国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

船舶CO2排放水平的能效評估方法研究

2011-07-23 12:57朱永峨溫苗苗
船舶與海洋工程 2011年3期
關鍵詞:標準值能效基線

朱永峨,孫 武,溫苗苗

(上海規(guī)范研究所,上海 200135)

0 引 言

目前,國際海事組織(IMO)提出的新造船能效設計指數(shù)公式,其原理是根據(jù)CO2排放量和貨運能力的比值來表征船舶的能效,并通過對現(xiàn)有船的統(tǒng)計分析設立排放基線,在基線的基礎上對新造船能效進行控制。要求新船設計遵循一個時間表,逐步使未來船舶的能效和CO2排放較現(xiàn)階段有明顯的改進。能效設計指數(shù)公式目前經(jīng)過海洋環(huán)境保護委員會(MEPC57)、溫室氣體(GHG)奧斯陸會議期間對MEPC58和MEPC59的討論,已提出了能效設計指數(shù)公式的臨時計算導則,在GHG倫敦會議上又進行了相應的修訂。MEPC60會議決定將能效設計指數(shù)/船舶能效管理計劃(EEDI/SEEMP)作為強制性要求納入防止船舶造成污染公約(MARPOL)附則VI框架內,制定了MARPOL附則 VI框架內的文本框架草案,目前還在進一步討論、研究以及驗證。

提高船舶能效與減少溫室氣體排放現(xiàn)已成為不可分割的概念。今后,節(jié)能減排首先要從船舶設計階段抓起,一方面國家宏觀上將強制實施節(jié)能減排政策,另一方面,航運企業(yè)和船舶設計單位也要對船舶的節(jié)能減排效果進行自我評估。為達到這個目標,IMO 關于EEDI基線公式的制定成為節(jié)能減排的關鍵問題。然而,由于種種原因,EEDI基線公式目前尚未正式確定。

為提供一個現(xiàn)階段可用的反映新設計船能效和CO2減排的評估方法,本文提出了直接基于船舶能效數(shù)據(jù)庫樣本數(shù)據(jù)的新船能效設計指數(shù)EEDI基本值(即EEDI最低水準)的確定方法,用于新設計船實際EEDI相對于基本值(最低水準)的比較。該方法相應要求建立我國國際航行船舶和國內航行船舶的船舶能效數(shù)據(jù)庫,且該數(shù)據(jù)庫應是處于持續(xù)的動態(tài)管理及更新之中。

按照MEPC.1/Cric.681通函給出的新船能效設計指數(shù)EEDI公式,船舶初步設計階段,往往不可能較快確定除主機以外的輔機及其他機電設備和EEDI公式中的各個系數(shù),為此,基于運輸船舶的主機功率占全船總功率的絕大部分的現(xiàn)實,本文推薦一個僅涉及主機參數(shù)的簡化的能效公式,用以初步設計階段能效的評估。

1 IMO能效標準及EEDI基線公式[1]

IMO能效標準由3個參數(shù)構成:EEDI標準值(EEDIreq)、EEDI基線值(EEDIbas)、折減系數(shù)(X)。船舶實際的EEDI值(EEDIatt)應等于或小于要求的EEDI標準值,并且要求的EEDI標準值應通過EEDI基線值和折減系數(shù)來確定,即:

隨著時間的推移,折減系數(shù)X將每隔5年上調一次,EEDI標準值(EEDIreq)將隨之下降。

目前IMO能效標準的適用船型、船舶尺度、折減系數(shù)X已基本確定,實施的目標年限及EEDI基線值有待進一步討論通過。目前 IMO暫時規(guī)定的EEDI基線的確定方法[2]如下:

1)采用勞氏船級社LRFP數(shù)據(jù)庫中自1999年1月1日至2009年1月1日10年間建造的船舶來確定EEDI平均水平,即EEDI基線(baseline)。

2)對EEDI基線用下述表達公式表示:

