使用雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的EEDI計(jì)算探討

柳夢(mèng)源，柳衛(wèi)東，郭 峰，殷景旺

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 開發(fā)研究部，上海 201913）

0 引言

37500m3LEG運(yùn)輸船是江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司完全獨(dú)立自主研發(fā)的全球最大型液化乙烯氣體運(yùn)輸船，該船在設(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)美歐航線，秉承環(huán)境友好、綠色經(jīng)濟(jì)的理念考慮選用了雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)的方案。

船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）是衡量船舶能效水平的一個(gè)指標(biāo)，簡(jiǎn)單來說，EEDI公式是根據(jù)CO2排放量和貨運(yùn)能力的比值來表示船舶的能效。其分母表示船舶規(guī)定的航速與容量之乘積，而分子可概括為兩部分，第一部分為主輔機(jī)所消耗燃料與碳轉(zhuǎn)換系數(shù)之乘積，第二部分為采用新的節(jié)能技術(shù)減少燃油消耗所帶來的CO2減排量[1]。

最新的EEDI計(jì)算導(dǎo)則還沒有關(guān)于使用雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的EEDI計(jì)算法，本文以37500m3LEG運(yùn)輸船為例探討該類型船舶的EEDI計(jì)算方法。

1 導(dǎo)則中的EEDI計(jì)算方法

根據(jù)MEPC63會(huì)議上通過的《2012年新造船達(dá)到的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）計(jì)算方法導(dǎo)則》上給出的計(jì)算公式[2]：

* 如果部分的正常最大海上負(fù)荷由軸帶發(fā)電機(jī)提供，SFCME和CFME的這部分功率可以由SFCAE和 CFAE代替。**如果 PPTI(i)＞0，SFCME · CFME 和 SFCAE · CFAE 的加權(quán)平均值用于計(jì)算 Peff。

1.1 公式解讀[3]

1.1.1 分子部分

表示船舶航行過程中消耗燃油所轉(zhuǎn)換成的CO2排放量；

第一部分：船舶以一定航速運(yùn)輸一定裝載量主機(jī)所消耗的燃油轉(zhuǎn)換成的CO2排放量；

第二部分：為保證主機(jī)在第一部分所述的狀態(tài)下工作輔機(jī)所消耗的燃油轉(zhuǎn)換成的CO2排放量（包括船員生活用電）；

第三部分：當(dāng)船舶設(shè)有軸馬達(dá)所貢獻(xiàn)的軸功率減去如廢熱回收系統(tǒng)等節(jié)約的功率與輔機(jī)燃油消耗之乘積所轉(zhuǎn)換成的CO2排放量；

第四部分：采用新的節(jié)能技術(shù)減少的燃油消耗所轉(zhuǎn)換成的CO2排放量。

1.1.2 分母部分

船舶的載重量（Capacity）與該載重量下的航速（Vref）的乘積，并考慮了因技術(shù)和規(guī)范要求對(duì)Capacity的限制系數(shù)fi和惡劣海況對(duì)航速的限制系數(shù)fw，以及化學(xué)品船和LNG運(yùn)輸船的立方體積修正系數(shù)fc。

1.2 轉(zhuǎn)化系數(shù)

公式中的CF是無量綱轉(zhuǎn)化系數(shù)，基于含碳量將燃料的消耗量轉(zhuǎn)化為CO2的排放量。2012導(dǎo)則中給出了不同燃料所對(duì)應(yīng)的CF值（見表1）。

表1 不同燃料所對(duì)應(yīng)的CF值

由表1可以看出LNG的CF要明顯小于燃油的CF，這意味著如果燃油的單位消耗量與LNG的單位消耗量相同時(shí)，用LNG作燃料的能效指數(shù)要明顯優(yōu)于使用燃油。

