某船滿足能效設(shè)計(jì)指數(shù)要求的探討*

薛樹(shù)業(yè) 陳泰山

一、引言

2011年7月，國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）通過(guò)了第一套提高新建船舶能效的強(qiáng)制性措施，即在MARPOL公約附則Ⅵ中納入船舶能效規(guī)則，新造船的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（Energy Efficiency Design Index，EEDI）第0階段從2013年1月1日起生效。2018年4月，《IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》確定將繼續(xù)實(shí)施EEDI后續(xù)階段以降低船舶碳強(qiáng)度。2021年6月，IMO通過(guò)了包含基于目標(biāo)的強(qiáng)制性技術(shù)和營(yíng)運(yùn)措施的 MARPOL公約附則Ⅵ修正案，其中要求計(jì)算現(xiàn)有船舶能效指數(shù)（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）。

EEDI與EEXI的計(jì)算框架一致，EEXI中各參數(shù)的取值和驗(yàn)證條件較EEDI更加靈活且有所放寬。海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（Marine Environment Protection Committee，MEPC）335（76）號(hào)決議《2021年為符合EEXI要求采用的軸/發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制（SHaPoLi/ EPL）系統(tǒng)和儲(chǔ)備功率使用導(dǎo)則》提到“注意到EEDI框架下關(guān)于新船上SHaPoLi / EPL系統(tǒng)的導(dǎo)則目前正經(jīng)MEPC審議，考慮到對(duì)現(xiàn)有船的環(huán)境和技術(shù)限制，經(jīng)MEPC審議，可將在EEXI和EEDI框架下的這些導(dǎo)則綜合成一套導(dǎo)則”。由此預(yù)計(jì)EEDI與EEXI兩套框架和技術(shù)要求會(huì)走向高度的融合。[1]

根據(jù)MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案及EEDI、EEXI的計(jì)算和驗(yàn)證相關(guān)導(dǎo)則，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術(shù)要求相互融合的原則，以某一新建液貨船為例，本著其Attained EEDI計(jì)算依賴(lài)于EEXI計(jì)算導(dǎo)則的需求，探討其能效設(shè)計(jì)指數(shù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算問(wèn)題，使其滿足Required EEDI和Required EEXI，從而符合MARPOL公約附則Ⅵ關(guān)于EEDI和EEXI的要求，供船舶所有人、船舶經(jīng)營(yíng)者等相關(guān)方參考。

二、船舶概況

X船的建造合同簽于2011年之前，即船舶能效規(guī)則出臺(tái)之前，且安放龍骨時(shí)間亦在2011年之前，隨后由于種種原因沒(méi)有交船，直到最近兩年開(kāi)始重新建造，計(jì)劃于2024年前交付。X船由于建造時(shí)并沒(méi)有能效相關(guān)要求，沒(méi)有做過(guò)模型試驗(yàn)，因此在設(shè)計(jì)階段無(wú)法通過(guò)計(jì)算得到Attained EEDI值，而在交付前對(duì)該船做了EEDI吃水和海況下的試航測(cè)試。用于計(jì)算X船Attained EEDI的參數(shù)見(jiàn)表1，X船的船舶類(lèi)型為液貨船，在計(jì)算Attained EEDI時(shí)其主機(jī)、副機(jī)燃油類(lèi)型均為船用重柴油。

表1 X船EEDI計(jì)算的參數(shù)

三、計(jì)算Required EEDI

（一）參考線值

根據(jù)MARPOL公約附則Ⅵ修正案（2021）第24條第3款的規(guī)定，參考線值R的計(jì)算公式為

式中：液貨船的a為1218.80，b為船舶載重噸的值，c為0.488；a、b、c均為無(wú)量綱因數(shù)。

由式（1）計(jì)算可得，X船的EEDI參考線值Rx為10.22 g/（t·n mile）。

（二）折減因數(shù)

根據(jù)MARPOL公約附則Ⅵ修正案（2021）第19條第4款、第5款的規(guī)定，以及MEPC.1/Circ.795/Rev.5《MARPOL 附則Ⅵ的統(tǒng)一解釋》1.2.2段的解釋?zhuān)霸?015年1月1日前簽訂造船合同，并于2019年1月1日至2023年1月1日間交船”的船舶能效削減階段為第1階段，由此確定X船的能效削減階段為第1階段。根據(jù)第24條第2款的規(guī)定，采用線性插值方法，計(jì)算得到X船的EEDI折減因數(shù)為8.75。根據(jù)第25條第1款EEXI的相關(guān)規(guī)定，采用線性插值方法，計(jì)算得到X船的EEXI折減因數(shù)為17.5。

（三）Required EEDI的計(jì)算

根據(jù)MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案第24條第1款的規(guī)定，Required EEDI的計(jì)算公式為

