船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI計(jì)算分析

王輝帥

摘 ? ?要：本文介紹船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI的計(jì)算方法和影響因素，并通過柴油機(jī)節(jié)能減排、優(yōu)化推進(jìn)系統(tǒng)和降低船舶阻力等方面探討降低EEDI的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：船舶能效;EEDI;節(jié)能減排;計(jì)算分析

中圖分類號(hào)：U664.12?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the calculation method of energy efficiency design index （EEDI）， and analyses the factors affecting EEDI. The key technologies to reduce EEDI are discussed， including saving energy and reducing emission of diesel engine， optimizing propulsion system and reducing ship resistance.

Key words： ?Ship energy efficiency; EEDI; Energy conservation and emission reduction; Calculation and analysis

1 ? ? 引言

根據(jù)IMO發(fā)布的《IMO第二次溫室氣體研究》顯示，2007年世界航運(yùn)業(yè)總的CO2排放量為10.54億t，約占全球CO2排放總量的3.3%。其中，國際航運(yùn)船舶的排放量為8.7億t，占全球總排放量的2.7%，比2000年測算數(shù)據(jù)高出0.9%，表明近10年來國際船舶運(yùn)輸帶來的排放量快速增長。報(bào)告預(yù)測，如果不采取任何減排措施，則到2050年國際航運(yùn)業(yè)的排放比例將，達(dá)到全球CO2排放總量的6%左右。

IMO關(guān)于CO2減排的總體策略包括：技術(shù)性;操作性;市場型措施。目前已經(jīng)對技術(shù)性措施（EEDI要求）制定了強(qiáng)制性要求。它用CO2排放量與運(yùn)載能力的比值作為衡量船舶能效水平的指標(biāo)，如果采用有效的控制措施提高船舶能源利用率，那么能夠?qū)崿F(xiàn)排放量減少25%～75%。

2 ? ?船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI應(yīng)用現(xiàn)狀

船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）是對造船界有深遠(yuǎn)影響的法規(guī)。2008年MEPC58次會(huì)議上，溫室氣體減排問題被擺在顯著位置，尤其是CO2排放問題。IMO認(rèn)為之前在同年3月MEPC57大會(huì)上提出的“新造船CO2設(shè)計(jì)指數(shù)”過于強(qiáng)調(diào)減排，而從提高船舶能效角度對新造船的設(shè)計(jì)和建造提出標(biāo)準(zhǔn)才更符合要求，為此將新造船CO2設(shè)計(jì)指數(shù)改成能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI），形成了“新造船EEDI計(jì)算方法臨時(shí)導(dǎo)則草案”。2009年3月第2次工作組會(huì)議期間對EEDI計(jì)算方法進(jìn)行了調(diào)整。2013年1月1日，這一指標(biāo)開始變成一個(gè)真正的強(qiáng)制性要求，締約國主管機(jī)關(guān)可在修正案生效后自行決定推遲4年執(zhí)行船舶能效標(biāo)準(zhǔn)。

目前，EEDI適用于400 GT及以上的所有國際航行船舶，明確提出了EEDI要求和折減系數(shù)的有散貨船、氣體運(yùn)輸船、液貨船、集裝箱船、雜貨船、冷藏貨船以及兼裝船等7種船型。雖然滾裝船、高級(jí)客輪等并不在強(qiáng)制范圍內(nèi)，但相信不久有關(guān)規(guī)定也會(huì)被通過。

對于新造船而言，要求EEDI計(jì)算值小于基線值。EEDI 基線值的發(fā)展可分為3階段：第1階段從2013～2014 年，保持現(xiàn)在的基線值;第2階段從2015～2019 年，基線值下降10%;第3階段從2020～2024年，基線值下降20%。從2025年開始，基線值下降30%。

現(xiàn)在越來越多的船東都試圖通過驗(yàn)證或者認(rèn)證EEDI來提升自己船舶在航運(yùn)市場中的競爭力，特別是對于新造船船東對于EEDI的認(rèn)證都作為硬性條件來實(shí)行?，F(xiàn)在獲得EEDI的認(rèn)證船舶數(shù)量越來越多，各個(gè)造船大國及各大船東都從人力以及財(cái)力上加大投入，致力于研發(fā)新的技術(shù)以適應(yīng)趨于嚴(yán)格的EEDI標(biāo)準(zhǔn)。

3 ? ?船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI計(jì)算

3.1 ? EEDI計(jì)算公式

4.2 ? 降低EEDI的關(guān)鍵技術(shù)

在早期設(shè)計(jì)階段就必須考慮這些影響因素，如航線的確定、船隊(duì)的規(guī)模、船型與尺寸的選擇及航速的確定。船型優(yōu)化是非常重要的一個(gè)選擇。在航速確定的條件下，阻力的減少意味著同等排水量下所需功率的減少，或在功率不變的條件下排水量的增加。按照不同的船型與尺寸，型線優(yōu)化的結(jié)果往往能夠取得不可估量的減排與節(jié)能效益;此外，光順的伴流場與螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及船機(jī)槳的匹配，均可提高推進(jìn)效率;減少壓載水，可以增加裝載量或減小所需功率;還可采用減阻涂層或空氣潤滑可以降低阻力，在改善尾流方面，采用各種導(dǎo)流裝置也是常用的提高能效的措施。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)的功能與受力狀態(tài)并加以優(yōu)化。例如：進(jìn)行全船的強(qiáng)度有限元分析能使強(qiáng)度與重量得到優(yōu)化;高強(qiáng)度鋼的采用能保證同等強(qiáng)度條件下結(jié)構(gòu)重量更輕;在動(dòng)力方面，可采用LNG 燃料、燃料電池或風(fēng)力推進(jìn)以及太陽能輔助;在其它的耗能設(shè)備方面，如采用混合動(dòng)力發(fā)電、軸帶電機(jī)、使用頻控冷卻泵等都可在不同程度上提高船的設(shè)計(jì)能效。

在航船舶運(yùn)營后進(jìn)行補(bǔ)償，即可應(yīng)用下列的方法及措施：選擇經(jīng)濟(jì)航線，利用現(xiàn)代先進(jìn)的天氣預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)以及各國港口、碼頭裝卸貨物共享的信息，盡可能采用經(jīng)濟(jì)航速，以避免船舶提前到港后的等待;同時(shí)，加強(qiáng)對船舶的維護(hù)，及時(shí)清理船體與槳上的污垢物;加強(qiáng)對船員的培訓(xùn)，在航行時(shí)對船舶采取靈活的操縱方式，根據(jù)不同的海浪、水流、風(fēng)速、風(fēng)向，獲得船舶最佳航速及傾斜角;船舶靠港后，盡量使用岸電等手段，這些都能有效地提高船舶的能效。

通過以上分析，總結(jié)具體措施如圖1。

4.3 ?計(jì)算實(shí)例

對已建造的3艘39 000 DWT系列散貨船進(jìn)行實(shí)船計(jì)算，散貨船主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如表1。

由表1可知：

（1）對照J(rèn)NS138/JNS141船：通過增加船舶載重量，雖然航速有所減少，但EEDI 值有所下降;

（2）對照J(rèn)NS138/JNS149船：在載重量相同的條件下，通過使用高效槳，船舶航速有所增加，EEDI 值大有下降。

5 ? ?結(jié)論

EEDI 法規(guī)的推出及實(shí)施，在降低航運(yùn)業(yè)溫室氣體的排放量的同時(shí)，也促進(jìn)了船舶行業(yè)新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、船型升級(jí)換代、新造船市場復(fù)蘇方面，起到了非常關(guān)鍵的推動(dòng)作用。

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