7.5萬噸油輪EEOI實船計算與分析

李 哲

本文以某7.5萬噸油輪作為研究對象，利用船公司積累的相關(guān)營運(yùn)數(shù)據(jù)對船舶能效營運(yùn)指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，其結(jié)果雖不能以點(diǎn)帶面，但相信對航運(yùn)公司的船舶營運(yùn)和管理具有一定的參考意義。

一、相關(guān)定義和計算公式

1.能效營運(yùn)指數(shù)（EEOI）平均值的計算

如要獲得某段時間或多個航段的船舶能效營運(yùn)指數(shù)平均值，則計算公式為：

2.航行里程、載航里程、載航比

（1）航行里程——記錄在航海日志上的實際航行距離（見《船舶EEOI自愿應(yīng)用導(dǎo)則》）。

（2）載航里程——載貨航行的里程。

（3）載航比——載貨航行里程與航行里程的比值。

二、7.5萬噸油輪多航次EEOI的計算與分析

1. 7.5萬噸油輪EEOI的計算

本文通過對某7.5萬噸油輪在2014年、2015年、2016上半年共計70個航次的實際營運(yùn)情況進(jìn)行統(tǒng)計、計算，得到該輪船舶能效營運(yùn)指數(shù)，并針對影響船舶營運(yùn)指數(shù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)分析。

該7.5萬噸油輪的?？康貫閲鴥?nèi)外各個港口，以國內(nèi)港口為主，且在每個港口都裝卸貨；每個航次燃油消耗量主要為船舶主機(jī)、副機(jī)、鍋爐，CO2排放因子為3.114 4。如果將上一個航次的貨物卸載完成時間作為本航次的開始時間，將航次貨物的全部卸載完成時間作為本航次的結(jié)束時間，那么通過統(tǒng)計燃料油的加裝和消耗情況確定本航次的燃油消耗量，就要把在港裝卸貨期間燃油的消耗量計算在內(nèi)。該輪在各個港口活動頻繁，為獲取更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要對其每個航次分別計算：先通過對70個航次的載貨量、航行距離以及船舶耗油量等綜合計算，得到各航次船舶的EEOI值，再經(jīng)過處理，將70個航次的EEOI整理為柱狀圖（如圖1所示）。

圖1 各航次EEOI計算柱狀圖

2.航線對EEOI的影響

從EEOI計算柱狀圖中可以看出，EEOI的取值范圍大致分為3段。根據(jù)航線和時間的不同，把這70個航次分為三組進(jìn)行分析：第一組是第1到23個航次的EEOI值，波動幅度較大，船舶航線為國際航線；第二組是第24到46航次的EEOI值，波動較為平緩，船舶往返于固定的兩港之間；第三組是第47到70個航次的EEOI值，波動劇烈，船舶往返于國內(nèi)多個主要港口（因航線較為混亂，載貨量和載貨里程變化較大，并時有貨油加溫）。

通過對三組航次EEOI值的統(tǒng)計，得到每組EEOI的平均值、最大值、最小值和方差（如圖2所示）。第一組的EEOI平均值為39.8，低于第二組和第三組，說明在國際航線運(yùn)送貨物過程中EEOI值最小，船舶的有效利用率較高，CO2的排放量較低，經(jīng)濟(jì)性較好；第二組的EEOI平均值為65.3，處于中間水平，說明在國內(nèi)固定航線航行的油輪經(jīng)濟(jì)性低于在國際航線航行的船舶；第三組的EEOI平均值最大，說明在國內(nèi)航線不固定的情況下單位每海里CO2排放量最大，經(jīng)濟(jì)效益最低。方差是數(shù)據(jù)與平均數(shù)之差的平方和，是衡量一組隨機(jī)變量或一組數(shù)據(jù)離散程度的度量。方差越大，這組數(shù)據(jù)的離散程度越大。根據(jù)方差大小確定，EEOI在組內(nèi)的波動由小到大的排列順序為第二組、第一組、第三組。

通過上述分析可知，油輪航行的航線對EEOI值的影響巨大。7.5萬噸油輪在國際航線航行時，EEOI低于國內(nèi)航線，國內(nèi)固定航線的EEOI低于不固定航線。