式中:a、c——常數(shù);capacity——最大設計裝載工況:① 對干貨船、液貨船、氣體運輸船、集裝箱船、滾裝貨船(包括車輛運輸船、容積貨運輸船、重量貨運輸船)和普通貨船,用載重噸dwt表示;② 對客船和客滾船,用總噸gt表示;③ 對集裝箱船,capacity參數(shù)以65%dwt表示。

3)計算EEDI基線的EEDI簡化公式如下:

式中:EEDIest——用于計算EEDI基線的樣本值;

PME——主機功率,kW;

PAE——輔機功率,kW;

Vref——船舶航速,kn。

根據(jù)上述方法,通過回歸計算得到3大船型的EEDI基線,如圖1~3所示。由圖可知,液貨船樣本分布最接近于冪函數(shù),其EEDI基線方程相關系數(shù)較高(R2=0.9516);而集裝箱船樣本分布離散程度較高,基線方程相關系數(shù)較低,并不適合采用冪函數(shù)進行回歸擬合。

圖1 液貨船EEDI基線

圖2 散貨船EEDI基線

圖3 集裝箱船EEDI基線

EEDI基線代表的是整個載重噸范圍內船舶EEDI值的平均水平(整個載重噸范圍內約 50%的樣本位于基線之下),由于樣本在整個載重噸范圍內并不是均勻分布,且其中部分載重噸區(qū)間內的樣本不服從以船舶載重噸為自變量的冪函數(shù)分布,因此采用整體樣本回歸得到的 EEDI基線并不能表征某些載重噸區(qū)間內的平均水平,如圖4所示。以散貨船為例,長期以來,基于市場需求和航道、港口的實際情況,船寬受運河的限制、船長和吃水受港口碼頭的限制,形成了各具特點的船型,如:靈便型、巴拿馬型和好望角型等散貨船。反映在EEDI統(tǒng)計數(shù)據(jù)上,這些船舶的數(shù)據(jù)分別呈“團狀”出現(xiàn)在基線的上下。具體來說,靈便型散貨船若采用整體樣本回歸得到的EEDI基線作為標準,大部分船將被淘汰;而對于巴拿馬型散貨船,僅有小部分被淘汰;至于好望角型散貨船,也將有大部分被淘汰;但對大于200000dwt的散貨船,將全部被淘汰。這顯然是不合理的,每一類船型的存在都與其航線、經(jīng)濟用途等有關,其在載重噸區(qū)間內的分布有一定的規(guī)律性(在某個載重噸范圍內集中分布),采用整體樣本回歸得到EEDI基線的方法很可能將某一類船舶大部分淘汰,不利于這類船舶的發(fā)展(如靈便型散貨船、好望角型散貨船)。

經(jīng)統(tǒng)計分析,折減系數(shù)對3大船型的影響如表1所示。EEDI基線值降低10%(X=10)時,3大船型中將有 80%以上的船舶不滿足要求;EEDI基線值降低30%(X=30)時,3大船型中僅有不足1%的船舶滿足要求。IMO提出的折減系數(shù),旨在不斷提高船舶的能效,減少CO2排放,但折減系數(shù)的選取應綜合考慮造船技術的發(fā)展和節(jié)能減排技術的普及,否則確定折減系數(shù)沒有意義。

綜上所述,IMO暫行的EEDI基線確定方法存在一定的局限性,為此文中提出了一種簡單易行的能效評估方法,避免了IMO EEDI基線對不同船型“一刀切”的不合理性,可作為IMO能效標準實施之前的替代方法,也可用于離散度較大的國內船舶的能效評估。

圖4 散貨船部分載重噸區(qū)間內的樣本分布

表1 樣本船舶符合率

2 直接基于數(shù)據(jù)庫的EEDI評估方法

鑒于在IMO頒布強制性EEDI基線公式之前,如何評估新設計船舶的能效和減排水平是一個急需解決的問題。以下提出直接基于數(shù)據(jù)庫樣本得出新船能效設計指數(shù)EEDI基本值的方法,用于現(xiàn)階段替代上述IMO EEDI基線公式。具體實施如下:

