使用双燃料推进系统船舶的EEDI计算探讨

柳梦源，柳卫东，郭 峰，殷景旺

（江南造船（集团）有限责任公司 开发研究部，上海 201913）

0 引言

37500m3LEG运输船是江南造船（集团）有限责任公司完全独立自主研发的全球最大型液化乙烯气体运输船，该船在设计时主要针对美欧航线，秉承环境友好、绿色经济的理念考虑选用了双燃料推进系统的方案。

船舶能效设计指数（EEDI）是衡量船舶能效水平的一个指标，简单来说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。其分母表示船舶规定的航速与容量之乘积，而分子可概括为两部分，第一部分为主辅机所消耗燃料与碳转换系数之乘积，第二部分为采用新的节能技术减少燃油消耗所带来的CO2减排量[1]。

最新的EEDI计算导则还没有关于使用双燃料推进系统船舶的EEDI计算法，本文以37500m3LEG运输船为例探讨该类型船舶的EEDI计算方法。

1 导则中的EEDI计算方法

根据MEPC63会议上通过的《2012年新造船达到的能效设计指数（EEDI）计算方法导则》上给出的计算公式[2]：

* 如果部分的正常最大海上负荷由轴带发电机提供，SFCME和CFME的这部分功率可以由SFCAE和 CFAE代替。**如果 PPTI(i)＞0，SFCME · CFME 和 SFCAE · CFAE 的加权平均值用于计算 Peff。

1.1 公式解读[3]

1.1.1 分子部分

表示船舶航行过程中消耗燃油所转换成的CO2排放量；

第一部分：船舶以一定航速运输一定装载量主机所消耗的燃油转换成的CO2排放量；

第二部分：为保证主机在第一部分所述的状态下工作辅机所消耗的燃油转换成的CO2排放量（包括船员生活用电）；

第三部分：当船舶设有轴马达所贡献的轴功率减去如废热回收系统等节约的功率与辅机燃油消耗之乘积所转换成的CO2排放量；

第四部分：采用新的节能技术减少的燃油消耗所转换成的CO2排放量。

1.1.2 分母部分

船舶的载重量（Capacity）与该载重量下的航速（Vref）的乘积，并考虑了因技术和规范要求对Capacity的限制系数fi和恶劣海况对航速的限制系数fw，以及化学品船和LNG运输船的立方体积修正系数fc。

1.2 转化系数

公式中的CF是无量纲转化系数，基于含碳量将燃料的消耗量转化为CO2的排放量。2012导则中给出了不同燃料所对应的CF值（见表1）。

表1 不同燃料所对应的CF值

由表1可以看出LNG的CF要明显小于燃油的CF，这意味着如果燃油的单位消耗量与LNG的单位消耗量相同时，用LNG作燃料的能效指数要明显优于使用燃油。

1.3 辅机功率

PAE指在为保障船舶在正常最大海况下以Vref航速和最大设计装载工况（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，但不包括非用于推进的机械/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风机）的功率；在计算货船的EEDI时，不使用船舶实际辅机功率，而采用以下经验公式计算。

1) 对于总推进功率≥l0000kW的货船：

2) 对于总推进功率＜l0000kW的货船：

1.4 主机功率

PME(i)为每台主机的额定装机功率（MCR）减去轴带发电机功率（PPTO(i)）后的75%，且最大允许减去的功率不应大于PAE。

1.5 载重量与航速

对于散货船、油船、液化气船、货物滚装船、杂货船、冷藏运输船和兼装船来说，Capacity用载重量表示；对于客船和客滚船，用1969国际吨位丈量公约附则I第3条定义的总吨表示；对集装箱船，用70%载重量（DWT）来计算，载重量是指在密度为1.025的海水中夏季载重吃水排水量与空船重量之差。

航速Vref是指无风无浪条件下，主机在PME功率以及设计装载工况（Capacity）下的航速。

2 燃油及燃气模式的EEDI计算

37500m3LEG运输船采用的是MAN B&W的双燃料主机，2台单燃油发电机，2台双燃料发电机，在实际运营过程中，燃油模式是主机及4台发电机均使用低位热值LCV为42700kJ/kg的燃油，燃气模式为主机及2台双燃料发电机使用LNG，按EEDI计算导则要求燃气消耗量需要由kJ/kWh的测量单位用低位热值为48000kJ/kg的LNG换算为g/kWh的测量单位，这样使用LNG作燃料的燃气消耗量与使用燃油的燃油消耗量的测量单位可以保持一致。

