船舶能效设计指数EEDI分析计算Word下载.docx
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摘要
船舶能效设计指数EEDI是衡量船舶能耗水平的一个指标。
在全球节能减排步伐日益加快，低碳经济已成为全球共识之际，国际海事组织IMO顺应时代和社会的要求，推出包含EEDI在内的能效规则。
2013年，EEDI的强制实施，对全球航运业、造船业将会形成很多的冲击。
因此对船舶能效设计指数EEDI进行分析计算研究具有一定的理论意义和实际工程应用价值。
论文主要研究了国内外EEDI研究现状，分析了我国船舶EEDI存在的问题和EEDI的应用前景。
通过分析EEDI计算方法，得出影响EEDI大小的主要因素和降低EEDI的主要方法，然后从柴油机节能减排、优化推进系统和降低船舶阻力三方面探讨降低EEDI的关键技术。
研究结果表明：
采取高效率的废气涡轮增压器、开发及使用新型燃油添加剂、利用发动机余热回收综合技术、应用新型高效螺旋桨、优化船体线型、船体主结构减重、减少压载水的装载等方式都能够有效的降低EEDI指数，减少船舶二氧化碳的排放量。
本文的特色是通过对EEDI计算公式的详细分析，从许多不同的角度，提出了多种可以降低EEDI指数的可行性方案，为新造船船舶设计中节能减排的方式提供了合适的理论基础。
关键词：
EEDI；
EEDI算法；
节能减排；
减排措施；
Abstract
EEDIisrepresentedforEnergyEfficiencyDesignIndexwhichisanindicatortomeasureenergyconsumptionlevelofship.WiththeacceleratingofEnergyconservationandemissionreduction,andlowcarboneconomyhasbeenaglobalconsensus.TheInternationalMaritimeOrganizationlaunchedthemanypolicieswhichincludingEEDIsoastoadapttothedemandsoftimesandsocial.In2013,EEDIisimplementedthatwillgeneratealotofimpacttotheindustryofglobalshippingbusinessandshipbuilding.ThereforetheanalysisandcalculationonEEDIhascertaintheoreticalsignificanceandpracticalengineeringapplicationvalue.
ThispaperanalyzestheexistingproblemsofEEDIandtheapplicationoftheEEDIbasedontheresearchofdomesticandforeign.ByanalyzingtheCalculationofEEDI,cometothemainfactorsofinfluencingthequantityofEEDIandthemethodtoimprovingEEDI.ThenthekeytechnologyofimprovingEEDIwasdiscussedfromreducingtheenergyconservationofdieselengine,optimizingthepropulsionsystemandreducingshipresistance.
Theresultsshowthattakehigh-efficiencyexhaustgasturbocharger,thedevelopmentandutilizeofnew-stylefueladditives,integratedutilizationthetechnologyofenginewasteheatrecovery,theapplicationofnewefficientpropeller,optimizedhullform,theweightreductionofmainhullstructure,reducingtheloadingofballastwateretc.canreduceEEDIindexandemissionsofcarbondioxideeffectively.
FeatureofthispaperisadetailedanalysisoftheEEDIformulafrommanydifferentangles.ManykindsofschemesareraisedtoreduceEEDIindex.Thoroughtheoreticalbasisofenergysavingandemissionreductionwasprovidedinnew-styleshipdesign.