2.1 數(shù)據(jù)庫的建立

根據(jù) IMO新設計船舶的能效指數(shù)定義,按照船舶類型,收集現(xiàn)有船舶數(shù)據(jù),建立EEDI數(shù)據(jù)庫。

2.2 樣本區(qū)間的劃分

對評估的某一實際船舶,取該船舶載重噸一定區(qū)間范圍中的船舶EEDI數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和比較。分區(qū)間進行統(tǒng)計和分析是該評估方法的基礎。

實際應用時,在樣本量足夠(≥10)的情況下,為使設計船舶的EEDI能夠與樣本船的EEDI基本值相比較,載重噸選取范圍應盡可能小,建議范圍為:下限為0.8~0.9倍設計載重噸,上限為1.1~1.2倍設計載重噸。

2.3 EEDI標準值的確定

采用排序法確定EEDI標準值(EEDIreq),船舶實際的EEDI值應等于或小于要求的EEDI標準值。確定EEDI標準值的方法如下:

1)對劃分區(qū)間內的樣本(樣本量=N)進行排序;

2)若N為偶數(shù),取排序后的第N/2個EEDI值(EEDIN/2)和第N/2+1個EEDI值(EEDIN/2+1)的平均值為EEDI標準值;

3)若N為奇數(shù),取排序后的第(N+1)/2個EEDI值(EEDI(N+1)/2)為EEDI標準值。

通過上述方法得到的EEDI標準值代表該樣本區(qū)間內EEDI的平均水平,該標準值將所選區(qū)間中的樣本量一分為二,即保證所取樣本中有50%的樣本(較大EEDI)被淘汰,50%的樣本(較小EEDI)符合標準。與 IMOEEDI基線確定方法相比,文中提出的EEDI標準值確定方法更加合理。

2.4 折減系數(shù)的替代方法

IMO折減系數(shù)的選取與造船水平的發(fā)展和節(jié)能減排技術的普及有關,確定合理的折減系數(shù)非常困難。文中采取動態(tài)數(shù)據(jù)庫的方法代替折減系數(shù),同樣可達到合理下調EEDI標準值的目的。

每年的EEDI標準值采用前10年的EEDI數(shù)據(jù)庫確定,如2010年標準值采用2000年1月1日至2010年1月1日期間建造船舶樣本確定,2011年標準值采用2001年1月1日至2011年1月1日期間建造船舶樣本確定,以此類推。隨著對新造船的能效控制,數(shù)據(jù)庫的樣本將向更小的EEDI值集中,確定的EEDI標準值將越來越低,從而達到不斷提高船舶能效水平,減少CO2排放的目的。

3 應用實例

以設計載重噸為5.4萬t的靈便型散貨船為例,通過上述方法得到的EEDI基準值如圖5所示。采用IMO方法得到的EEDI基線公式,其相關系數(shù)極小,僅為0.0723,不適宜采用冪函數(shù)進行回歸擬合;通過文中提出的排序法可快速確定表征樣本平均水平的EEDI標準值。與IMO EEDI基線確定方法相比,文中提出的EEDI標準值確定方法更適用于離散度較大的樣本。

圖5 EEDI基準值的確定

4 基于主機參數(shù)的簡化能效指數(shù)及其應用

IMO在MEPC.1/Cric.681通函[1]中定義了新船能效設計指數(shù)EEDI的計算公式:

式中:fj——用于補償船舶特殊設計因素的修正系數(shù);

SFCME、SFCAE——主機、輔機的單位燃油消耗,g/kWh;

CFME、CFAE——主機、輔機燃料的碳轉換系數(shù), gCO2/gfue;

PPTI——軸馬達功率,kW;

