謝春梅

（1.上海交通大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，上海 200240；2.南通職業(yè)大學(xué) 技師學(xué)院，江蘇 南通 226006）

0 引言

在全球各國(guó)對(duì)節(jié)能減排要求日益提升的背景下，低碳經(jīng)濟(jì)已成為全世界共同的要求。EEDI是船舶消耗的能量換算成CO2排量和船舶有效能量換算成CO2排量的比例指數(shù)，其是全球溫室氣體排放量急劇倍增的背景下提出的新概念，是在航運(yùn)業(yè)，造船業(yè)對(duì)全球氣候變暖越來(lái)越嚴(yán)重的情況下提出并實(shí)施的一個(gè)指標(biāo)。EEDI從一開(kāi)始提出到正式通過(guò)，在15年中聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約機(jī)構(gòu)、國(guó)際海事組織、國(guó)際民航組織、IACS、其他國(guó)際組織和會(huì)員國(guó)都參與了相關(guān)工作。無(wú)論是歐洲和美國(guó)、日本和韓國(guó)等傳統(tǒng)的造船大國(guó)，還是中國(guó)、印度等新造船大國(guó)，都在積極為航運(yùn)業(yè)減排工作的順利實(shí)施作出貢獻(xiàn)。[1]本文圍繞28 000DWT散貨船的船型尺度、主要性能、基本布置以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，提出了散貨船EEDI這一概念，并結(jié)合EEDI的定義、計(jì)算以及參考線等提出一系列的改進(jìn)措施提高散貨船EEDI。

1 散貨船主要參數(shù)

本文研究的對(duì)象為某28 000DWT散貨船，其設(shè)計(jì)為一艘近海航區(qū)航行，單螺旋槳、單柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，單甲板、單殼散貨船的設(shè)計(jì)。該船適用于運(yùn)輸煤、礦砂、鹽、谷物、鋼板、袋裝水泥、木板等散裝貨物，甲板及艙蓋上不裝載貨物?？傞L(zhǎng)176.00m，水線長(zhǎng)169.75m，垂線間長(zhǎng)166.00m，型寬24.80m，型深14.10m，設(shè)計(jì)吃水9.90m，在比重為1.025t的海水中，設(shè)計(jì)吃水下的載重量約為28 000t。

本船主機(jī)在90%額定功率輸出（3 996kW）時(shí)，船舶在設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下，考慮15%的海上裕度時(shí)，服務(wù)航速約10.5節(jié)。主機(jī)在CSR（90%MCR，3 996kW）且加5%余量時(shí)，理論油耗為178g/kW·h，日耗油量約為17.9噸。本船續(xù)航力約為3 500海里。主機(jī)數(shù)量1臺(tái)，型號(hào)6S35MC，二沖程、單作用、直流掃氣、可逆轉(zhuǎn)、帶有廢氣渦輪增壓器的十字頭式低速船用柴油機(jī)。最大持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)：4 440kW×173r/min，正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)：3 996kW×166.8r/min。根據(jù)ISO要求，保證在臺(tái)架試驗(yàn)條件和燃油低熱值42 707kJ/kg時(shí)燃油油耗為MCR+5%。NOx排放需滿足IMO要求。

2 散貨船EEDI計(jì)算

散貨船EEDI是衡量該類(lèi)型船舶CO2排放能效的一個(gè)重要指標(biāo)，是散貨船設(shè)計(jì)時(shí)每單位裝載散貨創(chuàng)造的社會(huì)效益而產(chǎn)生的環(huán)境成本（CO2的排放量指標(biāo)）。散貨船的EEDI應(yīng)進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：由于散貨船設(shè)有主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)，故優(yōu)先考慮對(duì)應(yīng)的主機(jī)部分；同時(shí)要考慮實(shí)際船的載重量或是總噸位；船在9.9m的吃水下，應(yīng)達(dá)到10.5Kn航速。[2]考慮最大裝載工況下的節(jié)能減排，可得出EEDI公式，如式（1）所示。