KeyWords：
EEDI；
EEDIAlgorithm；
energy-savingandejection-decreasing;
emissionreductionmeasures；
第一章绪论
1.1选题背景及意义
航运业是世界贸易的主要运输方式之一。
随着世界经济一体化进程的加快，海上运输业日趋繁忙，世界造船市场也异常火爆。
与此同时，日趋严重的船舶污染问题也越来越成为人们关注的焦点。
例如，在航运业温室气体排放方面，根据国际海事组织（IMO）发布的《IMO第二次温室气体研究》显示，2007年航运业总体的CO2排放为10.54亿吨，约占全球CO2排放总量的3.3%。
在这3.3%中，国际航运船舶排放8.7亿吨，占全球总排放量的2.7%，比2000年测算数据高出0.9%，表明了近10年来国际航运业排放量的快速增长。
报告预测，如果不采取任何减排措施，到2050年，国际航运业的排放比例将增长2.43.0%，达到全球CO2排放总量的6%左右。
由此看出，船舶行业面临严峻的节能减排形势。
IMO顺应时代和社会的要求，推出包含EEDI在内的能效规则，并在MEPC62次会议上正式通过了《国际防止船舶造成环境污染公约》（MARPOL73/78）附则Ⅵ有关船能效规则的修正案，正式以立法的形式规范航运业和造船业的温室气体排放。
船舶能效设计指数（EEDI）是第一个专门针对国际海运温室气体减排的强制性法律文件。
EEDI是一系列有关节能减排的新公约，新规范和新标准之一。
它用CO2排放量与运载能力的比值表示船舶能效，是衡量船舶能效水平的指标，也是绿色船舶的一项重要指标。
2013年1月1日EEDI正式生效，这对船舶设计、生产工艺技术、配套设备、新能源技术应用等提出了更高要求。
IMO强制执行EEDI，那么船舶设计、建造及配套单位就必须对不满足要求的船型进行改进，才能使其进入国际市场。
船东也将把EEDI指标达标作为新造船的硬性要求。
EEDI的提出也对船型开发、创新型节能技术应用以及造船工艺等提出了更高的标准。
1.2船舶能效设计指数EEDI现状
船舶能效设计指数（EEDI）是对造船界有深远影响的法规。
2008年MEPC58次会议上，温室气体减排问题被摆在显著地位置，尤其是CO2排放问题。
IMO认为之前在同年3月MEPC57大会上提出的“新造船CO2设计指数”，过于强调减排，而从提高船舶能效水平角度对新造船的设计和建造提出标准才更符合IMO的角色定位要求，为此将新造船CO2设计指数改成EEDI，形成了“新造船EEDI计算方法临时导则草案”。
2009年3月第2次工作组会议期间对EEDI计算方法进行了调整。
2013年1月1日，这一指标开始变成一个真正的强制性要求，缔约国主管机关可在修正案生效后，自行决定推迟4年执行船舶能效标准。
但是对我国造船企业而言，由于市场竞争的原因，并不一定会推迟实施EEDI。
目前，EEDI适用于400总吨及以上的所有国际航行船舶，其针对的船型共有11种，目前明确提出了EEDI数值要求和折减系数的有散货船、气体运输船、液货船、集装箱船、杂货船、冷藏货船以及兼装船等7种船型。
虽然滚装船、高级客轮等并不在强制范围内，但相信不久有关规定也会被通过。
另外，根据MEPC62通过的修正案，船舶的EEDI数值还需分阶段进行折减，具体的折减要求是第0阶（2013～2014年）的折减系数为0，第1阶段（2015～2019年）的折减系数为10%，第2阶段（2020～2024年）的折减系数为20%（杂货船和冷藏货船的折减系数为15%），第3阶段（2025年及以后）的折减系数为30%。
自EEDI提出以来，越来越多的船东已试图通过验证和认证EEDI来提升自己船舶的竞争力。
据了解，2010年，GL为赫伯罗特的“ViennaExpress”号集装箱船颁发了全球首个EEDI认证证书。
2011年已经获得EEDI的船舶可能达到20艘左右。
2013年1月1日EEDI正式生效后，获得EEDI的船舶数量与日俱增，各造船强国和造船大国也都致力于研发和应用新技术以满足实现将日趋严格的EEDI标准。
然而，EEDI的发展同样也存在着较多的问题。
主要表现在：