圖2 三組EEOI統(tǒng)計

3.主機(jī)、副機(jī)及鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率

為探究船舶主機(jī)、副機(jī)、鍋爐在航行和?？扛圻^程對船舶EEOI的影響，需要分別對比船舶的主要耗油設(shè)備在航行和?？扛蹠r的耗油量對EEOI的貢獻(xiàn)率（如圖3～5所示）。

圖3 第一組主機(jī)、副機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率

圖4 第二組主機(jī)、副機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率

油輪的耗油設(shè)備主要為主機(jī)、副機(jī)和鍋爐，將三者對EEOI的貢獻(xiàn)率進(jìn)行對比分析，可為降低油船EEOI提供一定的參考依據(jù)。

圖5 第三組主機(jī)、副機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率

對于以柴油機(jī)作為動力的船舶而言，主機(jī)為船舶航行提供前進(jìn)的動力。副機(jī)作為發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，為整船提供足夠的電力。鍋爐在油輪中的用途多于其他類型的船舶：油輪鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽，除常規(guī)用途外，還被用于貨油加熱；為保證貨物裝卸順利進(jìn)行，大多油輪在貨油操作之前都要把貨油加熱至指定溫度；另外，油輪在進(jìn)行壓載水及裝卸貨油等操作時往往也需要有大量的蒸汽作為動力。

對比三組主機(jī)、副機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率會發(fā)現(xiàn)，第一組國際航線的各航次主機(jī)和鍋爐耗油比率變化較為劇烈；第二組國內(nèi)固定航線的各航次主機(jī)、副機(jī)和鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率都維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)；第三組雖在國內(nèi)航行，但是港口不固定使主機(jī)與鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率出現(xiàn)此消彼長的態(tài)勢，船舶用電則保持在較為穩(wěn)定的水平，副機(jī)對EEOI的貢獻(xiàn)率也基本維持穩(wěn)定。

通過對比可知，7.5萬噸小型油輪的航線變化，使主機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率影響較大。為更加直觀地表現(xiàn)主機(jī)、副機(jī)和鍋爐在三個組中的比例大小，可對EEOI的貢獻(xiàn)率求平均值（如圖6所示）。

圖6 主機(jī)、副機(jī)、鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率平均值

在第一組國際航線中，主機(jī)對EEOI的平均貢獻(xiàn)率高于鍋爐對EEOI的平均貢獻(xiàn)率的主要原因是國際港口之間的航行距離相對較大，在海上航行的過程中較少對貨油進(jìn)行加熱，往往只是在進(jìn)卸貨港前將貨油加熱至指定溫度。在國際航線中，用于船舶推進(jìn)的燃油多于國內(nèi)航線，但是鍋爐所消耗的燃油量（基本與主機(jī)持平）同樣不容小覷。第二組和第三組同為國內(nèi)航線，各港口間的距離短于國際航線，主機(jī)油耗相對較少，并且為保證貨油在裝卸過程中所需要的溫度，在航行中常對貨油加熱，從而使得用于鍋爐的燃油超過用于提供船舶航行動力的燃油。這就說明，在國內(nèi)港口間航行的油輪鍋爐對EEOI的平均貢獻(xiàn)率高于主機(jī)。對EEOI的平均貢獻(xiàn)率第二組和第三組雖然同為國內(nèi)航線，但是第二組是往返于固定兩港之間的，船舶航行距離約為320海里（距離短），而且貨物裝載量也是相對固定的（貨油操作活動頻繁），所以鍋爐燃油消耗遠(yuǎn)多于用于船舶航行的主機(jī)燃油消耗量。第三組主要停靠大連、連云港、惠州、東營等港，港口間距離長短不一，所以相對于第二組，用于船舶航行的燃油略有增加。

通過以上分析得出，7.5萬噸級油輪的鍋爐對EEOI的貢獻(xiàn)率高于其他耗油設(shè)備，且受航線的影響較大，國際航線航行的船舶低于國內(nèi)航線航行的船舶；而副機(jī)對EEOI的貢獻(xiàn)率則基本維持在較為穩(wěn)定的水平上，不隨航線的變化而變化；船舶主機(jī)對EEOI的貢獻(xiàn)率受航線的影響較大：航行距離越長，主機(jī)的貢獻(xiàn)率越大，國際航線航行主機(jī)對EEOI的貢獻(xiàn)率高于國內(nèi)航線航行主機(jī)對EEOI的貢獻(xiàn)率。

