雙燃料客滾船的能效指數(shù)分析

陳 登，俞 劍，付翯翯，巴雅爾圖

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

隨著全球氣候變暖，溫室效應(yīng)加劇，綠色航運(yùn)受到業(yè)界的普遍關(guān)注，因此國(guó)際海事組織(IMO)和海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MEPC)制訂了越來(lái)越嚴(yán)格的船舶能效指數(shù)()要求。為了滿足更嚴(yán)格的規(guī)范要求、減少船舶溫室氣體的排放、節(jié)省能源費(fèi)用，雙燃料推進(jìn)在船舶上的應(yīng)用也愈發(fā)普遍。在MEPC.301(72)出臺(tái)前，柳夢(mèng)源等研究了通過(guò)艙容加權(quán)和續(xù)航力加權(quán)2種方法計(jì)算雙燃料推進(jìn)船舶的計(jì)算方法。同時(shí)，新的能源效益技術(shù)不斷涌現(xiàn)，給船舶綠色化帶來(lái)了更多可能。

降低碳排放量的方法主要有三方面，即設(shè)計(jì)建造、使用操作和技術(shù)革新。一般認(rèn)為，船體線型優(yōu)化及采用節(jié)能裝置效果有5%～10%，采用低阻涂料和氣模減阻效果有5%～10%，新能源的利用包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等效果可達(dá)5%左右。 本文從新生效的規(guī)范出發(fā)，以客滾船為例，闡述不同能源比對(duì)的影響程度，同時(shí)對(duì)新能源技術(shù)降低的計(jì)算機(jī)理進(jìn)行分析。

1 規(guī)范對(duì)客滾船的能效指數(shù)要求

根據(jù)MEPC.301(72)，客滾船的能效指數(shù)要求如下：獲得指數(shù)≤要求指數(shù)=(1-100)×基線值。基線值=，、、及取值見(jiàn)表1。新舊規(guī)范下能效指數(shù)的要求值見(jiàn)圖1。

表1 新規(guī)范下的能效要求指數(shù)計(jì)算參數(shù)

圖1 新舊規(guī)范下能效指數(shù)的要求值

由表1可知，新規(guī)范將階段2和階段3的值加大了，即基線值提升了，一定程度上降低了的要求。另外，新規(guī)范注明了在載重噸大于10 000 t時(shí)，要求指數(shù)不再隨載重噸的增加而變化。

隨著時(shí)間的推移，指數(shù)呈逐步降低趨勢(shì)。對(duì)比新舊要求指數(shù)曲線圖可知：新規(guī)范下，階段2和階段3的指數(shù)要求有所降低，階段2甚至比階段1的要求還要低，這一特點(diǎn)在載重噸為10 000 t以上時(shí)尤為明顯；而對(duì)于載重噸為0至12 000 t的客滾船而言，階段3的要求值仍然降低明顯，值得關(guān)注。

2 雙燃料客滾船能效指數(shù)的計(jì)算 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(lái)的EEDI值顯然都不能夠代表該船所能達(dá)到的能效指數(shù)。國(guó)際海事組織于2018年出臺(tái)了新的EEDI計(jì)算指南MEPC.308(73)，明確了雙燃料船的能效指數(shù)計(jì)算采用艙容加權(quán)計(jì)算法。

雙燃料客滾船能效指數(shù)計(jì)算的公式和LNG容積與燃油容積的配比密切相關(guān)，反應(yīng)這一影響的參數(shù)用來(lái)表示。根據(jù)MEPC.308(73)可知，雙燃料船舶能效指數(shù)可用下式計(jì)算：

=[··(·(·+·)+··)+·(·(·+·)+··)]/[·····]

式中：為船型修正系數(shù)；為主機(jī)功率；為氣體燃料比例系數(shù)；為CO轉(zhuǎn)換系數(shù)；為燃料消耗率；為燃油比例系數(shù)；為輔機(jī)功率；為載重量系數(shù)；為容積修正系數(shù)；為貨物起吊修正系數(shù)；為船舶載重量；為海況修正系數(shù)；為船舶航速；MDO為燃油，LNG為液化天然氣，Pilot為引導(dǎo)油，gas為氣體，liquid為液體。

2.1 能源配比的影響

當(dāng)主輔機(jī)均為雙燃料機(jī)型時(shí)：

=···/(···+···)

式中：為燃料艙容積；為燃料密度；為低熱值；為燃料裝載率。

值得注意的是，當(dāng)≥0.5時(shí)，取=1且=0。也就是當(dāng)LNG權(quán)重大于0.5時(shí)，計(jì)算能效指數(shù)時(shí)可只考慮LNG，而不用計(jì)算燃油。

表2就某雙燃料客滾船實(shí)例計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。

表2 3種能源配比的EEDI計(jì)算結(jié)果

由上表可以看出，LNG的應(yīng)用可以有效降低船舶的指數(shù)。當(dāng)LNG的比重達(dá)到0.5以上，對(duì)的改善作用達(dá)到最大化。

2.2 客滾船EEDI的計(jì)算要點(diǎn)

根據(jù)不同的船型，計(jì)算公式中所用參數(shù)取值有所不同?？蜐L船作為介于貨船和客船之間的一種船型，其計(jì)算的特殊之處主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即、和。

(1)