1）就计算公式而言，各成员国比较认同的是丹麦提出的方案，但是，对于参考线公式的争议还是很大的，选取的船舶样本不同，所产生参考线是不同的，即使选取的船舶样本来自同一数据库，随着船舶样本和样本数量的改变，参考线也会出现不同；
另外，同一船型中不同吨位的样本回归结果也相差较大，尤其是当吨位比较小时，结果离散度比较大；
对于集装箱船，由于无法最终确定平均的装载工况，对于算法中的变量Capacity取值是按大65%DWT（DeadWeightTonnage）还是70%DWT没有最终定论；
而且，参考线公式的确定也是运用了大量简化，其中的数据准确性也有待进一步验证【1】。
2）各国所采取的节能措施也是一个绝对的不定因素，IMO鼓励各个成员国采取各种措施来优化新造船的能效水平，从而降低新造船的EEDI值。
1.2.1EEDI国外现状
以船级社及各科研院所为主导的船舶温室气体排放研究，在欧美国家开展得较早。
早在21世纪初，由挪威MARINT科研中心、美国CarnegieMellon大学和DNV联合调研并向IMO提交的调研报告《studyofGreenhouseGasEmissionsfromships》，这是关于船舶CO2排放量较早的权威资料。
报告基于1996年全球船用燃料油的销售量而推算出全球海运的温室气体（GHG）排放量，同时分析了其在全球总排放量中的比例，报告同时从技术、劳动和基于市场等方面研究减少GHG排放的方法【2】。
该研究为IMO开展下一步工作打下了良好的基础。
2009年4月，IMO秘书处公开发布了《IMO第二次温室气体研究》（SecondIMOGHGStudy2009），该报告是迄今为止对国际航运业温室气体排放领域最全面、最权威的评估之一。
它对19902007年的船舶CO2排放量进行了实测统计，对船舶CO2减排的技术和营运潜力进行了探讨，并预测了未来航运业的CO2排放量。
根据该研究的估计，从事国际贸易的船舶在2007年各行业CO2排放总量中贡献2.7%。
该研究还指出，若缺乏船舶温室气体减排的全球性有效政策措施，到2050年，由于全球贸易量的大幅上升，国际航运业的CO2排放量与2007年相比，将会以150%到250%的幅度增长。
挪威船级社（DNV）提出了一种确定营运船舶燃油消耗量的建模方法：
它是基于9万多艘的船舶运行的相关统计数据，包括主辅机功率、船舶载重吨、总吨位、每年靠港、航行、不运行的天数、比油耗值等，通过统计方法得出不同类型、不同吨位船舶的相关统计参数，如主机的平均额定功率、运行天数以及比油耗、辅机靠港、航行的利用率等【3】。
芬兰和瑞典代表对冰区加强船舶的功率修正系数
fi及载重修正系数
进行了详细定义，并给出了散货船、油船、干货船、集装箱船、气槽船的不同冰区等级对应的功率修正系数及载重修正系数的计算方法【4】。
欧洲内燃机制造商协会（EUROMOT）认为，船舶主机装配有SCR后处理系统后，能够减少燃油消耗，导致装有SCR后处理系统的船舶EEDI值比普通船舶低5%10%左右【2】。
然而，SCR后处理系统需要消耗尿素，尿素热解水解所产生的CO2排放目前并未考虑，希望今后能在EEDI的计算公式中反映这一问题。
应对EEDI，欧美以及日韩等造船强国在船舶动力方面也开展了许多研究，不仅提出一系列方案，还把成熟的技术应用于实船，并且仍在加快研制更高效的船舶动力节能技术和装备【5】。
据推算，他们现有的船舶动力新技术和装备的采用或组合应用对降低EEDI的贡献率为10%15%。
日本和韩国的船舶绿色化研究开展得比较早，从EEDI概念和公式的提出到正式通过，日韩两大造船强国起到了推波助澜的效果。
两个国家对EEDI船型的研究相比我国己进入相对成熟的阶段，在应对国际能效新规则上显得从容不迫。
日本的节能环保的低碳船舶技术正成为日本船界共同的研发重点，日本各大造船企业普遍加大了对这一领域的研发力度，掀起了一股热潮。
三井造船株式会社目前正在开发能够将二氧化碳排放量削减30％的新型环保船舶，并计划在玉野船厂完成大型试验主机的制造工作；
万国造船株式会社目前正在积极进行削减温室气体排放的相关技术研发，与日本其他大型船企不同的是，其研发重点在软件，主要是借鉴汽车导航系统经验，开发船舶海上航行导航系统；
常石造船株式会社将环保技术的研发作为其发展的一项重要战略目标，己先后开发出“降低风压居住区”、“船用吸收式冷冻机”和“MT．FAST”等多种环保产品。
