浙江省內河營運船舶能效核算方法

王群蕾 王奇 應東青

【摘 要】 為加快浙江省內河貨船的推優汰劣進程，分析其與部頒船舶能效和CO排放標準核定的適應性問題，選取10種浙江省內河營運典型船型并分別按75%的主機額定功率狀態、12 km/h經濟航速的常用主機功率狀態、雙機雙槳推進裝置且與經濟航速組合狀態等3種情形進行能效核算。結果表明：按要求進行的能效和排放核算，大部分船舶是可以滿足部頒標準的。

【關鍵詞】 內河貨船;推進效率;能效核算;經濟航速;主機額定功率

節能和環保是國家的基本國策。節約船舶能源和防止因船舶主機過多排放CO而導致航行水域周邊的環境污染，是對船舶產品實施質量檢驗的重要指標。交通運輸部于2012年發布了《關于公布內河運輸船舶標準船型指標體系的公告》，旨在按《“十二五”期推進全國內河船型標準化工作實施方案》的要求，從安全、高效、綠色、先進等4個方面入手建設現代化內河運輸船隊，要求通過采用能源強度指標來提高船舶的能效性能;通過采用CO排放強度指標來實現船舶減排的綠色目標。為實現這一目標，交通運輸部內河局于2012年發布了《營運船舶燃料消耗限值及驗證方法》《營運船舶CO排放限值及驗證方法》等兩部行業標準;中國船級社也相應發布了《內河船舶能效設計指數（EEDI）評估指南》。

上述標準和文件是對船舶產品滿足節能、環保基本要求和采取監督措施的參照。現有船舶規范大都側重于船舶安全，以保證船舶的不斷、不翻和不沉為首要目的，僅對船舶的結構強度、穩性和抗沉性等方面有著明確的限值和規定，但基本上沒有涉及與船舶的節能、排放和營運船舶的經濟性有關的船舶阻力、推進等領域。貫徹執行這些標準，從法規上可為船舶產品的推優汰劣提供依據，讓技術先進的符合節能環保要求的船舶產品得以推廣應用;讓技術落后的船舶產品得以淘汰，甚至無法進入市場;有效地保證船舶的節能和環保性能，提高營運船舶的經濟性，進而促進我國內河船舶領域的科技進步。

1 浙江省內河貨船適用部頒能效標準適應性的分析

1.1 1 000總噸以下典型船型

浙江省1 000總噸以下的內河貨船有10種典型船型，這些船型的主要尺度及系數見表1，所配備的推進動力設備和推進裝置數據見表2。

由表1、表2可以看出：10種典型船型均為方形系數高達0.85以上的肥大船型;只有3種船型采用雙機、雙槳推進裝置，其他7種船型均為單機、單槳，導致推進系數（QPC）均在0.4以下。

1.2 典型船型的能效和排放核算

（1）按75%的主機額定功率狀態進行能效核算。根據部頒標準，浙江省對10種典型船型均進行了包括船舶阻力和推進性能在內的快速性計算，求得相應于75%額定功率狀態的船舶航速，再按2012年交通運輸部頒布的行業標準和中國船級社頒布的EEDI進行了校核計算。核算結果見表3。

由表3可知，在這10種貨船中，除勉強滿足標準要求的雙機、雙槳的64 TEU集裝箱貨船和完全滿足標準要求的36 TEU集裝箱貨船外，其余8種船型的燃料消耗指數和EEDI均超過標準規定限值的40%～60%，不能滿足標準要求。

究其原因，對浙江省內河船舶而言，其營運使用的經濟航速一般只需12 km/h左右，所需要的主機功率較小;但考慮到進出港、超越他船等短暫的應急狀況下的最大航速需求，船舶上通常配置較大功率的推進主機，儲備功率過大。因此，在一般情況下，船舶只需按50%～60%主機額定功率運行即可達到船舶的經濟航速。但標準規定的需按75%的額定主機功率下相應的船舶航速進行能效核定的要求過高，致使相當一部分的船舶難以滿足標準需求。浙江省內河船舶一般為個體業主所有，這些業主對船舶的推進性能知識了解甚少，往往單純考慮節省船舶造價、減少初始投資，要求僅配置一臺具有較大功率儲備的推進主機，采用單機、單槳的推進方式。因京杭水系的水深較淺，螺旋槳直徑受限，致使螺旋槳負荷過重，推進效率低下。在10種典型船型中，7種單槳船型的推進系數均低于0.4，大多只有0.35左右。這就意味著這些船型有65%的能源被白白浪費，必然無法滿足能效標準的要求。

