雙燃料客滾船的能效指數分析

陳 登，俞 劍，付翯翯，巴雅爾圖

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

隨著全球氣候變暖，溫室效應加劇，綠色航運受到業界的普遍關注，因此國際海事組織(IMO)和海上環境保護委員會(MEPC)制訂了越來越嚴格的船舶能效指數()要求。為了滿足更嚴格的規范要求、減少船舶溫室氣體的排放、節省能源費用，雙燃料推進在船舶上的應用也愈發普遍。在MEPC.301(72)出臺前，柳夢源等研究了通過艙容加權和續航力加權2種方法計算雙燃料推進船舶的計算方法。同時，新的能源效益技術不斷涌現，給船舶綠色化帶來了更多可能。

降低碳排放量的方法主要有三方面，即設計建造、使用操作和技術革新。一般認為，船體線型優化及采用節能裝置效果有5%～10%，采用低阻涂料和氣模減阻效果有5%～10%，新能源的利用包括風能、太陽能、潮汐能等效果可達5%左右。 本文從新生效的規范出發，以客滾船為例，闡述不同能源比對的影響程度，同時對新能源技術降低的計算機理進行分析。

1 規范對客滾船的能效指數要求

根據MEPC.301(72)，客滾船的能效指數要求如下：獲得指數≤要求指數=(1-100)×基線值。基線值=，、、及取值見表1。新舊規范下能效指數的要求值見圖1。

表1 新規范下的能效要求指數計算參數

圖1 新舊規范下能效指數的要求值

由表1可知，新規范將階段2和階段3的值加大了，即基線值提升了，一定程度上降低了的要求。另外，新規范注明了在載重噸大于10 000 t時，要求指數不再隨載重噸的增加而變化。

隨著時間的推移，指數呈逐步降低趨勢。對比新舊要求指數曲線圖可知：新規范下，階段2和階段3的指數要求有所降低，階段2甚至比階段1的要求還要低，這一特點在載重噸為10 000 t以上時尤為明顯；而對于載重噸為0至12 000 t的客滾船而言，階段3的要求值仍然降低明顯，值得關注。

2 雙燃料客滾船能效指數的計算 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的EEDI值顯然都不能夠代表該船所能達到的能效指數。國際海事組織于2018年出臺了新的EEDI計算指南MEPC.308(73)，明確了雙燃料船的能效指數計算采用艙容加權計算法。

雙燃料客滾船能效指數計算的公式和LNG容積與燃油容積的配比密切相關，反應這一影響的參數用來表示。根據MEPC.308(73)可知，雙燃料船舶能效指數可用下式計算：

=[··(·(·+·)+··)+·(·(·+·)+··)]/[·····]

式中：為船型修正系數；為主機功率；為氣體燃料比例系數；為CO轉換系數；為燃料消耗率；為燃油比例系數；為輔機功率；為載重量系數；為容積修正系數；為貨物起吊修正系數；為船舶載重量；為海況修正系數；為船舶航速；MDO為燃油，LNG為液化天然氣，Pilot為引導油，gas為氣體，liquid為液體。

2.1 能源配比的影響

當主輔機均為雙燃料機型時：

=···/(···+···)

式中：為燃料艙容積；為燃料密度；為低熱值；為燃料裝載率。

值得注意的是，當≥0.5時，取=1且=0。也就是當LNG權重大于0.5時，計算能效指數時可只考慮LNG，而不用計算燃油。

表2就某雙燃料客滾船實例計算結果進行比較分析。

表2 3種能源配比的EEDI計算結果

由上表可以看出，LNG的應用可以有效降低船舶的指數。當LNG的比重達到0.5以上，對的改善作用達到最大化。

2.2 客滾船EEDI的計算要點

根據不同的船型，計算公式中所用參數取值有所不同。客滾船作為介于貨船和客船之間的一種船型，其計算的特殊之處主要體現在三個方面，即、和。

(1)