式中：Y為船舶的EEDI折減因數(shù)，無(wú)量綱。

由式（2）計(jì)算可得，X船的Required EEDI為 9.32 g/（t·n mile），Required EEXI為8.43 g/（t·n mile）。

由X船的EEDI、EEXI折減因數(shù)計(jì)算出的Required EEDI、Required EEXI可知，X船的Required EEXI要嚴(yán)于Required EEDI。因此，為保證X船在2023年1月1日之后同時(shí)滿足Required EEXI、Required EEDI，X船的Attained EEDI須小于等于其Required EEXI，而不是小于等于其Required EEDI。

四、計(jì)算Attained EEDI

根據(jù)《2018年新船達(dá)到的EEDI計(jì)算方法指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《EEDI計(jì)算指南》），基于X船在EEDI吃水和海況下的試航航速以及表1中X船的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算X船的Attained EEDI。

75%MCRME的主機(jī)功率PME=MCRME×0.75=5625kW。EEDI吃水和海況下的副機(jī)功率PAE=MCRME×0.05=375 kW。采用每臺(tái)副機(jī)50%MCR下的單位燃油消耗量的功率加權(quán)平均值計(jì)算副機(jī)功率PAE下的單位燃油消耗量SFCAE為

X船的Attained EEDI分別超出Required EEDI、Required EEXI的20.21%、32.96%，因此X船的Attained EEDI嚴(yán)重不滿足Required EEDI、Required EEXI，須對(duì)其采取相關(guān)措施以符合要求。

五、符合要求的Attained EEDI的計(jì)算

根據(jù)《2021年現(xiàn)有船舶達(dá)到的EEXI計(jì)算方法指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《EEXI計(jì)算指南》）和《2021年為符合EEXI要求采用的軸發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制系統(tǒng)和儲(chǔ)備功率使用導(dǎo)則》，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術(shù)要求相互融合的原則，采取對(duì)X船限制主機(jī)功率（Engine Power Limitation，EPL）的方法，使其Attained EEDI至少降低32.96%，以滿足其Required EEDI、Required EEXI。根據(jù)MEPC.1-Circ.850-Rev.3《船舶在惡劣海況下維持操縱性的最小推進(jìn)功率確定導(dǎo)則》，由于X船的夏季載重線吃水的載重噸不足20 000 t，因此其不適用該導(dǎo)則，即若X船為滿足Required EEDI、Required EEXI而采取EPL的措施，無(wú)須考慮計(jì)算船舶在惡劣海況下維持操縱性的最小推進(jìn)功率。副機(jī)功率PAE維持不變，仍按照《EEDI計(jì)算指南》2.2.5.6計(jì)算。

采取EPL方法得到符合要求的Attained EEDI的關(guān)鍵在于獲取限制的主機(jī)功率、單位燃油消耗量，以及經(jīng)限制的主機(jī)功率下的參考航速。對(duì)于X船，可通過(guò)《EEXI計(jì)算指南》2.2.4中給出的方法獲取主機(jī)單位燃油消耗量，通過(guò)2.2.3.3和2.2.3.5中設(shè)定情況下給出的方法獲取參考航速，從而確定符合要求的限制的主機(jī)功率及其他參數(shù)。

（一）主機(jī)單位燃油消耗量的計(jì)算

《EEXI計(jì)算指南》2.2.4規(guī)定，如果安裝可越控軸/發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制系統(tǒng)，應(yīng)使用經(jīng)批準(zhǔn)的主機(jī)NOx技術(shù)文件中包含的適用試驗(yàn)報(bào)告中列出的單位燃油消耗量，內(nèi)插計(jì)算相對(duì)應(yīng)的單位燃油消耗量。X船在采取EPL措施后的PME必然低于75%MCRME（PME），基于表1中主機(jī)25%MCRME、50%MCRME、75%MCRME的單位燃油消耗量符合線性關(guān)系，采用線性?xún)?nèi)插法計(jì)算PME對(duì)應(yīng)的SFCME，計(jì)算公式為

（二）方法1計(jì)算符合要求的Attained EEDI

《EEXI計(jì)算指南》2.2.3.3規(guī)定，對(duì)于不屬于EEDI要求范圍的船舶，但試航報(bào)告中包括其在《EEDI計(jì)算指南》2.2.2規(guī)定的EEDI吃水和海況下的試航結(jié)果（可能已經(jīng)經(jīng)過(guò)水池試驗(yàn)修正），參考航速可從試航報(bào)告中獲得，參考航速vref計(jì)算公式為