1.3 輔機(jī)功率

PAE指在為保障船舶在正常最大海況下以Vref航速和最大設(shè)計(jì)裝載工況（Capacity）營(yíng)運(yùn)所需的輔機(jī)功率，包括推進(jìn)機(jī)械/系統(tǒng)和船上生活（如主機(jī)泵、導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備及船上起居）所需的功率，但不包括非用于推進(jìn)的機(jī)械/系統(tǒng)（如側(cè)推、貨泵、起貨設(shè)備、壓載泵、貨物維護(hù)如冷藏和貨物處所風(fēng)機(jī)）的功率；在計(jì)算貨船的EEDI時(shí)，不使用船舶實(shí)際輔機(jī)功率，而采用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

1) 對(duì)于總推進(jìn)功率≥l0000kW的貨船：

2) 對(duì)于總推進(jìn)功率＜l0000kW的貨船：

1.4 主機(jī)功率

PME(i)為每臺(tái)主機(jī)的額定裝機(jī)功率（MCR）減去軸帶發(fā)電機(jī)功率（PPTO(i)）后的75%，且最大允許減去的功率不應(yīng)大于PAE。

1.5 載重量與航速

對(duì)于散貨船、油船、液化氣船、貨物滾裝船、雜貨船、冷藏運(yùn)輸船和兼裝船來說，Capacity用載重量表示；對(duì)于客船和客滾船，用1969國(guó)際噸位丈量公約附則I第3條定義的總噸表示；對(duì)集裝箱船，用70%載重量（DWT）來計(jì)算，載重量是指在密度為1.025的海水中夏季載重吃水排水量與空船重量之差。

航速Vref是指無風(fēng)無浪條件下，主機(jī)在PME功率以及設(shè)計(jì)裝載工況（Capacity）下的航速。

2 燃油及燃?xì)饽Ｊ降腅EDI計(jì)算

37500m3LEG運(yùn)輸船采用的是MAN B&W的雙燃料主機(jī)，2臺(tái)單燃油發(fā)電機(jī)，2臺(tái)雙燃料發(fā)電機(jī)，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，燃油模式是主機(jī)及4臺(tái)發(fā)電機(jī)均使用低位熱值LCV為42700kJ/kg的燃油，燃?xì)饽Ｊ綖橹鳈C(jī)及2臺(tái)雙燃料發(fā)電機(jī)使用LNG，按EEDI計(jì)算導(dǎo)則要求燃?xì)庀牧啃枰蒶J/kWh的測(cè)量單位用低位熱值為48000kJ/kg的LNG換算為g/kWh的測(cè)量單位，這樣使用LNG作燃料的燃?xì)庀牧颗c使用燃油的燃油消耗量的測(cè)量單位可以保持一致。

在燃油模式和燃?xì)饽Ｊ街校o機(jī)功率都是按導(dǎo)則給出的經(jīng)驗(yàn)公式由主機(jī)功率計(jì)算得到，并非實(shí)際的輔機(jī)功率，而燃油模式的2臺(tái)單燃油發(fā)電機(jī)和2臺(tái)雙燃料發(fā)電機(jī)的輔機(jī)油耗需按照輔機(jī)的實(shí)際功率加權(quán)得到，表2為37500m3LEG運(yùn)輸船的主機(jī)發(fā)電機(jī)在燃油模式及燃?xì)饽Ｊ綍r(shí)的功率、油耗等參數(shù)。

表2 燃油模式及燃?xì)饽Ｊ降闹鳈C(jī)發(fā)電機(jī)參數(shù)

根據(jù)導(dǎo)則給出的計(jì)算公式，可以分別計(jì)算出燃油模式及燃?xì)饽Ｊ降膶?shí)際EEDI指數(shù)，以及按導(dǎo)則要求按液化氣船的參數(shù)計(jì)算出37500m3LEG運(yùn)輸船要求的EEDI指數(shù)（見表3）。

表3 EEDI計(jì)算結(jié)果

由上表可以看出無論是燃油模式或是燃?xì)饽Ｊ皆摯腅EDI指數(shù)都十分優(yōu)異，不過燃?xì)饽Ｊ角闆r下的EEDI指數(shù)要比燃油模式的更小，即燃?xì)饽Ｊ较略摯哪苄?huì)更好。

