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媒體報(bào)道邵博士科研隨筆來(lái)自于賽思億內(nèi)部學(xué)習(xí)資料，主要是邵博士給技術(shù)人員有關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)的培訓(xùn)資料，挑選有代表性的發(fā)布，與業(yè)內(nèi)的朋友共享。
背 景 介 紹
本文檔主要是對(duì)最近討論比較多的EEDI以及EEXI進(jìn)行了一些解讀。很顯然這個(gè)已經(jīng)超出了賽思億的專業(yè)水平，所以中間可能有不少理解偏差和理解較淺薄的地方，然而我們還是需要擁抱這個(gè)知識(shí)。
什么是EEDI和EEXI
EEDI的英文全稱是“Energy Efficiency Design Index”，中文名字是“新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)”，主要考察船舶消耗的能量換算成CO2排量和船舶有效能量換算成CO2排量的比例指數(shù)。EEDI指數(shù)越高，能源效率越低，主要用于考察新船。
EEXI的英文全稱是“Energy Efficiency Existing ship Index”，中文名字是“現(xiàn)有船舶能效指數(shù)”，主要用于考察已建成的船舶，考察的主要內(nèi)容和EEDI類似，但是具體的計(jì)算方法略有不同。
EEDI的定義
1 、EEDI的公式
EEDI用于衡量CO2的排放對(duì)于船舶運(yùn)力的比例，僅僅對(duì)新造船有效，用以保證新造船的設(shè)計(jì)可以滿足能效的要求。EEDI不能用于對(duì)于已造船舶的能效評(píng)估。
經(jīng)過(guò)多年的演化，EEDI形成了如下的計(jì)算公式：
1.1 EEDI的公式的分子分析
上述公式一看很晃眼，我們結(jié)合分子和分母來(lái)考察。先看分子如下：
分子由四種顏色的小公式組成，每一個(gè)小公式基本認(rèn)為是4個(gè)參數(shù)的乘積，分別是：
1、f，校正系數(shù)，無(wú)單位量綱，一般考慮了某些船型等，會(huì)有詳細(xì)的表格用以查詢，我們并不太需要糾結(jié)這些參數(shù)。
2、P，功率，單位是kW。
3、SFC，單位功率下的油耗值，單位是g/kWh。
4、CF，單位油耗下的CO2排放值，單位是t(CO2)/t(Fuel)，當(dāng)然也可以認(rèn)為是沒(méi)有量綱。
乘在一起之后，單位是g/h。
在對(duì)上述分子公式的主要下標(biāo)進(jìn)行一些解釋，總結(jié)如下：
1、ME，代表主機(jī)。
2、AE，代表日用負(fù)載。
3、PTI，輔助電推功率。
4、eff，特殊節(jié)能技術(shù)（其實(shí)我也不甚明白具體所指）。
結(jié)合上述分析，我們可以將分子公式按照顏色總結(jié)成如下的描述，即：
1、紅色部分，代表了主機(jī)的CO2排放量。
2、淺藍(lán)色部分，代表了日用電源的CO2排放量。
3、綠色部分，代表了電推的CO2排放量。
4、深藍(lán)色部分，代表了由于采用特殊的節(jié)能技術(shù)而降低的CO2排放量。
乘在一起之后，單位是g/h。
換句話說(shuō)，EEDI的公式的分子計(jì)算了船舶所有耗能設(shè)備導(dǎo)致的CO2總排放量，單位是g/h。
1.2 EEDI的公式的分母分析
再回過(guò)頭來(lái)看EEDI的分母如下：
包含了3個(gè)部分：
1、那群f，代表了各種計(jì)算時(shí)候的校正系數(shù)，無(wú)單位量綱，主要是希望EEDI可以兼顧盡量多的技術(shù)和船型，這里不做過(guò)于詳細(xì)的分析。
2、Capacity，視船型不同，代表船舶的吃水量，根據(jù)船型不同，單位可以是DWT，也可以是GT，總之最終單位是t。
3、Vref，船舶的航行速度，單位是kn（節(jié)），或者是nm/h（海里/小時(shí)）。
乘在一起之后，單位是t·nm/h。
換句話說(shuō)，EEDI的公式的分母計(jì)算了船舶的做功能力，單位是t·nm/h。
1.3 EEDI公式總結(jié)
可以看到EEDI的公式就是衡量船舶排放的CO2的量/船舶的做功能力，單位是g/tnm。
從這個(gè)單位就可以看出來(lái)，EEDI就是衡量把1t物品移動(dòng)1nm（海里）所產(chǎn)生的CO2的重量。
EEDI越大，則船舶做功的能效越好，排放越少；反之亦然。
2、EEDI的一些參數(shù)說(shuō)明