今后，常石造船将通过削减二氧化碳排放量、减少燃料消耗来实现船舶运营成本的下降，把防止海洋环境污染作为重要研发方向，常石造船已经明确表示，2010年之后其所建船舶的二氧化碳排放量将比2007年之前建造船舶的排放量降低20％【6】。
日本各大造船日本大型船企利用日本国内节能减排技术和设备的总体优势，将其吸收嫁接到船舶建造中，它们在船型设计、船机制造方面已取得了节能减排10%～20%的效果，大大降低了船舶EEDI指数。
前几年开始推进的日本几家大型企业造船部门联手重组并结构调整，节能减排都被列为重组后的重要研发和攻关课题，期望以此推出领先于中国和韩国造船企业的新技术和设备，从而扩大市场份额。
韩国企业注意学习引进欧洲技术，在消化吸收中努力创新，现代重工、斗山发动机和STX发动机走的均是同样的道路。
此外，韩国船机厂商学习借鉴汽车发动机节能减排的发展经验，使自己少走弯路，赢得了时间和市场机会。
现代重工与瓦锡兰合作，在韩国首先推出了油电混合动力发动机，并安装在3000吨级的警备舰上使用，实现了商用化，可以降低排放18%【7】。
现代重工对其生产的“大力士”（Himsem）船机进行技术改造，使之成为以天然气为燃料的主机，减排效果比以前提高15.7%。
现代重工与瓦锡兰合作研发的为LNG船配套的发动机采用电力推进方式，船机可采用重油、柴油和天然气作燃料，并根据三种燃料市场价格变动选用廉价者，以降低生产成本；
同时根据不同的航海环保要求，选用不同的燃料。
该船机系统还配套有废热接收再利用装置，使得二氧化碳减排可达到25%【3】。
1.2.2EEDI国内现状
我国对绿色船舶研究起步较晚，与日韩以及欧美造船强国相比还有较大差距，造船业和航运业作为国家重点支持产业，未来的发展必将引起政府的足够重视。
目前，政府已经意识到“绿色船舶”是未来造船业航运业竞争的关键所在，正积极组织国内有关部门研究开发绿色船舶及相关技术。
早在2008年9月，交通运输部制定了营运船舶的节能减排指标2011年9月28日交通运输部发布《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》，提出了航运业2015年的减排目标，即营运船舶单位运输周转量能耗下降15%以上，其中海洋和内河船舶分别下降16%和14%以上，同时，主方案还提出通过试点应用靠港邮轮、旅游船使用岸电技术，试点应用LNG驱动、电力驱动水平运输车辆技术，试点应用内河柴油和LNG混合动力船舶技术，试点应用集装箱码头全电力装卸工艺技术，试点应用油码头油气回收再利用技术等技术措施来确定推广应用项目，推动水运节能减排技术的应用；
“十一五”期间，CCS就启动了“绿色船舶计划（G-VCBP）”，针对我国在节能、环保、减排等领域整体实力较为薄弱的现状，以国际政策研究为基础，推行新造船和现有船舶节能减排技术和管理相关措施，抢占绿色先机，在新一轮的产业机遇与挑战中为中国造船业、航运业保驾护航。
同时，CCS研发的ECO-VLCC船型，CO2减排30%，能效提高25%，并与中海油联合开发改造OSV为LNG燃料驱动，与中石油和长航集团联合开发了LNG双燃料内燃机及其驱动的船舶。
国内各科研院所、大专院校和船舶企业也在积极开展在新造船能效设计指数（EEDI）方面的研究，如
刘雅玲对EEDI及其基线公式进行了分析和研究，并对减少CO2排放可采取的措施进行了探讨【8】；
胡琼、陈凯和孙权对EEDI及强制性EEDI适用的船舶类型进行分析，探讨了EEDI计算公式中存在的不足，并从理论研究和技术途径两方面提出了若干应对策略【9】；
刘飞、林焰等人，通过对我国9型1680艘船舶的能效水平进行研究分析，得出了适用于我国不同船型的EEDI参考线公式，并与IMO通过的参考线公式进行了比较，分析了不同点。
其研究结果可以为国内船舶设计者在进行相关船舶的EEDI计算时提供参考和指导，具有较好的实用性【10】；
彭传圣、李庆详等人计算了我国干散货船的EEDI值并确定了基线【11】；
魏锦芳、陈京普、周伟新等人针对EEDI公式中船舶耐波性失速系数几进行了研究，提出了一个系统的计算方法并形成软件【12】；
李百齐、程红蓉在国际公认的EEDI基线公式的基础上提出了以装载量为自变量、以航速为参变量、按不同船型表达和生成EEDI新的衡准基线的方法，准确性有了明显的改善，在此基础上，进一步提出了EEDI衡准基面的概念，同时以装载量和航速为变量进行回归【13】；
