新造船能效设计指数介绍及分析 (1)

50卷第4期（总第188期）中国造船V ol.50 No.4 (Serial No. 188) 2009年12月 SHIPBUILDING OF CHINA Dec. 2009文章编号：1000-4882 (2009) 04-0165-06新造船能效设计指数介绍及分析刘雅玲(江南造船（集团）有限责任公司开发研究部，上海 201913)摘要二氧化碳排放一直是航运界关心和关注的焦点，国际海事组织IMO第57届环境与保护委员会MEPC57、MEPC58、MEPC59次会议以及温室气体工作组第二次会议上对此都进行了激烈的讨论。

根据所收集到的资料,对新造船能效设计指数EEDI（原：新造船CO2指数）进行了分析和研究,并对减少二氧化碳排放可采取的措施进行了探讨。

关键词：温室气体排放; 新造船能效设计指数; 基线回归公式中图分类号：U662.1 文献标识码：A0 引言随着对环境保护科学研究的日益深入，控制温室气体排放、保护大气环境问题受到航运界的普遍关注，二氧化碳是最重要的人为温室气体。

据政府间气候变化专门委员会（IPCC）2007年的气候变化综合报告显示：在1970年至2004年期间，二氧化碳年排放量已经增加了大约80%，从210亿吨增加到380亿吨；在2004年已占到人为温室气体排放总量的77%，其中超过50%的二氧化碳排放是由于化石燃料燃烧而产生的[1]。

绝大部分的船舶是靠燃烧燃料油产生动力来推动船舶前进，而燃料油燃烧必然会产生二氧化碳排入大气。

据DNV的研究报告指出，船舶排放的二氧化碳量占到总排放量的2 ~3%。

为此，国际海事组织IMO的部分成员国（欧盟国家、澳大利亚、新西兰和日本）主张：在航运界，不加区分地对所有船舶实行全球一致的温室气体排放强制标准。

1 新造船能效设计指数EEDI浅析国际海事组织IMO第57届环境与保护委员会MEPC57会议、MEPC57和MEPC58会议之间的会间会上，各成员国提出和讨论了一系列提案，其中包括：新造船CO2设计指数、船舶CO2营运指数以及二氧化碳排放市场机制等内容。

经过大会成员国代表们的激烈讨论，大会同意：将新造船CO2设计指数和船舶CO2营运指数，更名为新造船能效设计指数EEDI和船舶能效营运指数DDOI。

关于基线的回归公式，与会各方一致同意采用EEDI公式，以及按同样的船型数据（英国劳氏Fairplay的数据）作重新计算[2]。

收稿日期：2009-05-07; 修改稿收稿日期：2009-11-10166 中 国 造 船 学术论文虽然，MEPC58以及MEPC59次会议上并未正式通过新造船能效设计指数EEDI 的计算公式，但该公式的框架已获各成员国基本认可，只是对具体的系数选取还存在部分争议。

本文将根据收集到的信息对EEDI 指数以及基线的回归公式进行介绍和分析。

1.1 新造船能效设计指数EEDI 介绍[3,4]为便于讨论，我们先勾画出一个推进系统的典型图，其中包括主机、辅机、锅炉、轴带发电机以及废热回收装置，如图1所示：图1 船舶推进系统典型图新造船能效设计指数EEDI 可表示为：()()()()()()()111111()()()(()()neffneffMMnMEnPTIj FME i ME i ME i AE FAE AE j PTI i eff i FAE AE eff i eff i FME ME i i i i j j i ref wf C SFC P P C SFC f P f C SFC f P C SFC f CapacityV f ======++−−∑∑∑∑∏∏其中：C F – 无量纲转化系数，基于含碳量的将燃料的消耗量转化为二氧化碳的排放量。

下标ME(i)和AE 分别代表主机和辅机； C F 的选取参见表1。

表1 不同燃料所对应的C F 值燃料 ISO含碳量m /% C F （t CO 2/t Fuel ）柴油 ISO 8217 Grade DMX - DMC 0.875 3.186 轻燃油 ISO 8217 Grade RMA - RMD 0.86 3.151 重燃油ISO 8217 Grade RME - RMK0.853.114液化石油气 2006IPCC 导则 0.81 2.985 天然气 2006IPCC 导则0.80 2.693V ref – 船速，Kn ；Capacity – 按照不同的船型定义：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，Capacity 为载重吨；对客船Capacity 为总吨。

50卷 第4期 (总第188期) 刘雅玲：新造船能效设计指数介绍及分析 167nME – 主机台数； nAE – 辅机台数；PME(i) – 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； P PTI (i ) – 每台轴带发电机额定功率值除以效率后的75%时的功率值； P eff (i ) – 由于能效技术创新使得辅助功率减少的效能功率的75%； P AEeff (i ) – 由于能效技术创新使得主机功率减少的效能功率的75%； P AE – 正常最大海况下所需要的辅机功率；SFC – 在机器输出功率时的单位油耗值,对于下标ME （i ）和AE 分别代表主机和辅机； f j – 考虑船舶特殊性的修正系数，该系数用于冰区加强的船舶，将通过指导性文件中的标准f j 曲线查得；f w – 非量纲系数，包含了因浪高、浪频和风速导致船舶减速的因素；f i – 能力系数，主要考虑任何技术或规定限制了船舶的能力，若无需考虑该因素，可以假定该系数为1.0；f eff (i ) – 反映创新能效技术的可用因数，对于废热回收系统该值为1.0。