2.1 PME（主機(jī)功率）及其相關(guān)參數(shù)
PME定義為主機(jī)額定裝機(jī)功率（MCR）的75%。由于一般認(rèn)為主機(jī)不會(huì)100%負(fù)荷運(yùn)行，因此75%被認(rèn)為是一個(gè)比較公平的工作點(diǎn)。
因此CFME和SFCME都需要主機(jī)工作在75%的MCR時(shí)的油耗和CO2的排放進(jìn)行代入。
2.2 PAE（日用功率）及其相關(guān)參數(shù)
和PME類似，PAE也相當(dāng)重要，而且PAE取值會(huì)影響CFAE和SFCAE的取值，最終影響總的CO2的排放量的計(jì)算。
PAE一般根據(jù)總推進(jìn)功率來(lái)估算，根據(jù)總推進(jìn)功率大于或者小于10000kW，分別有比較嚴(yán)格的經(jīng)驗(yàn)公式可以套用。然而即便如此，經(jīng)驗(yàn)公式也有可能和實(shí)際相去甚遠(yuǎn)。所以PAE也允許根據(jù)電力負(fù)荷計(jì)算書來(lái)獲得。
2.3 CF
主要燃料的CF定義了燃燒該燃料之后向空氣排放CO2的重量，主要由燃料本身的碳當(dāng)量決定。視燃料類型的不同，CF差距很大，可以參見(jiàn)表格 1。
表格 1 主要燃料的CF參數(shù)
可以看到重油的CO2排放量小于輕燃油，輕燃油又小于普通柴油，這是令人比較驚訝的，但是總體上三者差距并不大。
如果能使用LNG，則可以在CO2的排放上有較為顯著的降低。
進(jìn)一步，如果能使用甲醇和乙醇，由于碳當(dāng)量的顯著降低，CO2的排放的下降將導(dǎo)致EEDI的計(jì)算產(chǎn)生顯著的優(yōu)勢(shì)。
2.4 SFC
SFC定義了燃料每產(chǎn)生1kWh所消耗的質(zhì)量g。SFC和很多因素都有關(guān)系。一個(gè)EEDI的計(jì)算可以參見(jiàn)表格 2。
表格 2 一個(gè)EEDI的計(jì)算例子
從表格 2可以看到，主機(jī)導(dǎo)致的SFCME和發(fā)電機(jī)組導(dǎo)致的SFCAE具有很顯著的差距，分別是165g/kWh和210g/kWh。
2.5 Capacity及其相關(guān)參數(shù)
定義為夏季滿水下的吃水，其中運(yùn)輸船用DWT（載重噸）來(lái)計(jì)算，客船或者客滾船用GT（總噸）來(lái)計(jì)算，集裝箱船用70%DWT來(lái)計(jì)算。
2.6 Vref及其相關(guān)參數(shù)
Vref定義為無(wú)風(fēng)無(wú)浪條件下，在用于EEDI計(jì)算的工況下（比如PME為75%MCR情況下）的船舶的航速。
Vref也可以在試航中獲得，并根據(jù)風(fēng)浪和負(fù)載等情況修正獲得。
3 、EEDI的標(biāo)準(zhǔn)限值和執(zhí)行階段
根據(jù)上述公式計(jì)算出來(lái)的EEDI，稱為Attained EEDI（EEDI計(jì)算值）必須要小于一個(gè)限定值才能算合格，這個(gè)限定值稱為Required EEDI（EEDI限定值）。即Attained EEDI < Required EEDI才能過(guò)關(guān)。
遺憾的是，Required EEDI是一個(gè)變化的值，說(shuō)先隨著船舶噸位的增加而越來(lái)越嚴(yán)格（當(dāng)然這是顯而易見(jiàn)的，大船總比小船污染少），更為令人發(fā)指的是，隨著時(shí)間變化，Required EEDI將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。一個(gè)Required EEDI的示意圖參見(jiàn)圖表 1。
圖表 1 EEDI在不同階段的標(biāo)準(zhǔn)
隸屬于IMO（國(guó)際海事組織）的MEPC（海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)）將Required EEDI的設(shè)定分為了3個(gè)階段，目前已經(jīng)開(kāi)始了第一階段的執(zhí)行，要求在2010年的基礎(chǔ)上進(jìn)一步下降3%。到了2050年，則Required EEDI要在2010年的基礎(chǔ)上下降30%。據(jù)說(shuō)現(xiàn)在在醞釀第四階段。
4、軸帶發(fā)電的EEDI計(jì)算
EEDI采用一種非常理性的方式計(jì)算軸帶發(fā)電的EEDI值如果我們聚焦EEDI的分子部分的紅色主機(jī)功率排放部分和淺藍(lán)色的日用電源的排放部分，則傳統(tǒng)的計(jì)算公式為：