對于取值，集裝箱船取為70%載重量，客船和郵輪取為總噸值，而客滾船與貨船、油船、LNG船、滾裝船等船的取為船舶載重量值。

(2)船型修正系數

是客滾船區別于其他船舶計算的另一個要素，對客滾船：

由該式可知，除一般貨船外，客滾船較其他船型在指數計算時是有折減的(折減系數為)，而且在同等條件下，越是瘦削的客滾船，其折減系數越大。以某客滾船計算為例，其=0.304，可見客滾船型對的計算值折減力度是非常大的。

(3)體積修正系數

對于<0.25的客滾船，需要增加考慮修正系數，其計算方法如下：

=(025)

式中：為船舶總噸。

可見，在同等條件下，載重量與總噸比值越大的船舶，其的計算結果也會更大。

2.3 輔機功率對EEDI計算的影響

雙燃料客滾船在計算輔機產生的CO時也有所不同，對于配備軸帶發電機的推進型式，在計算時尤其需要注意當輔機功率大于船舶日用負荷的情況。

假定：為船舶輔機額定功率，為船舶日常用電負荷，=75%，則輔機產生的CO計算如下：

AE_CO= AE_CO(gas)+ AE_CO(liquid)。

(1)若<，則輔機功率全部由主機提供，燃料消耗按主機的消耗率來計算。

AE_CO=0.75··(·+·)+0.75·(1-)·(·)

(2)若>，則功率超出部分的燃料消耗按輔機的消耗率來計算。

AE_CO= AE_CO(gas)+ AE_CO(liquid)，其中：AE_CO(gas)=0.75··(·+·)+(-0.75)···

AE_CO(liquid)= 0.75·(1-)·(·) +(-0.75)·(1-)··

3 創新性能源效益技術

LNG作為廣為人知的清潔能源已經在船舶上得到了大量應用，但是人類發現和發明的許多其他新能源，如風能、太陽能、水能、生物能等多種形式的能源，大部分還處在研究和開發階段，未能在船舶上得到廣泛應用。但船舶對新能源的期許一直都在，也在不斷地進行嘗試，并發展了一部分具有應用價值的創新性能源效益技術。

3.1 創新性能源效益技術分類

根據不同作用機理，創新性能源效益技術可大致分類見表3。

表3 創新性能源效益技術分類表

3.2 創新性能源效益技術對EEDI的影響

A類創新性能源效益技術由于其作用效果直接體現在船舶阻力的降低，與船體無法剝離，因此其效用包含在主機功率中，公式無需額外考慮。

B類創新性能源效益技術的作用可明確追蹤，并在公式中作為額外減項來體現。

C類創新性能源效益技術對的影響與B類相似，不同之處在于B類影響的是主機，而C類影響的是輔機。

各類創新性能源效益技術對的影響因子見圖2。圖中：為船舶軸發功率；為采用效益技術節省的輔機功率；為采用效益技術節省的主機推進功率，計算的時候需要考慮效益技術系統本身所消耗的功率；為效益技術利用率，如效益技術為穩定長時間有效作用，則取為1，反之則小于1。

圖2 各類創新性能源效益技術對EEDI的影響因子

MEPC.1/Circ.815中給出了關于創新性能源效益技術在計算中應用的指導，B類和C類的詳細計算方法可參見MEPC.1/Circ.815。

4 結論

(1)LNG的應用可以有效降低船舶的指數，然而受到LNG加注站的限制，全LNG船舶使用受到一定局限性。合理利用LNG和燃油的能源配比，則可以達到經濟效益和環境效益的雙贏。

(2)客滾船在計算時需注意其的取值及折減系數的計算。另外，在計算輔機產生的CO時，要根據輔機功率與日用負荷功率之間的關系采用不同的計算公式。

(3)創新性能源效益技術根據其節能原理，對船舶計算產生不同的影響。