加/减速的时间）。

（3）测试的条件及海况

EEDI的测试尽量选在海况良好的情况下进行，为保证测试结果的可靠性，EEDI在三种工况测试应是一个连续的过程，不允许有间断。

（4）测量仪器

需要以下测量仪器（表6），由测试单位和船厂分工准备：

（5）数据记录

测试前，应提前记录波浪周期、浪高、波浪方向及涌的周期、涌高、涌方向；测试过程中，记录螺旋桨的转速、主机的功率、船的对地速度、风速、风向、航向、水深、舵角等，

每分钟记录一次数据，并计算出平均值。

（6）EEDI实船验证

根据果汁船在试航时的速度、功率测量数据，利用STAIMO软件绘制速度-功率曲线。

由速度-功率曲线可知，当主机功率PME = 1866kW时，船的航速为13.18 kn。根据该参数重新复核 EEDI值为20.05，

比初始计算的 EEDI值（20.3）小，所以该船的能效设计指数满足规范的要求。

5 小结

七大船型的 EEDI值按照载重吨的不同逐年递减，到2025年以后，大部分船型的 EEDI值都会比目前减少30%，即整个船舶行业的CO2排放量减少30%，这对整个船舶工业将是巨大的挑战。

对新型船舶，当设计单位在主尺度、线型、设备配置等设计方案定型后，该船的能效设计指数就已经确定。所以在未来的船型开发中，要开发出满足EEDI要求的船型，一方面要设法降低船舶的阻力、采用更多的节能技术，并且选用合适的推进系统和电站系统；另一方面要想法设法来优化推进系统，而柴油机（如船用主机、柴油发电机）生产商应采用更多的节能减排技术。只有在这几个环节同时改进，才能制造出高质量、低能耗的优秀船型。

对于一些定义界线比较模糊的船型，一定要在规格书中明确该船适用于七大船型的哪一种，因为按照不同船型计算的 EEDI值是完全不同的。如本文举例的果汁船，可以定为液货船中的化学品船，也可以定为冷藏运输船。如果按照液货船来计算EEDI值，该船的 EEDI将不能满足规范的要求，所以在果汁船的规格书里明确确定了果汁船是冷藏运输船，而按照冷藏运输船计算的EEDI值则能满足规范的要求。这一点在船型开发时需要特别注意。

参考文献

[1]MARPOLRESOLUTION MEPC.203（62），RESOLUTION MEPC. 231（65）， RESOLUTION MEPC.245（66），RESOLUTION MEPC.254（67）.

[2]ISO 15016：2015 Ships and marine technology -- Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data.

[3]ISO 15550-2002Internal combustion engines - Determination and method for the measurement of engine power - General requirements.

[4]ISO 3046-1-2002 Reciprocating Internal Combustion Engines – Performance.（往复式内燃机.性能）

[5]船舶能效设计指数（EEDI）验证指南.