使用雙燃料推進系統船舶的EEDI計算探討

柳夢源，柳衛東，郭 峰，殷景旺

（江南造船（集團）有限責任公司 開發研究部，上海 201913）

0 引言

37500m3LEG運輸船是江南造船（集團）有限責任公司完全獨立自主研發的全球最大型液化乙烯氣體運輸船，該船在設計時主要針對美歐航線，秉承環境友好、綠色經濟的理念考慮選用了雙燃料推進系統的方案。

船舶能效設計指數（EEDI）是衡量船舶能效水平的一個指標，簡單來說，EEDI公式是根據CO2排放量和貨運能力的比值來表示船舶的能效。其分母表示船舶規定的航速與容量之乘積，而分子可概括為兩部分，第一部分為主輔機所消耗燃料與碳轉換系數之乘積，第二部分為采用新的節能技術減少燃油消耗所帶來的CO2減排量[1]。

最新的EEDI計算導則還沒有關于使用雙燃料推進系統船舶的EEDI計算法，本文以37500m3LEG運輸船為例探討該類型船舶的EEDI計算方法。

1 導則中的EEDI計算方法

根據MEPC63會議上通過的《2012年新造船達到的能效設計指數（EEDI）計算方法導則》上給出的計算公式[2]：

* 如果部分的正常最大海上負荷由軸帶發電機提供，SFCME和CFME的這部分功率可以由SFCAE和 CFAE代替。**如果 PPTI(i)＞0，SFCME · CFME 和 SFCAE · CFAE 的加權平均值用于計算 Peff。

1.1 公式解讀[3]

1.1.1 分子部分

表示船舶航行過程中消耗燃油所轉換成的CO2排放量；

第一部分：船舶以一定航速運輸一定裝載量主機所消耗的燃油轉換成的CO2排放量；

第二部分：為保證主機在第一部分所述的狀態下工作輔機所消耗的燃油轉換成的CO2排放量（包括船員生活用電）；

第三部分：當船舶設有軸馬達所貢獻的軸功率減去如廢熱回收系統等節約的功率與輔機燃油消耗之乘積所轉換成的CO2排放量；

第四部分：采用新的節能技術減少的燃油消耗所轉換成的CO2排放量。

1.1.2 分母部分

船舶的載重量（Capacity）與該載重量下的航速（Vref）的乘積，并考慮了因技術和規范要求對Capacity的限制系數fi和惡劣海況對航速的限制系數fw，以及化學品船和LNG運輸船的立方體積修正系數fc。

1.2 轉化系數

公式中的CF是無量綱轉化系數，基于含碳量將燃料的消耗量轉化為CO2的排放量。2012導則中給出了不同燃料所對應的CF值（見表1）。

表1 不同燃料所對應的CF值

由表1可以看出LNG的CF要明顯小于燃油的CF，這意味著如果燃油的單位消耗量與LNG的單位消耗量相同時，用LNG作燃料的能效指數要明顯優于使用燃油。

1.3 輔機功率

PAE指在為保障船舶在正常最大海況下以Vref航速和最大設計裝載工況（Capacity）營運所需的輔機功率，包括推進機械/系統和船上生活（如主機泵、導航系統和設備及船上起居）所需的功率，但不包括非用于推進的機械/系統（如側推、貨泵、起貨設備、壓載泵、貨物維護如冷藏和貨物處所風機）的功率；在計算貨船的EEDI時，不使用船舶實際輔機功率，而采用以下經驗公式計算。

1) 對于總推進功率≥l0000kW的貨船：

2) 對于總推進功率＜l0000kW的貨船：

1.4 主機功率

PME(i)為每臺主機的額定裝機功率（MCR）減去軸帶發電機功率（PPTO(i)）后的75%，且最大允許減去的功率不應大于PAE。

1.5 載重量與航速

對于散貨船、油船、液化氣船、貨物滾裝船、雜貨船、冷藏運輸船和兼裝船來說，Capacity用載重量表示；對于客船和客滾船，用1969國際噸位丈量公約附則I第3條定義的總噸表示；對集裝箱船，用70%載重量（DWT）來計算，載重量是指在密度為1.025的海水中夏季載重吃水排水量與空船重量之差。

