某船满足能效设计指数要求的探讨*

薛树业 陈泰山

一、引言

2011年7月，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）通过了第一套提高新建船舶能效的强制性措施，即在MARPOL公约附则Ⅵ中纳入船舶能效规则，新造船的能效设计指数（Energy Efficiency Design Index，EEDI）第0阶段从2013年1月1日起生效。2018年4月，《IMO船舶温室气体减排初步战略》确定将继续实施EEDI后续阶段以降低船舶碳强度。2021年6月，IMO通过了包含基于目标的强制性技术和营运措施的 MARPOL公约附则Ⅵ修正案，其中要求计算现有船舶能效指数（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）。

EEDI与EEXI的计算框架一致，EEXI中各参数的取值和验证条件较EEDI更加灵活且有所放宽。海上环境保护委员会（Marine Environment Protection Committee，MEPC）335（76）号决议《2021年为符合EEXI要求采用的轴/发动机功率限制（SHaPoLi/ EPL）系统和储备功率使用导则》提到“注意到EEDI框架下关于新船上SHaPoLi / EPL系统的导则目前正经MEPC审议，考虑到对现有船的环境和技术限制，经MEPC审议，可将在EEXI和EEDI框架下的这些导则综合成一套导则”。由此预计EEDI与EEXI两套框架和技术要求会走向高度的融合。[1]

根据MARPOL公约附则Ⅵ2021年修正案及EEDI、EEXI的计算和验证相关导则，基于EEDI和EEXI两套框架和技术要求相互融合的原则，以某一新建液货船为例，本着其Attained EEDI计算依赖于EEXI计算导则的需求，探讨其能效设计指数相关参数计算问题，使其满足Required EEDI和Required EEXI，从而符合MARPOL公约附则Ⅵ关于EEDI和EEXI的要求，供船舶所有人、船舶经营者等相关方参考。

二、船舶概况

X船的建造合同签于2011年之前，即船舶能效规则出台之前，且安放龙骨时间亦在2011年之前，随后由于种种原因没有交船，直到最近两年开始重新建造，计划于2024年前交付。X船由于建造时并没有能效相关要求，没有做过模型试验，因此在设计阶段无法通过计算得到Attained EEDI值，而在交付前对该船做了EEDI吃水和海况下的试航测试。用于计算X船Attained EEDI的参数见表1，X船的船舶类型为液货船，在计算Attained EEDI时其主机、副机燃油类型均为船用重柴油。

表1 X船EEDI计算的参数

三、计算Required EEDI

（一）参考线值

根据MARPOL公约附则Ⅵ修正案（2021）第24条第3款的规定，参考线值R的计算公式为

式中：液货船的a为1218.80，b为船舶载重吨的值，c为0.488；a、b、c均为无量纲因数。

由式（1）计算可得，X船的EEDI参考线值Rx为10.22 g/（t·n mile）。

（二）折减因数

根据MARPOL公约附则Ⅵ修正案（2021）第19条第4款、第5款的规定，以及MEPC.1/Circ.795/Rev.5《MARPOL 附则Ⅵ的统一解释》1.2.2段的解释，“在2015年1月1日前签订造船合同，并于2019年1月1日至2023年1月1日间交船”的船舶能效削减阶段为第1阶段，由此确定X船的能效削减阶段为第1阶段。根据第24条第2款的规定，采用线性插值方法，计算得到X船的EEDI折减因数为8.75。根据第25条第1款EEXI的相关规定，采用线性插值方法，计算得到X船的EEXI折减因数为17.5。

（三）Required EEDI的计算

根据MARPOL公约附则Ⅵ2021年修正案第24条第1款的规定，Required EEDI的计算公式为

式中：Y为船舶的EEDI折减因数，无量纲。

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

由X船的EEDI、EEXI折减因数计算出的Required EEDI、Required EEXI可知，X船的Required EEXI要严于Required EEDI。因此，为保证X船在2023年1月1日之后同时满足Required EEXI、Required EEDI，X船的Attained EEDI须小于等于其Required EEXI，而不是小于等于其Required EEDI。

四、计算Attained EEDI

根据《2018年新船达到的EEDI计算方法指南》（以下简称《EEDI计算指南》），基于X船在EEDI吃水和海况下的试航航速以及表1中X船的相关参数，计算X船的Attained EEDI。

75%MCRME的主机功率PME=MCRME×0.75=5625kW。EEDI吃水和海况下的副机功率PAE=MCRME×0.05=375 kW。采用每台副机50%MCR下的单位燃油消耗量的功率加权平均值计算副机功率PAE下的单位燃油消耗量SFCAE为

X船的Attained EEDI分别超出Required EEDI、Required EEXI的20.21%、32.96%，因此X船的Attained EEDI严重不满足Required EEDI、Required EEXI，须对其采取相关措施以符合要求。

五、符合要求的Attained EEDI的计算

根据《2021年现有船舶达到的EEXI计算方法指南》（以下简称《EEXI计算指南》）和《2021年为符合EEXI要求采用的轴发动机功率限制系统和储备功率使用导则》，基于EEDI和EEXI两套框架和技术要求相互融合的原则，采取对X船限制主机功率（Engine Power Limitation，EPL）的方法，使其Attained EEDI至少降低32.96%，以满足其Required EEDI、Required EEXI。根据MEPC.1-Circ.850-Rev.3《船舶在恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率确定导则》，由于X船的夏季载重线吃水的载重吨不足20 000 t，因此其不适用该导则，即若X船为满足Required EEDI、Required EEXI而采取EPL的措施，无须考虑计算船舶在恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率。副机功率PAE维持不变，仍按照《EEDI计算指南》2.2.5.6计算。