（2）按12 km/h經濟航速的常用主機功率狀態進行能效核算。浙江省內河貨運船舶一般僅按相當于50%～60%的主機額定功率狀態的經濟航速進行營運，因而只有核算此種狀態下的能效指標才有實際意義。10種典型船型按12 km/h的經濟航速狀態進行的能效核算結果見表4。

由表4可見，與按75%的主機額定功率狀態進行能效核算相比，按12 km/h的經濟航速狀態進行能效指標核算其燃料消耗指數和CO排放指數均有較大幅度的下降。在10種典型內河船型中，3種雙機、雙槳船型和1種單機、單槳船型完全滿足標準要求;有2種船型基本滿足或稍不滿足標準規定的限值要求;不滿足標準要求的典型船型由原先的8種減少為4種，即不合格率下降了50%。由此可見，對于浙江省內河營運貨船而言，采用按12 km/h的經濟航速所對應的主機功率作為核算狀態替代原標準規定的按75%的主機功率狀態作為核算狀態，可以解決原標準要求過高的問題，是符合浙江省內河營運貨船實情的有效修訂措施。

（3）按設置雙機、雙槳推進裝置且與經濟航速組合狀態進行的能效核算。若將10種典型貨船均設定為雙機、雙槳推進裝置，則其船型所采用的雙機推進動力設備和雙槳推進裝置數據見表5。對設置有雙機、雙槳的推進動力設備和推進裝置的10種典型船型均按經濟航速狀態運行所進行的能效指標核算的結果見表6。

由表6可見，10種典型貨船若全部配置雙機、雙槳推進動力設備和推進裝置，且按經濟航速的營運狀態進行核算，其能效指標能夠全部滿足部頒標準的核定需求。

2 對制定浙江省《內河營運船舶能效指標》的建議

造成浙江省內河營運船舶的能效指標不能滿足部頒標準要求的主要原因是裝備的推進主機儲備功率過大，船舶航行中使用的主機功率一般只有額定功率的50%左右，若按75%的額定功率來進行能效核定的結果難以滿足部頒標準要求;因此，標準修訂應充分考慮這一特點。為此，特對修訂能效標準提出以下建議：

（1）仍然使用部頒標準所規定的燃料消耗限值和CO排放限值的計算公式和量值單位，但不通過引進修正系數k來加大限值，以降低部頒標準對浙江省內河船舶的能耗和CO排放的限值要求。

（2）仍然使用部頒標準所規定的燃料消耗指數和CO排放指數及EEDI的計算公式和量值單位，但在具體核算中采用下述數值：

①以船舶營運中常用的經濟航速（12 km/h）來替代原標準中規定75%的主機額定功率所對應的船舶航速;

②以船舶達到經濟航速所需的單機功率（可通過阻力計算或模型試驗取得數據）來確定其核算狀態的持續功率和燃料消耗率，以替代原標準中規定的75%主機額定功率狀況下的持續功率及其對應的燃油消耗率;

③核算螺旋槳推進效率。對于推進系數低于0.5的船舶一律要求更換為雙機、雙槳推進動力設備和推進裝置。采用雙機、雙槳推進裝置，可將原先僅由一只螺旋槳承擔的全部推力負荷分擔到兩只螺旋槳上，使得螺旋槳的推力負荷系數減小50%，是提高內河船舶推進效率的有效技術措施。雙機、雙槳推進裝置是一種成熟的用于提高內河船舶推進效率的有效技術，我國長江干線的營運貨船上早已推廣采用。

大量的核算數據表明，若按上述修訂要求進行浙江省內河營運船舶的能效和CO排放核算，大部分船舶是可以滿足部頒標準的;只有少量推進效率低下的船舶不能滿足。貫徹執行這種修訂標準，既可達到國家的節能、環保要求，又可保證浙江省的內河船舶具有優良的快速性和經濟性。