式中，CF為燃油的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，燃油類(lèi)型不同值也不同；P為主機(jī)柴油機(jī)的計(jì)算功率；Capacity為該船的載重量；Vref為船舶的航速；SFC為柴油機(jī)燃油消耗量；fi為Capacity的修正系數(shù)；fj為冰區(qū)加強(qiáng)修正系數(shù)；fw為其他因素影響船舶航速降低的修正因數(shù)；feff為能效創(chuàng)新系數(shù)。

因此得出該EEDI公式中的分子部分表示散貨船在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中消耗燃油所轉(zhuǎn)換成CO2的排放量；而分母部分表示為散貨船的最大載重量（Capacit）)和航速（V）的乘積，并考慮了Capacity的修正系數(shù)以及航行過(guò)程中受到地質(zhì)和水域風(fēng)浪等作用影響的修正系數(shù)。[3]

根據(jù)散貨船的基本資料及主要技術(shù)參數(shù)，可得出：CF=3.114；P=3 330 KW；Capacity約為28 000 t；Vref=10.5 kn；SFC=178 g/kWh；fi=1；feff=1。

結(jié)合以上參數(shù)，可得到散貨船的EEDI，如式（2）所示。

在此計(jì)算得到的EEDI值，目前僅僅對(duì)散貨船的能效提供一個(gè)比較直觀的數(shù)據(jù)計(jì)算，從整體上有一個(gè)評(píng)價(jià)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，然而這種判斷能效指標(biāo)的還不能作為國(guó)內(nèi)此類(lèi)船舶的評(píng)價(jià)指標(biāo)。主要是因?yàn)樯⒇洿馁Y料有限，無(wú)法結(jié)合大量的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行一個(gè)參考線公式，所以只能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，但是對(duì)后續(xù)的散貨船的能效指標(biāo)可以提供借鑒作用。

3 EEDI參考線

由于本文只是研究散貨船，因此結(jié)合國(guó)外的散貨船樣本的參考線進(jìn)行回歸分析，以便于計(jì)算出28 000DWT散貨船的參考值，如圖1所示。[4]通過(guò)該圖可以發(fā)現(xiàn)20 000DWT散貨船的EEDI得到數(shù)據(jù)分布相對(duì)集中，可以得到比較精確的參考線，如式（3）所示。

圖1 散貨船EEDI計(jì)算結(jié)果（DWT>20 000t）

其中R2=0.851 6。國(guó)內(nèi)散貨船的樣本船型不同，我國(guó)的散貨船EEDI參考線公式與國(guó)際通過(guò)的參考線公式相比，系數(shù)也比較相近，而相關(guān)度更高。這樣這個(gè)結(jié)果可以為28 000DWT散貨船參考值計(jì)算，如式（4）所示。

28 000DWT散貨船EEDI實(shí)際計(jì)算值小于參考值，發(fā)現(xiàn)該船能效指標(biāo)滿足要求。然而為了更好地控制能效指標(biāo)，可以對(duì)該船的載重量、主機(jī)功率、航速等方面進(jìn)行分析。

4 改進(jìn)措施

4.1 增加載重量

要研究28 000DWT散貨船的載重量與EEDI之間的關(guān)系，首先需進(jìn)行以下說(shuō)明：主機(jī)6S35MC型（1臺(tái)）的功率：最大持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)為4 440kW×173r/min；正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)為3 996kW×166.8r/min，且保持不變；Capcity進(jìn)行均勻遞增；通過(guò)海軍系數(shù)法對(duì)航速進(jìn)行換算。由此可得出V1，如式（5）所示。

計(jì)算不同載重量與EEDI的之間關(guān)系，對(duì)載貨量進(jìn)行每500t均勻遞減。裝重量與EEDI的關(guān)系如表1所示。

表1 裝重量與EEDI的關(guān)系

從表1可知：隨載重量的增加，排水量相應(yīng)增加，航速有較小范圍的降低，但航速增加引起的EEDI值變化大于因載重量降低而引起的EEDI變化。所以，載重量增加反而降低EEDI的數(shù)值。載重量增加，EEDI（要求值）曲線將呈小幅度降低趨勢(shì)，同時(shí)EEDI的衡準(zhǔn)指標(biāo)為：EEDI（計(jì)算值）