航速Vref是指無風無浪條件下，主機在PME功率以及設計裝載工況（Capacity）下的航速。

2 燃油及燃氣模式的EEDI計算

37500m3LEG運輸船采用的是MAN B&W的雙燃料主機，2臺單燃油發電機，2臺雙燃料發電機，在實際運營過程中，燃油模式是主機及4臺發電機均使用低位熱值LCV為42700kJ/kg的燃油，燃氣模式為主機及2臺雙燃料發電機使用LNG，按EEDI計算導則要求燃氣消耗量需要由kJ/kWh的測量單位用低位熱值為48000kJ/kg的LNG換算為g/kWh的測量單位，這樣使用LNG作燃料的燃氣消耗量與使用燃油的燃油消耗量的測量單位可以保持一致。

在燃油模式和燃氣模式中，輔機功率都是按導則給出的經驗公式由主機功率計算得到，并非實際的輔機功率，而燃油模式的2臺單燃油發電機和2臺雙燃料發電機的輔機油耗需按照輔機的實際功率加權得到，表2為37500m3LEG運輸船的主機發電機在燃油模式及燃氣模式時的功率、油耗等參數。

表2 燃油模式及燃氣模式的主機發電機參數

根據導則給出的計算公式，可以分別計算出燃油模式及燃氣模式的實際EEDI指數，以及按導則要求按液化氣船的參數計算出37500m3LEG運輸船要求的EEDI指數（見表3）。

表3 EEDI計算結果

由上表可以看出無論是燃油模式或是燃氣模式該船的EEDI指數都十分優異，不過燃氣模式情況下的EEDI指數要比燃油模式的更小，即燃氣模式下該船的能效會更好。

3 雙燃料EEDI加權方法探討

作為使用雙燃料推進系統的船舶，采用燃油模式或是燃氣模式計算出來EEDI顯然都不能夠代表該船所能達到的能效指數，但目前導則上還未提供對于此類型船舶能效指數的計算方法，考慮到使用雙燃料推進系統的船舶既會布置足夠的燃油儲存艙來保證在僅使用燃油的情況下正常航行，也會配置 LNG儲存罐保證在僅使用清潔能源LNG的情況下正常航行，在計算雙燃料推進系統船舶的EEDI指數可以考慮用燃油艙和LNG罐的艙容加權計算總的EEDI，也可以用分別使用燃油和LNG的續航力進行加權。

3.1 艙容加權法

37500m3LEG運輸船燃油艙包括日用柜和沉淀柜的凈艙容為1832.5m3，柴油艙包括日用柜和沉淀柜的凈艙容為243.8m3，LNG儲存罐的凈艙容為2322.9m3，如考慮依據燃油艙和LNG罐的艙容來加權船舶的EEDI指數，則該船的EEDI應如式（4）計算所得：

但若考慮到LNG的密度≈0.44t/m3，明顯小于燃油的密度0.98t/m3及柴油的密度0.85t/m3，而雙燃料的主機LNG氣耗卻并不比油耗小，故考慮依據燃油艙和LNG罐經密度修正的艙容來加權船舶的EEDI指數會更為合理，則該船的EEDI應如式（5）計算所得：

3.2 續航力加權法

在考慮航速為16.3kn及3d的裕度的情況下，主機及發電機都采用燃油模式運行的續航力為20000n mile，若主機及發電機均采用燃氣模式運行的續航力為約14000n mile，如考慮依據采用燃油模式和采用燃氣模式的續航力來加權船舶的EEDI指數，則該船的EEDI應如式（6）計算所得：

4 結 語

按計算結果來看，用艙容加權法計算得到的EEDI數值要大于用續航力加權法計算得到的，但二者的差距不大。不過，考慮到EEDI是反映一條船的能效水平，顯然用續航力加權法所計算出的雙燃料推進系統船舶的EEDI指數更為客觀地從能效的角度對兩種模式下的EEDI指數進行了加權，我認為更加能夠反映雙燃料推進船舶所能夠達到的EEDI指數。

船舶能效設計指數（EEDI）自第56屆MEPC會議以來一直是造船業的熱門話題，發展至今也在不斷進行完善，而雙燃料推進系統也是近年來綠色船舶所熱愛采用的新技術，目前版本的EEDI計算導則并未包括對此類型船舶的計算公式，文中以一個采用了雙燃料推進系統船舶的計算實例建議可以按導則中的公式分別計算燃油模式及燃氣模式下的EEDI指數，然后根據兩種模式的續航力進行加權的方法來得到可以反映整個船舶的EEDI指數，可供造船同行參考。

[1] 張麗瑛. 船舶能效設計指數及其未來對船舶業的影響[J]. 中國水運，2011, 11 (1)： 1-3,5.

[2] MEPC 63/23. Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index (EEDI) for New Ships,2012.

[3] 柳衛東，陳 兵. 新造船能效設計指數及其對船舶設計的影響[J]. 船舶工程，2010, 32 (2)： 17-21.