PAEeff——當船舶在 PME狀態(tài)下采用了創(chuàng)新型電力能效技術而減少的輔機功率,kW;

Peff——指由于采用了創(chuàng)新型機械式能效技術而減少的主機功率的75%,kW;

feff——反映創(chuàng)新型能效技術的修正系數(shù);

fi——最大設計裝載工況修正系數(shù);

fw——航速修正系數(shù)。

在船舶初步設計階段,不可能較快確定除主機以外的輔機及其他機電設備和EEDI公式中的各個系數(shù),為此,給出一個簡化的能效公式,用以指導初步設計階段研究能效的提高。

基于主機參數(shù)的簡化能效指數(shù)Is定義為:船舶單位運輸量t·kn的CO2排放量g,如下式[3]所示:

式中:P——扣除軸帶發(fā)電機功率后的主機總裝機功率(最大連續(xù)輸出,MCR),kW;

l——主機負荷,MCR的百分數(shù);

SPC——主機規(guī)定負荷下的耗油率,g / kWh;

CF——燃油的碳因數(shù),即單位質量燃油的CO2排放量, gCO2/gfue;

C——船舶載重量,t;

v——船舶給定載重量下的航速,kn。

在船舶初步設計階段,相對于 IMO定義的EEDI計算公式,上述的簡易公式可快速確定船舶的能效水平,評定新設計船相對母型船的能效,或評定新設計船模型試驗改進能效的效果。如新船的Is小于母型船的Is,或模型試驗得到的Is小于之前試驗所得的Is,則表明所設計新船的能效好于母型船/原方案的能效。同時,通過簡易公式得到的能效值與EEDI標準值(EEDIreq)比較,可快速確定新設計船能效(相對EEDI標準值)需改善的程度,為新設計船舶的能效優(yōu)化指明方向。

5 結 語

1)本文直接基于數(shù)據(jù)庫樣本得出新船能效設計指數(shù)EEDI基本值的方法,用于現(xiàn)階段替代上述IMO EEDI基線公式和評估新設計船實際EEDI的改善程度。方法的物理模型概念清晰,簡單易用。

2)該方法可針對不同類型的船舶分別建立現(xiàn)有船舶EEDI數(shù)據(jù)庫,并實施持續(xù)動態(tài)管理,可為法規(guī)在能效方面制定相關政策,也能用于航運公司和船舶設計單位自我評估,對提高國內船舶的能效設計水平具有較強的指導意義,建議在政府主管部門主導下,盡快建立我國船舶EEDI數(shù)據(jù)庫。

3)在船舶設計初始階段,采用基于主機參數(shù)的簡化能效指數(shù)能夠迅速、直接了解所設計船舶的能效和減排水平,為改進設計提供依據(jù)。

[1]IMO, MEPC.1/Circ.681. Interim Guidelines on Method of Calculation of the Energy Efficiency Design Index for New Ships[S]. 2009, 1-8.

[2]IMO, MEPC 60/WP.9. Energy Efficiency Measures for Ships Report of the Working Group on Energy Efficiency Measures for Ships[S]. 2010, 1-31.

[3]Tore Longva, Magnus S.Eide,Rolf Skjong,A cost-benefit approach to determining a required CO2index for Future ship designs[S]. 2009, 1-16.

猜你喜歡
標準值能效基線
淺論執(zhí)法中隊如何在洪災中發(fā)揮能效
高效電動機能效檢測關鍵問題分析
數(shù)字化賦能節(jié)能服務智慧化創(chuàng)新能效管理
航天技術與甚長基線陣的結合探索
政府綜合財務報告分析指標體系問題研究
一種SINS/超短基線組合定位系統(tǒng)安裝誤差標定算法
“能效之星”產品目錄(2018)
一種改進的干涉儀測向基線設計方法
淺析風電企業(yè)財務風險預警指標的設立與監(jiān)控
基于《企業(yè)績效評價標準值》的醫(yī)藥全行業(yè)績效評價及預測