4.2 降低主機(jī)功率

要研究28 000DWT散貨船的主機(jī)功率與EEDI之間的關(guān)系，首先需進(jìn)行以下說(shuō)明：載重量維持原來(lái)；主機(jī)功率以100 kW均勻降低；航速可通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算，由此可得出V1，如式（6）所示。

計(jì)算不同主機(jī)功率與EEDI的之間關(guān)系，對(duì)主機(jī)功率進(jìn)行每500均勻遞減。主機(jī)功率與EEDI的關(guān)系如表2所示。

表2 主機(jī)功率與EEDI的關(guān)系

從表2可知：隨主機(jī)功率的降低，航速有較小范圍的下降，進(jìn)而引起EEDI變化。所以，EEDI隨著主機(jī)功率降低而減小。由EEDI（要求值）曲線可知，EEDI（要求值）數(shù)值保持不變，同時(shí)滿足EEDI的衡準(zhǔn)指標(biāo)為：EEDI（計(jì)算值）

4.3 降低航速

要研究28 000DWT散貨船的航速與EEDI之間的關(guān)系，首先需進(jìn)行以下說(shuō)明：載重量保持不變；航速以0.25kn均勻降低。主機(jī)功率P1的計(jì)算如式（7）所示。

航速與EEDI的關(guān)系如表3所示。

表3 航速與EEDI的關(guān)系

從表3可知：隨航速的降低，功率相應(yīng)下降，而引起的EEDI也隨著下降。由EEDI（要求值）曲線可知，航速減小，EEDI（要求值）曲線保持不變。同時(shí)滿足EEDI的衡準(zhǔn)指標(biāo)要求：EEDI（計(jì)算值）

4.4 同時(shí)增加載重量和減小主機(jī)額定功率

要研究28 000DWT散貨船的載重量和主機(jī)功率的變化與EEDI之間的關(guān)系，首先需進(jìn)行以下說(shuō)明：主機(jī)功率以1 000 kW均勻降低；Capcity進(jìn)行均勻遞增；通過(guò)海軍系數(shù)法對(duì)航速進(jìn)行換算。主機(jī)功率V1的計(jì)算如式（8）所示。

計(jì)算同時(shí)提高載重量和降低主機(jī)功率與EEDI的之間關(guān)系，如表4所示。

表4 同時(shí)增加載重量和減小主機(jī)額定功率時(shí)對(duì)EEDI計(jì)算值的影響

表4可知：隨著載重量的增加與主機(jī)功率降低，排水量上升，航速也下降。所以，載重量的增加同時(shí)主機(jī)功率降低可以增加EEDI。EEDI的衡準(zhǔn)指標(biāo)為：EEDI（計(jì)算值）

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要圍繞28 000DWT散貨船的船型尺度、主要性能、基本布置以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出了散貨船EEDI這一概念，進(jìn)而提出一系列的改進(jìn)措施提高散貨船EEDI。計(jì)算結(jié)果顯示，28 000DWT散貨船EEDI數(shù)值小于參考值，滿足能效指標(biāo)。本文從載重量、主機(jī)功率、航速等角度得出了其不同改進(jìn)措施對(duì)EEDI都有不同程度地提高，而載重量和主機(jī)功率兩者同時(shí)改進(jìn)產(chǎn)生的效果最明顯，這為今后更好控制散貨船CO2排放量奠定理論基礎(chǔ)。

[1]李彥慶,王傳榮,王晶,等.降低 EEDI任重道遠(yuǎn)[N].中國(guó)船舶報(bào)，2010-01-15(5).

[2]張麗瑛.船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)及其未來(lái)對(duì)船舶業(yè)的影響[J].中國(guó)水運(yùn),2011(1):1-3.

[3]彭傳圣,李慶祥.船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)及其影響[J].航海技術(shù),2010(5):46-48.

[4]李百齊,程紅蓉.關(guān)于EEDI衡準(zhǔn)基線的研究[J].中國(guó)造船,2010(4):51-57.