4.航行和在港對EEOI的影響

船舶在貨物運(yùn)輸過程中的狀態(tài)，主要有航行狀態(tài)和在港狀態(tài)（在錨地拋錨歸類到在港狀態(tài)）。在航行過程中，船舶的主要燃油消耗設(shè)備是主機(jī)、副機(jī)、鍋爐；在拋錨或靠港過程中，船舶的主要耗油設(shè)備為副機(jī)、鍋爐。在任何時候，船舶的電力供應(yīng)都必須有保證。在港期間，鍋爐除了給機(jī)艙內(nèi)的燃油等提供熱源外，還需要對貨油進(jìn)行加熱，以滿足其裝卸貨物的流動性要求；同時需要驅(qū)動貨油泵、掃艙泵、壓載泵等設(shè)備，完成貨物的裝卸工作。

同樣將70個航次按照航線的不同分為三組：第一組為國際航線，第二組為國內(nèi)固定航線，第三組為國內(nèi)不確定航線，通過對在港和航行過程中船舶燃油消耗量統(tǒng)計，也會得到三組各航次對EEOI的貢獻(xiàn)率（如圖7～9所示）。第一組國際航線，在港和航行中的EEOI貢獻(xiàn)率參差不齊，沒有一定的規(guī)律可循；第二組國內(nèi)固定航線，在港和航行中的EEOI貢獻(xiàn)率基本處于相對穩(wěn)定水平（靠港過程中的EEOI貢獻(xiàn)率基本處在75%~80%），說明第二組各航次船舶的大部分燃油消耗于在港?？科陂g（需要有大量的蒸汽對貨油進(jìn)行加熱，以及驅(qū)動其他的裝卸貨機(jī)械設(shè)備等），也印證了第二組各航次船舶鍋爐的EEOI貢獻(xiàn)率高于主機(jī)的EEOI貢獻(xiàn)率；第三組國內(nèi)不確定航線的24航次航行過程中，絕大多數(shù)情況下是在港的EEOI貢獻(xiàn)率高于航行過程中的EEOI貢獻(xiàn)率（也無明顯的規(guī)律可循）。對每組內(nèi)的EEOI貢獻(xiàn)率進(jìn)行平均，就能得到三組EEOI貢獻(xiàn)率的平均值（如圖10所示）。

圖7 第一組各航次在港和航行EEOI貢獻(xiàn)率

圖8 第二組各航次在港和航行EEOI貢獻(xiàn)率

圖9 第三組各航次在港和航行EEOI貢獻(xiàn)率

圖10 在港和航行EEOI貢獻(xiàn)率平均值

從三組EEOI柱狀圖中可以看出，在港的EEOI平均貢獻(xiàn)率均高于航行值，體現(xiàn)出了7.5萬噸級油輪的特殊性；國際航線航行的EEOI貢獻(xiàn)率與靠港的EEOI貢獻(xiàn)率相近；國內(nèi)航線在港的EEOI貢獻(xiàn)率則占據(jù)主要部分，第二組國內(nèi)固定航線就說明，航線越短、越明確，航行期間所消耗的燃油量越少；第三組國內(nèi)不確定航線（停靠港口不確定），在港的EEOI貢獻(xiàn)率為航行的EEOI貢獻(xiàn)率的2倍，體現(xiàn)了國內(nèi)不確定航線航行的一個特點(diǎn)。

通過以上分析可知，7.5萬噸級油輪在國內(nèi)航線航行的過程中燃油主要消耗于在港口?？科陂g；國際航線港口之間的里程相對較大，航行的EEOI貢獻(xiàn)率高于國內(nèi)航線。

5.載貨量對EEOI的影響

本文中的船舶載貨量，是指船舶單個航次裝載貨物的總噸數(shù)。目標(biāo)油輪的最大載重噸為7.5萬噸，但就統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，船舶很少能夠滿載運(yùn)營。同樣將其分為3組，可得到載貨量與EEOI之間關(guān)系（如圖11所示）。第一組為國際航線航次，因船舶經(jīng)停多個港口，所以會出現(xiàn)載貨量超過載重噸的情況；第二組為國內(nèi)定航線航行，因目的港僅有一個，所以載貨量在5萬～6萬噸；第三組航次在國內(nèi)港口間航行，因單航次中目的港不是只有一個，所以也出現(xiàn)了載貨量超過船舶設(shè)計載重噸的情況。