式中：vS，EEDI為在EEDI吃水下的試航速度，kn；PS，EEDI為vS，EEDI對(duì)應(yīng)的主機(jī)功率，kW。

根據(jù)《EEDI計(jì)算指南》、《EEXI計(jì)算指南》給出的Attained EEDI、Attained EEXI計(jì)算公式，在Attained EEXI相對(duì)于Required EEXI的裕度為正值，且無(wú)限接近0的條件下，利用式（4），通過(guò)多次調(diào)整PME的值，對(duì)MCRME進(jìn)行限定，得到相應(yīng)PME下的vref，同時(shí)計(jì)算得到限定功率（MCRME，lim）、SFCME。通過(guò)式（4）獲取參考航速進(jìn)而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法稱(chēng)為方法1。

通過(guò)方法1，為使X船同時(shí)滿足Required EEDI、Required EEXI，應(yīng)對(duì)MCRME進(jìn)行限定，符合要求的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 采用方法1后獲得的符合要求的相關(guān)參數(shù)

對(duì)于采用EPL措施計(jì)算符合要求的Attained EEDI，MCRME，lim是按照《EEDI計(jì)算指南》取PME/0.75，還是按照《EEXI計(jì)算指南》取PME/0.83是值得研究的：如果取PME/0.75，可能意味著需要對(duì)主機(jī)功率做永久限制；如果取PME/0.83，意味著不需要對(duì)主機(jī)功率做永久限制。前者對(duì)于船東較為有利，因?yàn)檫@樣計(jì)算下來(lái)可獲得較大的限制功率，從而獲得較高的最大航速，提高營(yíng)運(yùn)效率；后者對(duì)船舶安全更為有利，雖然最大航速較低，但可使船舶有較多的儲(chǔ)備功率。

（三）方法2計(jì)算符合要求的Attained EEDI

《EEXI計(jì)算指南》2.2.3.5規(guī)定，如無(wú)航速-功率曲線或試航報(bào)告中不包含EEDI或設(shè)計(jì)裝載吃水工況時(shí)，vref近似取vref，app的值，從航速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率分布的統(tǒng)計(jì)均值獲得，vref，app的計(jì)算公式為

式中：vref，agv為給定船型和船舶尺寸的航速分布的統(tǒng)計(jì)均值，kn，vref，agv=A×BC，A、B、C的值見(jiàn)《EEXI計(jì)算指南》附錄給出的參數(shù)，均為無(wú)量綱因數(shù)；mv為船舶的性能裕量，kn，應(yīng)為vref，agv的5%或1 kn，取較低者； MCRavg為主機(jī)MCR分布的統(tǒng)計(jì)均值，kW，MCRavg=D×EF， kW，D、E、F的值見(jiàn)《EEXI計(jì)算指南》附錄給出的參數(shù)，均為無(wú)量綱因數(shù)。

通過(guò)式（5）獲取參考航速進(jìn)而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法稱(chēng)為方法2。通過(guò)方法2，為使X船同時(shí)滿足Required EEDI、Required EEXI，應(yīng)對(duì)MCRME進(jìn)行限定，符合要求的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 采用方法2后獲得的符合要求的相關(guān)參數(shù)

（四）X船符合要求的Attained EEDI

由于X船之前的EEDI吃水和海況下的試航報(bào)告尚未批準(zhǔn)，且此次試航的幾個(gè)功率點(diǎn)未包含經(jīng)限制的主機(jī)EEDI功率點(diǎn)，方法1可能不被驗(yàn)證方認(rèn)可，而方法2較容易被驗(yàn)證方認(rèn)可。因此采用方法2替代水池試驗(yàn)，來(lái)確定主機(jī)EPL后的參考航速，從而得到X船符合要求的Attained EEDI的值，見(jiàn)表3。

比較方法1和方法2獲取的參考航速，方法2的參考航速較為保守，值也較低，對(duì)船東不利，而方法1的參考航速可能過(guò)高。后續(xù)可通過(guò)在方法1和方法2獲取的參考航速的主機(jī)工況點(diǎn)進(jìn)行試航驗(yàn)證，從而獲取X船符合要求的最終的Attained EEDI。

六、總結(jié)與展望

根據(jù)MARPOL公約附則Ⅵ2021年修正案和EEDI、EEXI相關(guān)計(jì)算導(dǎo)則，基于EEDI和EEXI兩套框架和技術(shù)要求相互融合的原則，探討某船能效設(shè)計(jì)指數(shù)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算問(wèn)題，并得到該船符合公約要求的Attained EEDI。IMO對(duì)新船和現(xiàn)有船的EEDI與EEXI的要求，基本上將營(yíng)運(yùn)船舶置于同一能效水平線上，這可為后續(xù)實(shí)施的船舶營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)以及可能的市場(chǎng)措施提供公平的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)條件，而針對(duì)EEDI與EEXI計(jì)算方法的融合問(wèn)題，如參考航速、主機(jī)限制功率、副機(jī)功率等重要參數(shù)的獲取，還須IMO出臺(tái)明確的技術(shù)指南，澄清相關(guān)細(xì)節(jié)，以指導(dǎo)相關(guān)計(jì)算。