京杭運河營運船舶能效限值標準的適應性分析

葉江波 翁方勇

摘要：受通航環境的限制，京杭運河船舶的長寬比小、方型系數大，阻力和推進性能較差，船舶的燃料消耗及CO2排放指標難以達到《內河運輸船舶標準船型指標體系》的強制性要求。根據船舶能效限值評估方法，計算京杭運河典型代表船型的功率航速、燃油消耗及CO2排放指標，分析京杭運河船舶現行能效限值標準存在的問題，提出建立標準船型指標體系動態維護機制的建議。

關鍵詞：京杭運河；標準船型；指標體系；能效限值；燃油消耗；CO2排放

Adaptability analysis of the energy efficiency limit standard for operating vessels on Beijing-Hangzhou Canal

Abstract： Restricted by the navigable environment，the vessels on Beijing-Hangzhou Canal present the condition of small aspect ratio，large square coefficient， poor resistance and propulsion performance，so the fuel consumption and CO2 emission index can not meet the mandatory requirements of the standard ship type index system for inland vessels.Calculating the power speed，fuel consumption and CO2 emission indicators of the typical representative vessels on Beijing-Hangzhou Canal according to the evaluation method of energy efficiency limit and analyzing the existing problems of current energy efficiency limit standard，to propose the dynamic maintenance mechanism of standard ship type index system.

Key words： Beijing-Hangzhou Canal； Standard Ship Type； Index System； Energy Efficiency Limit； Fuel Consumption； CO2 Emission

一、引言

2012年交通運輸部公布了《內河運輸船舶標準船型指標體系》，對新建400總噸以上的內河干散貨船、集裝箱船、油船的燃料消耗及CO2排放指標提出了強制性要求，并規定按照中國船級社發布的《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》進行計算評估。京杭運河作為我國“兩橫一縱”水運大動脈中的“一縱”，在內河航運中占有重要的地位。運河船舶因受航道和橋梁的限制，其長寬比小、方型系數大，船型呈短肥特征，故阻力性能和推進性能較差，導致燃油消耗及CO2排放水平難以達到能效限值標準，既影響船東新建船舶，也影響船檢機構的執法，因此需要進行適應性分析。

二、典型代表船型

歷經多年的發展，京杭運河南段1000總噸以下的內河營運船舶基本上形成了如表1所列的幾種典型船型。

三、代表船型能效水平

（一）船舶能效計算方法

按照中國船級社發布的《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》，船舶的能效設計指數（EEDI）按下列公式進行計算。

從EEDI計算公式可以看出，確定船舶的功率～航速是計算EEDI的關鍵。

（二）代表船型的功率航速預報

針對表1和表2中的典型代表船型，按照船機槳匹配原理進行了航速預報，計算結果匯總列于表3、表4。

（三）代表船型的能效指標校核

按標準船型指標體系要求和中國船級社頒布的能效設計指數（EEDI）方法，對表1、表2中的典型代表船型，按表3、表4功率航速計算結果，校核其在75%的額定功率狀態的能效水平，計算結果匯總列于表5。

四、代表船型能效適應性分析

分析表5表列結果可見，對于京杭運河現有的典型代表船型，若按2012年頒布的交通部行業標準和內河船舶EEDI評估指南進行能效校核，除64TEU集裝箱貨船接近標準要求、西線64TEU集裝箱貨船能夠滿足標準要求外，其余8種船型的燃料消耗指數和CO2排放指數均超過標準規定限值的40%～60%，整體反映出對現行標準的不適應性，因此，需要對能效限值標準的適應性進行分析。

（一）能效限值標準的制訂方法

能效限值標準代表了相應類型船舶的EEDI平均水平，要求新造船舶的EEDI值低于能效限值，即新造船舶的能效水平高于現有船舶的平均能效水平。制訂能效限值標準的目的是提供一種公平的比照基礎，從總體上促進開發效率更高的船舶，并根據船型和尺度設定新船的最低效率。

能效限值標準的制訂過程如下：（1）在海事系統數據庫中提取與船舶能效相關的船舶參數數據，并進行數據樣本的預處理；（2）異常數據處理，分別按依據“3σ”準則和“格拉布斯”準則提出數據異常的樣本；（3）劃分計算噸位區間，并確定每個區間的代表噸位；（4）根據各噸位區間內船舶的EEDI值，將滿足設定通過率要求的EEDI值確定為該噸位區間的分位點；（5）以各噸位區間內的代表載重噸為橫坐標，設定的通過率要求的EEDI值分位點為縱坐標，利用最小二乘法擬合出乘冪函數曲線，以此作為限值線；（6）將擬合得出的曲線與原始數據點進行對照，驗證滿足要求的船舶數量是否達到設定的通過率要求，如滿足，則該限值線即是給定通過率下的限值標準，如不滿足，則調整分位點數據重新計算直至滿足。

（二）能效限值標準的數據可靠性分析

基于海事系統的船舶樣本制訂的能效限值標準和能效水平的統計顯示京杭運河營運船舶能夠適應當前的能效限值標準，但上述的京杭運河典型代表船型的能效計算卻大部分不滿足現有能效限值標準。為此，本文在海事系統數據庫中篩選出了6種典型代表船型的數據樣本，結果見表6。

從表6與表1、表2的對比可發現，同樣主尺度的船型，配備的主機功率卻差別很大。對表6的船舶根據其主尺度、螺旋槳和主機配備進行船機槳匹配計算，發現在其給出的設計航速下，配備的主機無法滿足要求，其所需的主機功率在配備主機功率的1.9～2.7倍，表明了采集的數據樣本存在“大機小證”現象。從數據樣本的統計看，這種現象不只是存在于個別樣本，而是在較多樣本中都存在，因此在數據處理時無法通過數據篩選規則對其進行剔除，從而導致船舶樣本的整體能效值減小，使能效限值標準與真實的營運船舶的能效水平不適應。

五、結語

由于能效限值標準是依據現有船舶樣本計算統計得出的，而現有船舶樣本存在“大機小證”現象，且隨著船舶的發展以及指標體系的實施，船型和能效水平都會發生變化，因此會導致限值的適用性變差，為解決此現象，建議建立能效限值標準的維護機制：

1.收集統計真實的營運船舶的數據，去除“大機小證”的數據樣本；

2.定期（3年或5年）對指標體系的適用性進行評估；

3.為體現船舶樣本的時效性，定期維護時將新造船數據納入樣本范圍，并將船舶樣本的涵蓋固定為10年；

4.采用相同的分析方法重新制定指標體系限值，并公布實施。

參考文獻：

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