圖11 載貨量與EEOI之間的關(guān)系

從載貨量與EEOI之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，載貨量與EEOI存在一定的反比例關(guān)系，趨勢為載貨量越大EEOI值越小，較大的EEOI值出現(xiàn)在載貨量為2萬～4萬噸的載貨量區(qū)間內(nèi)。所以，營運(yùn)過程中船舶載貨量的多少將對船舶營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性和CO2的排放量產(chǎn)生直接影響。第一組國際航線，船舶載貨量存在較大的變化范圍，EEOI最小，其波動幅度沒有第三組大。這表明在國內(nèi)不定航線航行的油輪總體上EEOI值分布較為分散，沒有明顯的規(guī)律可言。第二組國內(nèi)固定航線，船舶載貨量一直維持在5萬噸左右，EEOI值較穩(wěn)定。這樣既能對7.5萬噸油輪的EEOI進(jìn)行預(yù)估，又能掌握船舶耗油量，從而為船舶營運(yùn)提供一定的參考。

6.載航比對EEOI的影響

在船舶營運(yùn)過程中不可避免會存在一定的空載，特別是運(yùn)輸原油的油輪，在出發(fā)港口和目的港口之間往返，常出現(xiàn)單程載貨的情況。

本文中的航行里程，是指船舶單個航次中航行的總里程，包括載貨和壓載航行兩部分。這里分別對船舶航行里程、載貨航行里程以及載航比進(jìn)行統(tǒng)計。同樣是將7.5萬噸油輪70個航次分為3組，對比分析三者對船舶的EEOI影響（如圖12～15所示）。

（1）航行里程對EEOI的影響（如圖12所示）。航行里程與EEOI之間的關(guān)系大致是：隨著航行里程的增長，EEOI降低，但這種趨勢不明顯；EEOI值高的航次航行里程都相對較小，尤其是EEOI最大值所對應(yīng)的航行里程最小，而航行里程較大的航次EEOI值則處于全部航次的中下游水平；在營運(yùn)過程中，國際航線的船舶在節(jié)能減排方面具有一定的優(yōu)勢。

圖12 航行里程與EEOI之間的關(guān)系

（2）載貨里程對EEOI的影響（如圖13所示）。載貨里程與EEOI之間存在反比例函數(shù)關(guān)系，其中以載貨里程為自變量，EEOI為因變量。對70個航次進(jìn)行函數(shù)擬合，可得到二者的反比例函數(shù)Y=1 161X-0.6672，擬合優(yōu)度R2=0.785，說明載貨里程與EEOI之間的反比例關(guān)系顯著，在預(yù)估船舶EEOI貢獻(xiàn)率時，這應(yīng)作為一個非常重要的因素予以考慮：載貨里程越短EEOI值越高，載貨里程越長EEOI值越小。

圖13 載貨里程與EEOI之間的關(guān)系

（3）載航比對EEOI的影響（如圖14～15所示）。船舶航行里程包括載貨航行里程和壓載航行里程。載貨航行里程占總航行里程的百分比是創(chuàng)造收益的關(guān)鍵因素，但卻不能避免壓載航行，特別是針對運(yùn)輸原油這類特殊貨物。

圖14 各航次的載航比

70個航次的平均載航比為0.53，體現(xiàn)了油輪的特殊性。在貨油運(yùn)輸過程中，載貨航行僅占航行總數(shù)的一半左右，另一半為壓載航行。對比三組載航比的均值可以看到，國內(nèi)固定航線載貨航行和壓載航行的比例接近1：1；第一組和第三組為不固定航線，平均載航比略高于第二組。航線不固定時可以根據(jù)船舶位置設(shè)計最佳航線，這樣有利于載航比的提高。雖然第二組的載航比低于其他兩組的載航比，但由于其航線的特殊性，各航次間的載航比波動幅度較小，而第一組和第三組的載航比波動幅度較為劇烈。所以，在航線制訂中應(yīng)將提高載航比作為重要的考慮因素。

