船舶能效設計指數(shù)（EEDI）計算及應用

廖振宇 黃猛

摘 要：本文結(jié)合本公司在建的實船闡述了EEDI的計算方法及送審船級社的注意事項。通過收集船舶實際試航的參數(shù)，驗證計算的EEDI值，并詳細介紹了EEDI的驗證方法。

關鍵詞：EEDI；計算方法；實船驗證

中圖分類號：U661.43 文獻標識碼：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計算方法

EEDI的計算公式如下，其包含：主機能效、輔機能效、應用PTI和創(chuàng)新型電力技術的輔機節(jié)能折減、創(chuàng)新型能效技術用于推進的節(jié)能折減、運載能力、航速、不同船型的修正系數(shù)等參數(shù)。

為了簡化計算，分以下兩種情況來分析EEDI的計算：

（1）船舶在只有單臺主機、無軸帶發(fā)電機（PTO）、不考慮PTI和創(chuàng)新型電力技術的輔機節(jié)能折減、創(chuàng)新型能效技術用于推進的節(jié)能折減及不同船型的修正系數(shù)的情況下，公式（1）可簡化為：

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

（2）船舶在只有單臺主機、有軸帶發(fā)電機（PTO）、無PTI情況下，公式（1）可簡化為：

① 當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 當0.75 x PPTO≥PAE時

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 —— 對干貨船、液貨船、氣體船、集裝箱船、滾裝船及客滾船和普通貨船為載重噸（DWT）；對客船及滾裝船為總噸（GT）；對于集裝箱船為載重噸的70%；

Vref —— 在最大設計裝載工況及平靜海況下的船舶航速；對于有水池試驗的船舶，Vref的值根據(jù)水池試驗功率/速度曲線來選??；

PME —— 對于沒有軸帶發(fā)電機的船舶為每臺主機的額定裝機功率（MCR）的75%；對于帶軸帶發(fā)電機的船舶為主機額定裝機功率（MCR）的75%扣除軸帶發(fā)電機功率（PPTO）的75%。其中，PPTO是軸帶發(fā)電機額定功率輸出MCRPTO的75%；

PAE —— 在設計裝載量下以Vref航行時所必須的輔機功率。包括推進機械/系統(tǒng)和船上生活（如主機泵、導航系統(tǒng)和設備及船上起居）所需的功率，但不包括用于非推進機械/系統(tǒng)（如側(cè)推、貨泵、起貨設備、壓載泵、貨物維護如冷藏和貨物處所通風機等）的功率；

通常，采用以下經(jīng)驗公式來計算PAE：

對于主機功率率≥10 000 kW的船舶

PAE=0.025xMCRME+250 kW （5）

對于主機功率率﹤10 000 kW的船舶

PAE=0.05 x MCRME （6）

PPTO —— 軸帶電機額定功率的75%；

PPTI —— 發(fā)動機額定功率油耗除以發(fā)電機加權平均效率所得結(jié)果的75%；

Peff —— 由于采用了創(chuàng)新機械能效技術而減少的主機功率的75%；

PAEeff —— 當船舶在PME狀態(tài)下由于采用了創(chuàng)新電能效技術而減少的輔機功率；

CF —— 碳轉(zhuǎn)換因子。用每噸燃料的CO2排放量來表示，可按表1取值。

SCFME —— 主機燃油消耗；

SCFAE —— 輔助發(fā)電機燃油消耗；

fj—— 考慮船舶特有設計要求的修正系數(shù)。如：冰區(qū)加強的液貨船、散貨船、雜貨船；推進系統(tǒng)有冗余設計的穿梭油船；

fw—— 考慮波高、浪頻和風速對船舶航速影響的無量綱系數(shù)，通常取=1.0；

fc —— 艙容量修正系數(shù)，通常取fc=1.0；對于化學品船和LNG船舶，由IMO指導性文件中查得相應的fc值。

fi—— 考慮船舶因技術或規(guī)定要求而對Capacity有所限制的無量綱修正系數(shù)。該系數(shù)適用于：冰區(qū)加強的液貨船、散貨船、雜貨船、集裝箱船、LNG船。

2 Attained EEDI計算

以我司在建的果汁運輸船為例，介紹EEDI的計算過程及分析該船計算結(jié)果是否達到要求：

（1）果汁船基本數(shù)據(jù)（表2）

（2）主機（表3）

（3）輔機（表4）

（4）冰級（無）

（5）創(chuàng)新型節(jié)電技術（無）

（6）創(chuàng)新型節(jié)能技術（無）

（7）艙容量修正系數(shù)（無）

（8）EEDI計算值

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

（9）所屬船型的 EEDI參考線值

果汁運輸船屬于冷藏貨物運輸船船型，a=227.01、c=.244、b=4 707，故

EEDI參考線值=a×b（-c）=28.83

（10）所屬船型的EEDI值的折減率

對應四個目標年限的折減率和 EEDI值如下（表5）。

由表5可知，果汁運輸船的 EEDI值為20.3，小于該船型Phase0、Phase1、Phase2、Phase3所有四個階段EEDI值，所以該船的能效設計指數(shù)EEDI滿足規(guī)范要求。