如果主機(jī)里面有一部分功率用于PTO了。則該公式變?yōu)椋?/span>
也就是說(shuō)，能量仍然守恒的，主機(jī)節(jié)約的PTO功率被用于日用電了。然而，兩者的系數(shù)CF和SFC有區(qū)別，特別是SFC的取值，參見(jiàn)2.4的描述，兩者的差距可以達(dá)到10%~20%之間。
這是軸帶項(xiàng)目降低EEDI的主要原理。
假設(shè)軸帶的功率占據(jù)主機(jī)功率的10%，CF和SFC相差15%，EEDI可以下降1.5%。
假設(shè)軸帶的功率占據(jù)主機(jī)功率的15%，CF和SFC相差20%，EEDI可以下降3%。
EEXI的定義，以及和EEDI的區(qū)別
EEXI側(cè)重于對(duì)于現(xiàn)有船舶的能效認(rèn)定，特別針對(duì)那些生產(chǎn)較早而沒(méi)有在設(shè)計(jì)階段計(jì)算過(guò)EEDI的船舶而言。
EEXI的基本計(jì)算方法和EEDI的計(jì)算方法高度相似，即無(wú)論是計(jì)算公式還是公式所代表的含義都是完全一致的，也針對(duì)這個(gè)原因，只要EEDI已經(jīng)驗(yàn)證，并且Attained EEDI < Required EEDI，那么Attained EEDI就可以直接認(rèn)定為Attained EEXI。
就是因?yàn)閮烧吒叨认嗨?，因此這里主要提一下EEXI和EEDI的不同之處。
1、PME（主機(jī)功率）的認(rèn)定
EEDI將PME定義為主機(jī)額定裝機(jī)功率（MCR）的75%。
然而在EEXI計(jì)算中，允許對(duì)主機(jī)安裝一個(gè)非永久性的“限功率裝置”（Shaft / Engine Power Limitation），此時(shí)主機(jī)的MCR就變成了MCRlim，PME也可以定義為MCRlim的83%，兩者取小。
圖表 2 MCRlim示意圖
這個(gè)MCRlim真的是一個(gè)大殺器，本質(zhì)上給EEXI的計(jì)算提供了一個(gè)合法的降功率輸出的“后門”。我們知道P/Vref基本上呈現(xiàn)出隨著功率上升而越來(lái)越不經(jīng)濟(jì)的情況，換句話說(shuō)增加50%的功率輸出不可能得到50%航速的提升。所以法的降功率輸出計(jì)算可以顯著提升EEXI的計(jì)算值。
2、PAE（日用功率）的認(rèn)定
EEDI可以接受經(jīng)驗(yàn)公式，或者采用電力負(fù)荷計(jì)算書來(lái)認(rèn)定PAE。EEXI在此基礎(chǔ)上接受使用實(shí)際運(yùn)營(yíng)的年度平均值來(lái)認(rèn)定PAE。
EEXI還增加了郵輪和客滾船的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。
3、SFC的認(rèn)定
SFC定義了燃油消耗率，最好可以根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行插值計(jì)算。然而一些較早的船可能連臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告也不具備，此時(shí)EEXI的計(jì)算給出了一個(gè)缺省參考值。即：
SFCME ≈ 190g/kWh
SFCAE ≈ 215g/kWh
仍然，主機(jī)的認(rèn)定顯著優(yōu)于發(fā)電機(jī)組的認(rèn)定。
EEXI的SFC認(rèn)定還可以接受經(jīng)驗(yàn)證方批準(zhǔn)的由制造商提供的SFC值。
結(jié) 論
本文檔介紹了EEDI和EEXI的若干基礎(chǔ)知識(shí)，可以達(dá)到如下結(jié)論：
1、EEDI和EEXI衡量把1t物品移動(dòng)1nm（海里）所產(chǎn)生的CO2的重量，也就是船舶使用的能效指數(shù)。
2、EEDI主要用于考察新船，EEXI主要用于考察已建成船舶。
3、EEDI和EEXI的計(jì)算方式基本一致，略有區(qū)別。
4、EEDI的限定標(biāo)準(zhǔn)采用分階段執(zhí)行的方式，會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。
5、采用軸帶發(fā)電，可以降低EEDI或者EEXI幾個(gè)百分點(diǎn)。
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