7.5 萬噸的油輪載航比與EEOI也存在一定的關(guān)聯(lián)（如圖15所示）。對其進(jìn)行函數(shù)擬合，可得到二者之間的關(guān)系式Y(jié)=41.4X-0.443，擬合優(yōu)度R2=0.21。就函數(shù)擬合而言，載貨里程與EEOI聯(lián)系的緊密性較之載航比更加強(qiáng)烈。但在進(jìn)行EEOI估算時，應(yīng)把載航比作為一個重要的考慮因素。

圖15 載航比與EEOI之間的關(guān)系

7.每海里耗油量對EEOI的影響

在船舶營運(yùn)成本中，很大的部分是燃油費(fèi)。為明確每海里燃油消耗量與EEOI之間的關(guān)系，可把燃油消耗率定義為單位海里消耗的燃油質(zhì)量（單位為噸/海里）。

通過對燃油消耗量進(jìn)行統(tǒng)計可以看到，各航次間的耗油量都出現(xiàn)不同程度的波動，這說明受載貨量、航線和海況等因素的影響較大（如圖16～17所示）。

圖16 各航次每海里耗油量

圖17 每海里耗油量與EEOI之間的關(guān)系

對70個航次整體分組分別求取平均值，得到的每海里耗油量平均值為0.123噸/海里，而船舶設(shè)計的每海里耗油量為0.142噸/海里。對比各組的平均值可以看出，在營運(yùn)過程中每海里的油耗量低于設(shè)計值；國際航線平均每海里耗油量低于國內(nèi)航線平均每海里耗油量，國內(nèi)不固定航線每海里耗油量低于固定航線每海里耗油量。前文已指出，7.5萬噸油輪裝載加溫油時鍋爐的耗油量占到整體耗油量的一半，國內(nèi)航線則占到四分之三；國際航線的船舶較少對貨油進(jìn)行加熱，國內(nèi)航線特別是第二組固定航線較短，船舶為保持貨油的流動性，需要一直加熱，而第三組國內(nèi)不固定航線的兩個港口間距較遠(yuǎn)，中途可以對貨油停止加熱。這就是國際航線航行每海里耗油量低而國內(nèi)固定短程航線每海里耗油量高的原因。

盡管7.5萬噸的油輪每海里耗油量與EEOI并無明顯關(guān)聯(lián)（如圖17所示），但在EEOI計算時應(yīng)把每海里耗油量的影響作為一個重要的考慮因素。

三、結(jié)論

對于7.5萬噸油輪而言，航線對EEOI值的影響非常明顯：國際航線營運(yùn)能效的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于國內(nèi)航線，國內(nèi)固定航線營運(yùn)效能的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于隨機(jī)航線。無論什么航線，副機(jī)的EEOI貢獻(xiàn)率（一般占整體的20%左右）都基本維持穩(wěn)定，而主機(jī)和鍋爐的EEOI貢獻(xiàn)率則是一種此消彼長的關(guān)系：在國際航線中二者基本持平，在國內(nèi)航線中鍋爐的EEOI貢獻(xiàn)率處于絕對優(yōu)勢，尤其在國內(nèi)固定航線中鍋爐的EEOI貢獻(xiàn)率比例更大些；國際航線中航行和在港的EEOI貢獻(xiàn)率基本一致，在國內(nèi)航線中則大部分燃油消耗于港口貨物作業(yè)過程中。

根據(jù)以上分析，對7.5萬噸油輪的能效營運(yùn)管理（以EEOI為標(biāo)準(zhǔn)）提出幾點(diǎn)建議：（1）合理規(guī)劃航線，以減少空載率和空載距離。（2）航運(yùn)公司應(yīng)根據(jù)船舶類型和航線的不同在相關(guān)參數(shù)考評中區(qū)別對待；通過定期對EEOI進(jìn)行計算和分析，可為公司燃油消耗統(tǒng)計等提供一定的參考依據(jù)，便于船舶營運(yùn)管理。（3）在有關(guān)排放的法律法規(guī)的制定上，應(yīng)充分考慮航線和船舶類型對EEOI的影響，避免按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量。