3 EEDI的驗證

EEDI的驗證就是在試航過程中測量該船的實際功率曲線，然后用實測的功率曲線和設計階段預估的功率曲線（或者船模試驗的功率曲線）進行對比，然后根據(jù)對比的差異來重新計算EEDI值。

根據(jù)船舶實際試航條件的不同，EEDI的實船驗證有以下兩種情況：

（1）如果船舶滿載試航，則直接把主機功率設置為第四部分第2條的PME值，測量船的航速；然后根據(jù)該實際航速來重新計算EEDI值即可；

（2）如果船舶不能滿載試航，則應該根據(jù)試航的功率曲線，將航速修正到滿載狀態(tài)的航速，然后根據(jù)修正后的航速來計算EEDI值。

驗證EEDI時需要注意以下幾個方面：

（1）測試單位/機構(gòu)的資質(zhì)

測試單位/機構(gòu)應經(jīng)過ISO 9001質(zhì)量認證，測試人員應持有檢驗員證；

（2）ISO15016：2015對EEDI的要求

ISO15016：2015第10.7節(jié)描述了兩種EEDI的速度-功率曲線測試方法：一種是迭代法；另一種是均值法。

迭代法要求首制船在65%MCR～100%MCR之間選取三種不同的功率設置做不少于四個來回的速度測試：首制船在合同功率做兩個來回速度測試，后續(xù)船做一個來回速度測試；在低于合同功率做一個來回速度測試；在高于合同功率做一個來回速度測試。

均值法要求首制船在65%MCR-100%MCR之間選取三種不同的功率設置做不少于六個來回的速度測試：首制船在合同功率/低于合同功率/高于合同功率各做兩個來回速度測試；對于后續(xù)船，可在三種不同的功率設置下各做一個來回的速度測試。

每個工況是以一個來回作為一個完整記錄，一個來回通常為20分鐘（來和回各10分鐘，不包含前后加/減速的時間）。

（3）測試的條件及海況

EEDI的測試盡量選在海況良好的情況下進行，為保證測試結(jié)果的可靠性，EEDI在三種工況測試應是一個連續(xù)的過程，不允許有間斷。

（4）測量儀器

需要以下測量儀器（表6），由測試單位和船廠分工準備：

（5）數(shù)據(jù)記錄

測試前，應提前記錄波浪周期、浪高、波浪方向及涌的周期、涌高、涌方向；測試過程中，記錄螺旋槳的轉(zhuǎn)速、主機的功率、船的對地速度、風速、風向、航向、水深、舵角等，

每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，并計算出平均值。

（6）EEDI實船驗證

根據(jù)果汁船在試航時的速度、功率測量數(shù)據(jù)，利用STAIMO軟件繪制速度-功率曲線。

由速度-功率曲線可知，當主機功率PME = 1866kW時，船的航速為13.18 kn。根據(jù)該參數(shù)重新復核 EEDI值為20.05，

比初始計算的 EEDI值（20.3）小，所以該船的能效設計指數(shù)滿足規(guī)范的要求。

5 小結(jié)

七大船型的 EEDI值按照載重噸的不同逐年遞減，到2025年以后，大部分船型的 EEDI值都會比目前減少30%，即整個船舶行業(yè)的CO2排放量減少30%，這對整個船舶工業(yè)將是巨大的挑戰(zhàn)。

對新型船舶，當設計單位在主尺度、線型、設備配置等設計方案定型后，該船的能效設計指數(shù)就已經(jīng)確定。所以在未來的船型開發(fā)中，要開發(fā)出滿足EEDI要求的船型，一方面要設法降低船舶的阻力、采用更多的節(jié)能技術，并且選用合適的推進系統(tǒng)和電站系統(tǒng)；另一方面要想法設法來優(yōu)化推進系統(tǒng)，而柴油機（如船用主機、柴油發(fā)電機）生產(chǎn)商應采用更多的節(jié)能減排技術。只有在這幾個環(huán)節(jié)同時改進，才能制造出高質(zhì)量、低能耗的優(yōu)秀船型。

對于一些定義界線比較模糊的船型，一定要在規(guī)格書中明確該船適用于七大船型的哪一種，因為按照不同船型計算的 EEDI值是完全不同的。如本文舉例的果汁船，可以定為液貨船中的化學品船，也可以定為冷藏運輸船。如果按照液貨船來計算EEDI值，該船的 EEDI將不能滿足規(guī)范的要求，所以在果汁船的規(guī)格書里明確確定了果汁船是冷藏運輸船，而按照冷藏運輸船計算的EEDI值則能滿足規(guī)范的要求。這一點在船型開發(fā)時需要特別注意。

參考文獻

[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.（往復式內(nèi)燃機.性能）

[5]船舶能效設計指數(shù)（EEDI）驗證指南.