30000m3LNG船EEDI计算方法研究

盛苏建 陆 晟

（1.中海油能源发展股份有限公司采油服务公司，天津300457；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前言

30000m3小型天然气运输船（LNG）的设计是专为针对国内LNG的二程转运市场，以中短途航线为主进行优化的。在考虑动力和推进方案时优先选择环境友好、操纵灵活且安全性高的双燃料全回转电力推进方案［1］。

该船的线型设计充分考虑了LNG船货物的特点，在浮态和快速性方面进行了多轮优化。在欧洲著名水池MARIN的试验过程中被评为“最优”级别线型。采用货物蒸发气——天然气作为该船的主要燃料，在基本解决了颗粒物和SOX排放问题的同时，NOX排放可以达到Tier III标准。对于这样一个高标准的绿色环保船型，船东要求申请中国船级社（CCS）的“GREENSHIP”船级符号。根据《绿色船舶规范》［2］，申请“GREEN SHIP”的船舶必需满足相应的能效设计指数（EEDI）要求。

1 能效设计指数EEDI算法

IMO在第62届环保会上以MEPC.203（62）决议通过了《MARPOL73/78公约附则修正案-MARPOL附则VI中引入船舶能效条款》［3］。该决议于2013年1月1日强制实施。为配合该修正案的实施，IMO随后在第63届环保会上分别通过了《2012年新船达到的能效设计指数（ATTAINEDEEDI）计算方法导则》［4］（以下简称“导则”）等配套的指导性文件。为配合船舶强制性能效要求的实施，保证审图、检验工作等的顺利开展，中国船级社（CCS）对船舶能效设计指数验证的相关要求进行了研究，编制了《船舶能效设计指数（EEDI）验证指南》［5］（以下简称《指南》）。本文中ATTAINEDEEDI计算以该指南为参考标准。

ATTAINEDEEDI是指船舶能效设计指数，是衡量船舶能效水平（以g/t·nmile计）的一种方法，其数学计算公式如下［5］：

*如果正常最大海上负荷部分由轴带发电机提供，则对该部分功率可使用SFCME和CFME替代SFCAE和CFAE。

**如果 PPTI（i）＞0，则（SFCME·CFME）和（SFCAE·CFAE）的加权平均值应用于Peff的计算。

该公式中参数众多，各个参数的含义可以参见 《指南》，本文不一一赘述。然而，目前标准的ATTAINED EEDI计算方法并不适用于所有船舶，《指南》附录1中明确指出“本计算导则不适用于柴油－电力推进、透平推进或混合式推进系统的船舶。”该项声明和MARPOL附则VI第四章REG.19.3相一致。因此，该计算导则不适用于30000m3LNG运输船。

2 等效功率算法

“导则”中的EEDI算法无法适用于电力推进船舶的一个主要原因是难以确定用于能效计算的船舶功率。根据 “导则”，船舶功率总布置及用于计算EEDI的功率如图1所示。图1中用虚线包罗的范围是用于计算EEDI的功率。分为推进功率（轴功率）和辅机功率两大部分。对推进功率（轴功率）有贡献的包括主柴油机PME和轴马达（柴油-电力推进PP-TI），而轴带发电机PTO功率PPTO，则应扣除。这些均从EEDI公式中反映出来。辅机功率用经验公式计算，不包括不用于推进的功率，如货物维护（加热、冷藏等）、货物装卸、船舶压载等。

采用电力推进的船舶在总功率布置上与此不同，以30000m3LNG船为例，其总功率布置如图2所示。

图1 船舶功率总布置图

图2 30000m3 LNG船总功率布置图

比较图1和图2可见，采用电力推进方案的船舶如果能够确定一个等效PME的话，是可以采用《指南》的公式计算ATTAINED EEDI。对于等效PME的计算可参考 IMO/MEPC 65《Report of the Working Group on Air Pollution and Energy Efficiency》。在该报告中明确指出不论采用何种推进方式，LNG运输船均采用同一个基准线。报告中的Appendix 2给出了计算LNG运输船基准线EEDI指数的方法。该计算方法将LNG运输船的动力系统分为三类：柴油机直接推进、双燃料电力推进和蒸汽轮机推进。三种不同的推进方式有不同的PME和PAE计算公式，如表1所示。