朱永峨、孙武等人根据国内外关于功率-转速-航速预报的最新进展，依据螺旋桨敞水性能图谱，采用KT/J2系数，给出了功率曲线的直接计算方法，经实际算例验证，该方法相对传统的间接计算方法更为清晰简便，且结果准确可靠【14】。
我国在“应对EEDI措施研讨会”上，国家工业和信息化部EEDI专家组成员、上海船用柴油机研究所副总工程师范建新指出，采用太阳能、风能、核能等新能源以及其他的新型节能动力装置在船舶发动机中的应用研究已经成为未来发展方向，整个动力行业需要加快基础技术和实船应用的研究，提供新型节能设备和装置，使船舶设计满足EEDI要求。
2013年中国船东中通（天津）海运已收到了英国劳氏船级社颁发的2艘新造18万DWT船的EEDI认证，这是全球首艘好望角型船获此认证【15】。
2艘散货船各由1台MANB&
W6S70MC-C8.2低速机提供动力，由大连船柴建造，建造船厂则为青岛北海船厂。
据悉，中通（天津）海运的新船，与该公司之前的标准好望角船相比，每天可节约超过3吨燃料，计算的EEDI值比IMO要求的参考值低5.38%，中通（天津）海运对此非常满意。
对比国内外的研究现状，可以看出，国内外对EEDI的研究，主要集中在公式的适用范围、参考线公式以及为减小新造船EEDI值所采取的节能措施上面。
面对目前强制实施的EEDI，国外在现有技术和设备以及研发新技术的能力上远远大于我国。
我国将在一段时间内会持续学习和引进国外先进技术的，并致力于新技术新设备的核心和关键技术上的突破，以便使该项技术尽快在船舶减排方面派上用场。
1.3本文主要工作
本文的主要内容是针对EEDI的影响因素，讨论如何降低EEDI指数的问题。
根据这个主题，本文的讨论内容主要包括以下几个方面。
第一章：
绪论部分。
提出EEDI指数的概念和反映的意义，宏观上介绍了船舶能效设计指数EEDI分析计算的研究背景、国内国外研究现状。
主要阐述了本文的主要工作内容就是提出降低EEDI指数的方法和完成次工作的意义。
第二章：
设计指数EEDI计算方法。
提出EEDI的计算公式，详细分析计算公式中每一个变量代表的含义、计算方法、相关量等。
然后介绍了EEDI基线的概念，就是对特定船舶类型和吨位下所允许的最大EEDI值。
最后说明了船舶EEDI验证的过程。
第三章：
降低船舶能效设计指数EEDI的关键技术分析。
这是本文的重点，通过第二章中分析的EEDI公式中的变量和对EEDI指数的影响，提出多方面的降低EEDI指数的方法。
从柴油机节能减排、优化推进系统和降低船舶阻力三方面探讨降低船舶能效设计指数EEDI的关键技术。
然后从这三个方面又分别给出了具体的操作方法。
第四章：
船舶能效设计指数应用前景。
提出目前降低船舶能效设计指数EEDI面临的难题，继而提出EEDI的发展方向和应用前景。
第五章：
结论。
总结全文，提出存在的不足。
第二章船舶能效设计指数EEDI计算方法
2.1EEDI重要计算公式与指标
EEDI是船舶消耗的能量换算成CO2排量和船舶有效能量换算成CO2排量的比例指数。
在2010年9月26日至10月1日召开的MEPC第61次会议上，组委会通过仔细研讨，最终确定了EEDI的计算方法、参数定义及实施细则，并计划将EEDI相关规定纳入MARPOL公约附则VI以进行强制执行，会议通过了《船舶能效草案法则》（DraftRegulationsonEnergyEfficiencyforShips），确定EEDI应依据以下公式计算:
（2.1）
其中：
（2.2）
（2.3）
（2.4）
（2.5）
式中：
AME：
表示船舶在最大设计装载工况（Capacity）、由所定义的轴功率推进，在无风无浪的平静海况下正常航行时，单位时间船舶主机排放的CO2质量（g）；
AAE：
表示船舶在最大设计装载工况（Capacity）、由所定义的轴功率推进，在无风无浪的平静海况下正常航行时，单位时间船舶辅机排放的CO2质量（g）；
AIO：
表示船舶在最大设计装载工况（Capacity）、由所定义的轴功率推
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