1.2 基线的回归公式[5]在2008年的MEPC 会议上，并未通过基线回归公式，但与会各方一致同意：采用EEDI 公式和同样的船型数据（英国劳氏Fairplay 的数据）作重新计算。

丹麦代表团在2009年3月的温室气体工作组第二次会议上，重新提交了基线的计算公式，主要内容如下：基线回归公式计算时的假设条件：（1） 碳排放系数对所有的机器设备均取3.13（ g CO 2/g Fuel ），即C FME = C FAE = C Feff = 3.13。

（2）主机的单位油耗值：SFC ME = 190 g/kW.h 。

（3）P ME （i ）为每台主机75%额定装机功率，kW 。

（4）辅机的单位油耗值：SFC AE = 210 g/kW.h 。

（5）辅机功率值：对于主机功率大于等于10000kW ，AE ()10.025250nMEME i i P XMCR==+∑；对于主机功率小于10000kW ，AE ()10.05nMEME i i P XMCR==∑（6）所有的修正系数f j 、f i 、f w 均取1.0。

（7）所有的船均不考虑从辅机处提供额外的推进功率，P PT （i ） = 0。

（8）所有的船均不考虑创新能效技术，P eff = 0。

因此，基于以上假设条件，可得出平均指数值AIV :()AE1ref190210 = 3.13nME ME i i P P AIV CpacityV =+∑该指数的量纲和所选取的Capacity 量纲相一致。

平均指数值被用作计算回归线的基础，回归线表示在不同Capacity 时的基数值，也可利用以下公式求得：168 中国造船学术论文基数（BLV）=a Capacity–c，其中，a，c均为常数。

经过DNV和GL的计算，各主要船型的a和c值如表2：表2 各船型的a和c值船型 a Capacity c 样本船数剔除船数R2干货船1354.0 DWT 0.5117 2365 59 0.93油轮1950.7 DWT 0,5337 3116 59 0.97气体船1252.6 DWT 0.4597 416 11 0.93集装箱船139.38 DWT 0.2166 2189 87 0.66普通货船290.28 DWT 0.3300 1824 90 0.63客滚船19788 DWT 0.7137 402 27 0.80 R2表示和基线的吻合度，该值越接近1或-1就表示和基线值越吻合。

以DNV船级社计算所得的油轮基线公式中a、c及R2值为例说明，见图2，图2中横坐标单位为样本船的DWT,纵坐标为每吨、每海里的二氧化碳排放量 (g/ t·nm)。

mn·t/g图2 油轮的基线公式及R2值1.3新船能效设计指数EEDI对新造船设计的指导若将一条新造船所能得到的EEDI指数称为A（Attained Index）,而将她所需的EEDI指数称为R （Required Index）,则R = (1-X%) x BLV其中：BLV为根据基线公式所求得的基数值。

也就是说：A应该小于R，即新船的EEDI指数应小于需要的EEDI指数。

如果A大于等于R，则表示该设计不能被有效认可，需要进一步改进设计，如：重新设计线型、螺旋桨等，以提高航速或者通过降低主机功率来达到减小EEDI指数的目的。

2 减少二氧化碳排放可采取的措施[6]全球共有约70000艘船被注册用于国际贸易，约占国际贸易总量的90%。

MARPOL修正案以及IMO的指导性文件及议题，均将航运对全球气候变化的影响提上议事日程，尽管从单条船的设计方案（如：减小燃油消耗量或其他技术以达到减少二氧化碳排放）的作用显得并不是那么大；但所有舰船50卷第4期(总第188期) 刘雅玲：新造船能效设计指数介绍及分析 169的累积效应却是非常巨大的。

以下将从几个方面对减少二氧化碳排放所能采取的措施进行说明。

2.1提高燃油经济性（1） 改进航线计划，优化航线结构。

（2） 通过和港口的沟通，缩短码头时间。

（3） 优化航速。

（4） 优化主机功率。

2.2提高船舶操作性（1） 优化纵倾横倾设计。

（2） 优化压载工况设计。

（3） 优化螺旋桨设计。

（4） 优化舵系设计。

（5） 重视船壳保养。

2.3推进系统设计（1） 船用柴油主机具有较高的热效率（约为50%），该性能目前只有燃料电池（Fuel Cell）技术可与之媲美（约为60%），采用燃料电池可进一步减少热及机械损失。

（2） 采用电喷式主机。

（3） 加强推进系统的维护保养。

（4） 使用燃油添加剂。

（5） 调整气缸油消耗量。

（6） 进行扭矩分析。

（7） 加强机器的自动检测功能。

（8） 废热回收技术已在部分船舶上得到应用，主要是利用主机废气中的热量进行发电或者通过电机提供额外的推进功率；对于新船设计，增加废热回收系统也是较好的措施之一。

3 结语总之，二氧化碳的减排是一项长期而艰巨的任务。

只有在不断地摸索和探索中，得以改进设计、提高管理和计划能力，相信通过共同努力，二氧化碳的减排工作一定会取得预期的收效。