表1 PME和PAE计算公式

当LNG运输船的推进方式为双燃料电力推进，PME的计算可采用以下公式：

式中：MPP（i）——主机MCR的66%；

ηElectrical（i）——电力系统效率，该船约为91%

对于PAE，“导则”中明确指出为保障船舶在正常海况下以船速（Vref）和最大载运能力（Capacity）营运所需的辅机功率，包括推进机械/系统和船上生活（如主机泵、导航系统和设备及船上起居）所需的功率，但不包括用于非推进机械/系统（如侧推、货泵、起货设备、压载泵、货物维护如冷藏和货物处所通风机等）的功率。对于LNG运输船，PAE采用不同算法的原因是不同推进方式导致自然蒸发气的处理方式不同。该船可以采用表1中的公式进行计算。

在PME和PAE都确定的情况下完全可以采用“导则”中的公式计算ATTAINEDEEDI。电力推进等效的EEDI功率布置图如图3所示。图3中虚线框内部分为用于EEDI计算的功率。

图3 30000m3 LNG船等效功率布置图

3 船速及载运能力

根据“导则”定义，不同船型的载运能力（Capacity）定义如下：对散货船、液货船、气体运输船、滚装货船（车辆运输船）、滚装货船、冷藏货船、杂货船、兼用船和近海供应船，用载重吨（DWT）表示；对客船和客滚船，用1969国际吨位丈量公约附则I第3条定义的总吨（GT）表示；对集装箱船，Capacity参数应以70%DWT表示。

船速是指在假定无风无浪的气象条件下，在本文第2节中主机轴功率时以及上诉定义的载运能力（Capacity）下的深水中航速；其单位为节（kn）。对于客船和客滚船而言，其载运能力应对应于夏季载重吃水。

30000 m3LNG运输船属于气体运输船，按“导则”规定，其载运能力对应于夏季载重线吃水的载重吨。我们认为这是值得商榷的。EEDI计算的目的是为了衡量一个船型的能耗性能，并且作为船舶排放控制的重要指标，因此有必要计算其最常用运营模式下的EEDI。作为布置地位型的船舶，其常用运营模式一般在其设计吃水而非最大的夏季载重线吃水。这一思想已经被落实到集装箱船上，但是却忽略了气体运输船特别是采用C型独立液货舱的液化气船也是典型的布置地位型船舶。

以多用途乙烯船为例，其货物品种的相对密度从0.5至0.98，其设计吃水和夏季载重线吃水可以相差多达2 m。很显然，作为高附加值船舶，乙烯船显然主要是用于乙烯运输的，其相对密度仅为0.56，这往往也是该船型的设计吃水。船舶的线型设计及衡量标准都会以这个吃水作为优化点，因此EEDI的计算点设置在设计吃水更加符合船舶实际运营情况。

4 实船试算

对30000m3LNG运输船ATTAINED EEDI进行试算，计算输入文件如表2所示，计算结果如表3所示。

从表3可知，30000m3LNG运输船的ATTAINED EEDI指数为13.791，基准值为22.650，该船比基准值低39.1%，达到了IMO第三阶段的指标。考虑到基准线是由机械推进船舶统计得出的，而电力推进和机械推进相比有9%左右额外的效率损失，该船的实际能耗表现要比计算值更优秀。这也从另一个侧面验证了MARIN对该船线型的高度评价。

表2 计算输入数据表

表3 EEDI计算结果

5 结语

能效指标是造船界的一个热门话题。同样，双燃料电力推进也是业界关注的前沿技术。现有的法规将电力推进船舶排除在能效指标计算的要求之外。而事实上，选择电力推进系统的船东往往是高端用户，更加注重环保节能和社会效益。因此，探讨电力推进船舶的能效指标计算是有现实意义的。本文通过对正在设计的实船进行能耗分析，提出了电力推进船舶能耗计算的一些想法，可供造船同行参考。

［1］林建辉，陆晟.小型 LNG船推进方案综述［J］.船舶与海洋工程，2012（3）：56-59.

［2］中国船级社.绿色船舶规范［S］.北京：人民交通出版社，2012.

［3］IMOMEPC.Amendments to MARPOLAnnex VIon Regulations for the Prevention of Air Pollution From Ships By Inclu sion of New Regulations On Energy Efficiency for Ships［S］.IMO 2011.

［4］IMOMEPC.Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index （EEDI） for New Ships［S］.IMO 2012.

［5］中国船级社.船舶能效设计指数（EEDI）验证指南［S］.北京：人民交通出版社，2012.