3 雙燃料EEDI加權(quán)方法探討

作為使用雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)的船舶，采用燃油模式或是燃?xì)饽Ｊ接?jì)算出來EEDI顯然都不能夠代表該船所能達(dá)到的能效指數(shù)，但目前導(dǎo)則上還未提供對(duì)于此類型船舶能效指數(shù)的計(jì)算方法，考慮到使用雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)的船舶既會(huì)布置足夠的燃油儲(chǔ)存艙來保證在僅使用燃油的情況下正常航行，也會(huì)配置 LNG儲(chǔ)存罐保證在僅使用清潔能源LNG的情況下正常航行，在計(jì)算雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的EEDI指數(shù)可以考慮用燃油艙和LNG罐的艙容加權(quán)計(jì)算總的EEDI，也可以用分別使用燃油和LNG的續(xù)航力進(jìn)行加權(quán)。

3.1 艙容加權(quán)法

37500m3LEG運(yùn)輸船燃油艙包括日用柜和沉淀柜的凈艙容為1832.5m3，柴油艙包括日用柜和沉淀柜的凈艙容為243.8m3，LNG儲(chǔ)存罐的凈艙容為2322.9m3，如考慮依據(jù)燃油艙和LNG罐的艙容來加權(quán)船舶的EEDI指數(shù)，則該船的EEDI應(yīng)如式（4）計(jì)算所得：

但若考慮到LNG的密度≈0.44t/m3，明顯小于燃油的密度0.98t/m3及柴油的密度0.85t/m3，而雙燃料的主機(jī)LNG氣耗卻并不比油耗小，故考慮依據(jù)燃油艙和LNG罐經(jīng)密度修正的艙容來加權(quán)船舶的EEDI指數(shù)會(huì)更為合理，則該船的EEDI應(yīng)如式（5）計(jì)算所得：

3.2 續(xù)航力加權(quán)法

在考慮航速為16.3kn及3d的裕度的情況下，主機(jī)及發(fā)電機(jī)都采用燃油模式運(yùn)行的續(xù)航力為20000n mile，若主機(jī)及發(fā)電機(jī)均采用燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行的續(xù)航力為約14000n mile，如考慮依據(jù)采用燃油模式和采用燃?xì)饽Ｊ降睦m(xù)航力來加權(quán)船舶的EEDI指數(shù)，則該船的EEDI應(yīng)如式（6）計(jì)算所得：

4 結(jié) 語(yǔ)

按計(jì)算結(jié)果來看，用艙容加權(quán)法計(jì)算得到的EEDI數(shù)值要大于用續(xù)航力加權(quán)法計(jì)算得到的，但二者的差距不大。不過，考慮到EEDI是反映一條船的能效水平，顯然用續(xù)航力加權(quán)法所計(jì)算出的雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的EEDI指數(shù)更為客觀地從能效的角度對(duì)兩種模式下的EEDI指數(shù)進(jìn)行了加權(quán)，我認(rèn)為更加能夠反映雙燃料推進(jìn)船舶所能夠達(dá)到的EEDI指數(shù)。

船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）自第56屆MEPC會(huì)議以來一直是造船業(yè)的熱門話題，發(fā)展至今也在不斷進(jìn)行完善，而雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)也是近年來綠色船舶所熱愛采用的新技術(shù)，目前版本的EEDI計(jì)算導(dǎo)則并未包括對(duì)此類型船舶的計(jì)算公式，文中以一個(gè)采用了雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)船舶的計(jì)算實(shí)例建議可以按導(dǎo)則中的公式分別計(jì)算燃油模式及燃?xì)饽Ｊ较碌腅EDI指數(shù)，然后根據(jù)兩種模式的續(xù)航力進(jìn)行加權(quán)的方法來得到可以反映整個(gè)船舶的EEDI指數(shù)，可供造船同行參考。

[1] 張麗瑛. 船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)及其未來對(duì)船舶業(yè)的影響[J]. 中國(guó)水運(yùn)，2011, 11 (1)： 1-3,5.

[2] MEPC 63/23. Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index (EEDI) for New Ships,2012.

[3] 柳衛(wèi)東，陳 兵. 新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)及其對(duì)船舶設(shè)計(jì)的影響[J]. 船舶工程，2010, 32 (2)： 17-21.