采取EPL方法得到符合要求的Attained EEDI的关键在于获取限制的主机功率、单位燃油消耗量，以及经限制的主机功率下的参考航速。对于X船，可通过《EEXI计算指南》2.2.4中给出的方法获取主机单位燃油消耗量，通过2.2.3.3和2.2.3.5中设定情况下给出的方法获取参考航速，从而确定符合要求的限制的主机功率及其他参数。

（一）主机单位燃油消耗量的计算

《EEXI计算指南》2.2.4规定，如果安装可越控轴/发动机功率限制系统，应使用经批准的主机NOx技术文件中包含的适用试验报告中列出的单位燃油消耗量，内插计算相对应的单位燃油消耗量。X船在采取EPL措施后的PME必然低于75%MCRME（PME），基于表1中主机25%MCRME、50%MCRME、75%MCRME的单位燃油消耗量符合线性关系，采用线性内插法计算PME对应的SFCME，计算公式为

（二）方法1计算符合要求的Attained EEDI

《EEXI计算指南》2.2.3.3规定，对于不属于EEDI要求范围的船舶，但试航报告中包括其在《EEDI计算指南》2.2.2规定的EEDI吃水和海况下的试航结果（可能已经经过水池试验修正），参考航速可从试航报告中获得，参考航速vref计算公式为

式中：vS，EEDI为在EEDI吃水下的试航速度，kn；PS，EEDI为vS，EEDI对应的主机功率，kW。

根据《EEDI计算指南》、《EEXI计算指南》给出的Attained EEDI、Attained EEXI计算公式，在Attained EEXI相对于Required EEXI的裕度为正值，且无限接近0的条件下，利用式（4），通过多次调整PME的值，对MCRME进行限定，得到相应PME下的vref，同时计算得到限定功率（MCRME，lim）、SFCME。通过式（4）获取参考航速进而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法称为方法1。

通过方法1，为使X船同时满足Required EEDI、Required EEXI，应对MCRME进行限定，符合要求的相关参数见表2。

表2 采用方法1后获得的符合要求的相关参数

对于采用EPL措施计算符合要求的Attained EEDI，MCRME，lim是按照《EEDI计算指南》取PME/0.75，还是按照《EEXI计算指南》取PME/0.83是值得研究的：如果取PME/0.75，可能意味着需要对主机功率做永久限制；如果取PME/0.83，意味着不需要对主机功率做永久限制。前者对于船东较为有利，因为这样计算下来可获得较大的限制功率，从而获得较高的最大航速，提高营运效率；后者对船舶安全更为有利，虽然最大航速较低，但可使船舶有较多的储备功率。

（三）方法2计算符合要求的Attained EEDI

《EEXI计算指南》2.2.3.5规定，如无航速-功率曲线或试航报告中不包含EEDI或设计装载吃水工况时，vref近似取vref，app的值，从航速和发动机功率分布的统计均值获得，vref，app的计算公式为

式中：vref，agv为给定船型和船舶尺寸的航速分布的统计均值，kn，vref，agv=A×BC，A、B、C的值见《EEXI计算指南》附录给出的参数，均为无量纲因数；mv为船舶的性能裕量，kn，应为vref，agv的5%或1 kn，取较低者； MCRavg为主机MCR分布的统计均值，kW，MCRavg=D×EF， kW，D、E、F的值见《EEXI计算指南》附录给出的参数，均为无量纲因数。

通过式（5）获取参考航速进而采取EPL措施得到符合要求的Attained EEDI值的方法称为方法2。通过方法2，为使X船同时满足Required EEDI、Required EEXI，应对MCRME进行限定，符合要求的相关参数见表3。

表3 采用方法2后获得的符合要求的相关参数

（四）X船符合要求的Attained EEDI

由于X船之前的EEDI吃水和海况下的试航报告尚未批准，且此次试航的几个功率点未包含经限制的主机EEDI功率点，方法1可能不被验证方认可，而方法2较容易被验证方认可。因此采用方法2替代水池试验，来确定主机EPL后的参考航速，从而得到X船符合要求的Attained EEDI的值，见表3。

比较方法1和方法2获取的参考航速，方法2的参考航速较为保守，值也较低，对船东不利，而方法1的参考航速可能过高。后续可通过在方法1和方法2获取的参考航速的主机工况点进行试航验证，从而获取X船符合要求的最终的Attained EEDI。

六、总结与展望

根据MARPOL公约附则Ⅵ2021年修正案和EEDI、EEXI相关计算导则，基于EEDI和EEXI两套框架和技术要求相互融合的原则，探讨某船能效设计指数相关参数的计算问题，并得到该船符合公约要求的Attained EEDI。IMO对新船和现有船的EEDI与EEXI的要求，基本上将营运船舶置于同一能效水平线上，这可为后续实施的船舶营运碳强度评级以及可能的市场措施提供公平的技术竞争条件，而针对EEDI与EEXI计算方法的融合问题，如参考航速、主机限制功率、副机功率等重要参数的获取，还须IMO出台明确的技术指南，澄清相关细节，以指导相关计算。