在燃油模式和燃气模式中，辅机功率都是按导则给出的经验公式由主机功率计算得到，并非实际的辅机功率，而燃油模式的2台单燃油发电机和2台双燃料发电机的辅机油耗需按照辅机的实际功率加权得到，表2为37500m3LEG运输船的主机发电机在燃油模式及燃气模式时的功率、油耗等参数。

表2 燃油模式及燃气模式的主机发电机参数

根据导则给出的计算公式，可以分别计算出燃油模式及燃气模式的实际EEDI指数，以及按导则要求按液化气船的参数计算出37500m3LEG运输船要求的EEDI指数（见表3）。

表3 EEDI计算结果

由上表可以看出无论是燃油模式或是燃气模式该船的EEDI指数都十分优异，不过燃气模式情况下的EEDI指数要比燃油模式的更小，即燃气模式下该船的能效会更好。

3 双燃料EEDI加权方法探讨

作为使用双燃料推进系统的船舶，采用燃油模式或是燃气模式计算出来EEDI显然都不能够代表该船所能达到的能效指数，但目前导则上还未提供对于此类型船舶能效指数的计算方法，考虑到使用双燃料推进系统的船舶既会布置足够的燃油储存舱来保证在仅使用燃油的情况下正常航行，也会配置 LNG储存罐保证在仅使用清洁能源LNG的情况下正常航行，在计算双燃料推进系统船舶的EEDI指数可以考虑用燃油舱和LNG罐的舱容加权计算总的EEDI，也可以用分别使用燃油和LNG的续航力进行加权。

3.1 舱容加权法

37500m3LEG运输船燃油舱包括日用柜和沉淀柜的净舱容为1832.5m3，柴油舱包括日用柜和沉淀柜的净舱容为243.8m3，LNG储存罐的净舱容为2322.9m3，如考虑依据燃油舱和LNG罐的舱容来加权船舶的EEDI指数，则该船的EEDI应如式（4）计算所得：

但若考虑到LNG的密度≈0.44t/m3，明显小于燃油的密度0.98t/m3及柴油的密度0.85t/m3，而双燃料的主机LNG气耗却并不比油耗小，故考虑依据燃油舱和LNG罐经密度修正的舱容来加权船舶的EEDI指数会更为合理，则该船的EEDI应如式（5）计算所得：

3.2 续航力加权法

在考虑航速为16.3kn及3d的裕度的情况下，主机及发电机都采用燃油模式运行的续航力为20000n mile，若主机及发电机均采用燃气模式运行的续航力为约14000n mile，如考虑依据采用燃油模式和采用燃气模式的续航力来加权船舶的EEDI指数，则该船的EEDI应如式（6）计算所得：

4 结 语

按计算结果来看，用舱容加权法计算得到的EEDI数值要大于用续航力加权法计算得到的，但二者的差距不大。不过，考虑到EEDI是反映一条船的能效水平，显然用续航力加权法所计算出的双燃料推进系统船舶的EEDI指数更为客观地从能效的角度对两种模式下的EEDI指数进行了加权，我认为更加能够反映双燃料推进船舶所能够达到的EEDI指数。

船舶能效设计指数（EEDI）自第56届MEPC会议以来一直是造船业的热门话题，发展至今也在不断进行完善，而双燃料推进系统也是近年来绿色船舶所热爱采用的新技术，目前版本的EEDI计算导则并未包括对此类型船舶的计算公式，文中以一个采用了双燃料推进系统船舶的计算实例建议可以按导则中的公式分别计算燃油模式及燃气模式下的EEDI指数，然后根据两种模式的续航力进行加权的方法来得到可以反映整个船舶的EEDI指数，可供造船同行参考。

[1] 张丽瑛. 船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响[J]. 中国水运，2011, 11 (1)： 1-3,5.

[2] MEPC 63/23. Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index (EEDI) for New Ships,2012.

[3] 柳卫东，陈 兵. 新造船能效设计指数及其对船舶设计的影响[J]. 船舶工程，2010, 32 (2)： 17-21.