京杭运河营运船舶能效限值标准的适应性分析

叶江波 翁方勇

摘要：受通航环境的限制，京杭运河船舶的长宽比小、方型系数大，阻力和推进性能较差，船舶的燃料消耗及CO2排放指标难以达到《内河运输船舶标准船型指标体系》的强制性要求。根据船舶能效限值评估方法，计算京杭运河典型代表船型的功率航速、燃油消耗及CO2排放指标，分析京杭运河船舶现行能效限值标准存在的问题，提出建立标准船型指标体系动态维护机制的建议。

关键词：京杭运河；标准船型；指标体系；能效限值；燃油消耗；CO2排放

Adaptability analysis of the energy efficiency limit standard for operating vessels on Beijing-Hangzhou Canal

Abstract： Restricted by the navigable environment，the vessels on Beijing-Hangzhou Canal present the condition of small aspect ratio，large square coefficient， poor resistance and propulsion performance，so the fuel consumption and CO2 emission index can not meet the mandatory requirements of the standard ship type index system for inland vessels.Calculating the power speed，fuel consumption and CO2 emission indicators of the typical representative vessels on Beijing-Hangzhou Canal according to the evaluation method of energy efficiency limit and analyzing the existing problems of current energy efficiency limit standard，to propose the dynamic maintenance mechanism of standard ship type index system.

Key words： Beijing-Hangzhou Canal； Standard Ship Type； Index System； Energy Efficiency Limit； Fuel Consumption； CO2 Emission

一、引言

2012年交通運输部公布了《内河运输船舶标准船型指标体系》，对新建400总吨以上的内河干散货船、集装箱船、油船的燃料消耗及CO2排放指标提出了强制性要求，并规定按照中国船级社发布的《内河船舶能效设计指数（EEDI）评估指南》进行计算评估。京杭运河作为我国“两横一纵”水运大动脉中的“一纵”，在内河航运中占有重要的地位。运河船舶因受航道和桥梁的限制，其长宽比小、方型系数大，船型呈短肥特征，故阻力性能和推进性能较差，导致燃油消耗及CO2排放水平难以达到能效限值标准，既影响船东新建船舶，也影响船检机构的执法，因此需要进行适应性分析。

二、典型代表船型

历经多年的发展，京杭运河南段1000总吨以下的内河营运船舶基本上形成了如表1所列的几种典型船型。

三、代表船型能效水平

（一）船舶能效计算方法

按照中国船级社发布的《内河船舶能效设计指数（EEDI）评估指南》，船舶的能效设计指数（EEDI）按下列公式进行计算。

从EEDI计算公式可以看出，确定船舶的功率～航速是计算EEDI的关键。

（二）代表船型的功率航速预报

针对表1和表2中的典型代表船型，按照船机桨匹配原理进行了航速预报，计算结果汇总列于表3、表4。

（三）代表船型的能效指标校核

按标准船型指标体系要求和中国船级社颁布的能效设计指数（EEDI）方法，对表1、表2中的典型代表船型，按表3、表4功率航速计算结果，校核其在75%的额定功率状态的能效水平，计算结果汇总列于表5。

四、代表船型能效适应性分析

分析表5表列结果可见，对于京杭运河现有的典型代表船型，若按2012年颁布的交通部行业标准和内河船舶EEDI评估指南进行能效校核，除64TEU集装箱货船接近标准要求、西线64TEU集装箱货船能够满足标准要求外，其余8种船型的燃料消耗指数和CO2排放指数均超过标准规定限值的40%～60%，整体反映出对现行标准的不适应性，因此，需要对能效限值标准的适应性进行分析。

（一）能效限值标准的制订方法

能效限值标准代表了相应类型船舶的EEDI平均水平，要求新造船舶的EEDI值低于能效限值，即新造船舶的能效水平高于现有船舶的平均能效水平。制订能效限值标准的目的是提供一种公平的比照基础，从总体上促进开发效率更高的船舶，并根据船型和尺度设定新船的最低效率。

能效限值标准的制订过程如下：（1）在海事系统数据库中提取与船舶能效相关的船舶参数数据，并进行数据样本的预处理；（2）异常数据处理，分别按依据“3σ”准则和“格拉布斯”准则提出数据异常的样本；（3）划分计算吨位区间，并确定每个区间的代表吨位；（4）根据各吨位区间内船舶的EEDI值，将满足设定通过率要求的EEDI值确定为该吨位区间的分位点；（5）以各吨位区间内的代表载重吨为横坐标，设定的通过率要求的EEDI值分位点为纵坐标，利用最小二乘法拟合出乘幂函数曲线，以此作为限值线；（6）将拟合得出的曲线与原始数据点进行对照，验证满足要求的船舶数量是否达到设定的通过率要求，如满足，则该限值线即是给定通过率下的限值标准，如不满足，则调整分位点数据重新计算直至满足。

（二）能效限值标准的数据可靠性分析

基于海事系统的船舶样本制订的能效限值标准和能效水平的统计显示京杭运河营运船舶能够适应当前的能效限值标准，但上述的京杭运河典型代表船型的能效计算却大部分不满足现有能效限值标准。为此，本文在海事系统数据库中筛选出了6种典型代表船型的数据样本，结果见表6。

从表6与表1、表2的对比可发现，同样主尺度的船型，配备的主机功率却差别很大。对表6的船舶根据其主尺度、螺旋槳和主机配备进行船机桨匹配计算，发现在其给出的设计航速下，配备的主机无法满足要求，其所需的主机功率在配备主机功率的1.9～2.7倍，表明了采集的数据样本存在“大机小证”现象。从数据样本的统计看，这种现象不只是存在于个别样本，而是在较多样本中都存在，因此在数据处理时无法通过数据筛选规则对其进行剔除，从而导致船舶样本的整体能效值减小，使能效限值标准与真实的营运船舶的能效水平不适应。

五、结语

由于能效限值标准是依据现有船舶样本计算统计得出的，而现有船舶样本存在“大机小证”现象，且随着船舶的发展以及指标体系的实施，船型和能效水平都会发生变化，因此会导致限值的适用性变差，为解决此现象，建议建立能效限值标准的维护机制：

1.收集统计真实的营运船舶的数据，去除“大机小证”的数据样本；

2.定期（3年或5年）对指标体系的适用性进行评估；

3.为体现船舶样本的时效性，定期维护时将新造船数据纳入样本范围，并将船舶样本的涵盖固定为10年；

4.采用相同的分析方法重新制定指标体系限值，并公布实施。

参考文献：

[1]MEPC 62/6/4. Calculation of parameters for determination of EEDI reference values[S]. 2011.

[2]MEPC212（63）. 2012 guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index（EEDI）for new ships[S].2012.

[3]交通运输部. 内河运输船舶标准船型指标体系[S].2012.

[4]中国船级社. 内河船舶能效设计指数EEDI评估指南[S].北京：人民交通出版社，2012.

[5]刘桂杰， 郭春雨， 李茂华，等. 船舶阻力图谱计算与模型试验结果比较分析[J].中国舰船研究， 2014（3）：38-42.

[6]郭春雨， 陈月钢， 王成尧，等. 肥大型船舶实效伴流分析及预报[J].船海工程， 2014（4）：47-50，54.