對(duì)于取值，集裝箱船取為70%載重量，客船和郵輪取為總噸值，而客滾船與貨船、油船、LNG船、滾裝船等船的取為船舶載重量值。

(2)船型修正系數(shù)

是客滾船區(qū)別于其他船舶計(jì)算的另一個(gè)要素，對(duì)客滾船：

由該式可知，除一般貨船外，客滾船較其他船型在指數(shù)計(jì)算時(shí)是有折減的(折減系數(shù)為)，而且在同等條件下，越是瘦削的客滾船，其折減系數(shù)越大。以某客滾船計(jì)算為例，其=0.304，可見(jiàn)客滾船型對(duì)的計(jì)算值折減力度是非常大的。

(3)體積修正系數(shù)

對(duì)于<0.25的客滾船，需要增加考慮修正系數(shù)，其計(jì)算方法如下：

=(025)

式中：為船舶總噸。

可見(jiàn)，在同等條件下，載重量與總噸比值越大的船舶，其的計(jì)算結(jié)果也會(huì)更大。

2.3 輔機(jī)功率對(duì)EEDI計(jì)算的影響

雙燃料客滾船在計(jì)算輔機(jī)產(chǎn)生的CO時(shí)也有所不同，對(duì)于配備軸帶發(fā)電機(jī)的推進(jìn)型式，在計(jì)算時(shí)尤其需要注意當(dāng)輔機(jī)功率大于船舶日用負(fù)荷的情況。

假定：為船舶輔機(jī)額定功率，為船舶日常用電負(fù)荷，=75%，則輔機(jī)產(chǎn)生的CO計(jì)算如下：

AE_CO= AE_CO(gas)+ AE_CO(liquid)。

(1)若<，則輔機(jī)功率全部由主機(jī)提供，燃料消耗按主機(jī)的消耗率來(lái)計(jì)算。

AE_CO=0.75··(·+·)+0.75·(1-)·(·)

(2)若>，則功率超出部分的燃料消耗按輔機(jī)的消耗率來(lái)計(jì)算。

AE_CO= AE_CO(gas)+ AE_CO(liquid)，其中：AE_CO(gas)=0.75··(·+·)+(-0.75)···

AE_CO(liquid)= 0.75·(1-)·(·) +(-0.75)·(1-)··

3 創(chuàng)新性能源效益技術(shù)

LNG作為廣為人知的清潔能源已經(jīng)在船舶上得到了大量應(yīng)用，但是人類發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的許多其他新能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物能等多種形式的能源，大部分還處在研究和開(kāi)發(fā)階段，未能在船舶上得到廣泛應(yīng)用。但船舶對(duì)新能源的期許一直都在，也在不斷地進(jìn)行嘗試，并發(fā)展了一部分具有應(yīng)用價(jià)值的創(chuàng)新性能源效益技術(shù)。

3.1 創(chuàng)新性能源效益技術(shù)分類

根據(jù)不同作用機(jī)理，創(chuàng)新性能源效益技術(shù)可大致分類見(jiàn)表3。

表3 創(chuàng)新性能源效益技術(shù)分類表

3.2 創(chuàng)新性能源效益技術(shù)對(duì)EEDI的影響

A類創(chuàng)新性能源效益技術(shù)由于其作用效果直接體現(xiàn)在船舶阻力的降低，與船體無(wú)法剝離，因此其效用包含在主機(jī)功率中，公式無(wú)需額外考慮。

B類創(chuàng)新性能源效益技術(shù)的作用可明確追蹤，并在公式中作為額外減項(xiàng)來(lái)體現(xiàn)。

C類創(chuàng)新性能源效益技術(shù)對(duì)的影響與B類相似，不同之處在于B類影響的是主機(jī)，而C類影響的是輔機(jī)。

各類創(chuàng)新性能源效益技術(shù)對(duì)的影響因子見(jiàn)圖2。圖中：為船舶軸發(fā)功率；為采用效益技術(shù)節(jié)省的輔機(jī)功率；為采用效益技術(shù)節(jié)省的主機(jī)推進(jìn)功率，計(jì)算的時(shí)候需要考慮效益技術(shù)系統(tǒng)本身所消耗的功率；為效益技術(shù)利用率，如效益技術(shù)為穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間有效作用，則取為1，反之則小于1。

圖2 各類創(chuàng)新性能源效益技術(shù)對(duì)EEDI的影響因子

MEPC.1/Circ.815中給出了關(guān)于創(chuàng)新性能源效益技術(shù)在計(jì)算中應(yīng)用的指導(dǎo)，B類和C類的詳細(xì)計(jì)算方法可參見(jiàn)MEPC.1/Circ.815。

4 結(jié)論

(1)LNG的應(yīng)用可以有效降低船舶的指數(shù)，然而受到LNG加注站的限制，全LNG船舶使用受到一定局限性。合理利用LNG和燃油的能源配比，則可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。

(2)客滾船在計(jì)算時(shí)需注意其的取值及折減系數(shù)的計(jì)算。另外，在計(jì)算輔機(jī)產(chǎn)生的CO時(shí)，要根據(jù)輔機(jī)功率與日用負(fù)荷功率之間的關(guān)系采用不同的計(jì)算公式。

(3)創(chuàng)新性能源效益技術(shù)根據(jù)其節(jié)能原理，對(duì)船舶計(jì)算產(chǎn)生不同的影響。