小型油船散货船EEDI衡准问题分析

国际海事组织(IMO)在MEPC第62次会议上正式推出了船舶能效设计指标(EEDI)标准，经过10多年的推进完善，目前EEDI已经成为船舶设计的基本指标。EEDI指数表征的是船舶运输单位载重吨货物航行单位海里时CO2的排放量，根据IMO要求，新造船舶的能效指标EEDI指数按阶段递减，至2025年，主要大型船舶的EEDI指数需下降30%。对于小型船舶，由于船舶自重较大，机器单位油耗较高等原因，EEDI下降指数要求由线性插值确定，对于不同船型，EEDI下降指数进行线性插值的区间也各有不同。对于插值区间下限，EEDI指数要求下降指标为0%，对于插值区间上限，EEDI下降指数根据阶段的不同，分别取各阶段EEDI指数下降值的上限。随着EEDI各阶段要求的生效，EEDI指数下降要求成倍增长，导致接近载重量上限的船舶EEDI指数要求与接近载重量下限的船舶EEDI指数要求差异越来越大(见图1和图2)，由此就会产生EEDI计算中的一个矛盾：同一型船舶，增加吃水时，载重量增加，EEDI指数下降，能效水平提高却无法满足EEDI指数要求，减小吃水时，载重量减小，EEDI指数增加，能效水平降低，但由于EEDI指标要求放宽，却可以满足EEDI指数要求，这种情况显然是与EEDI设定的初衷相违背的。本文主要就小型油船(4000吨≤载重量＜20000吨)和小型散货船(10000吨≤载重量＜20000吨)两种船型在设计中遇到的计算EEDI指数与相应衡准要求的合理性进行分析。

船舶EEDI衡准

1.EEDI基准线

EEDI标准制定之初，其基准线的划定就是依据大量船舶数据样本，按照载重量或总吨以指数形式进行统计回归而成，基本公式为：

对于上述两种船型，EEDI基线值计算中各数值取值见表1。

表1 油船和散货船EEDI基线值参数

2.EEDI要求值

对于上述两种船型，不同阶段下要求达到的EEDI指数值折减系数见表2，对于中间部分载重量对应的EEDI折减值由线性插值确定，由此计算的各阶段下对应的EEDI要求值见图1和图2。

表2 油船和散货船EEDI不同阶段折减要求

图1 油船各阶段EEDI要求值

图2 散货船各阶段EEDI要求值

3.EEDI简化公式

对于常规设计的无限航区航行的油船和散货船，航行工况比较单一，多为单机单桨驱动，通常为定螺距螺旋桨，不设轴带发电机或轴马达等，主机功率一般都小于10000kW，因此其EEDI指数计算公式可进行简化为：

其中，C是系数，对于某特定船舶，C为定值；MCR是船舶的主机装机功率，单位为kW；DWT是船舶的载重量，单位为吨；Vref是船舶满载状态下，主机75%MCR功率下对应的船舶航速，单位为kn。

EEDI衡准合理性

1.EEDI指数比值

为表征船舶增加或减小吃水时EEDI满足情况的变化趋势，引入计算得到的EEDI指数和要求的EEDI指数之间的比值：

要求的EEDI指数为载重量的连续变化函数；在小范围载重量区间内，载重量变化可视作同一型船吃水变化引起，此时主机功率及油耗不变，计算的EEDI指数为载重量和航速的连续变化函数。

2.载重量假定

通常增加吃水，船舶的空船重量也会相应增加，根据Fairplay数据库(2017)中已有船舶的数据，以所研究船型的载重量范围内的船舶作为样本区间，船舶排水量和载重量线性拟合度较高(见图3和图4)。EEDI计算中，假定在局部载重量区间范围内，增加吃水，船舶的载重量增加，对应的船舶的排水量按照拟合的线性比例关系增加。

图3 油船排水量与载重量变化趋势

图4 散货船排水量与载重量变化趋势

3.航速假定

船舶航速与载重量通常并没有直接关系，对于特定船型，其排水量为 ，EEDI功率下的航速为初始速度 ，吃水变化后，船舶的排水量变化为 ，航速变化为 ，假定在局部排水量变化区间范围内，船舶的尺度是近似的，此时排水量变化后的船舶航速可按照海军系数法进行估算。

其中，P是主机功率，单位为kW；V是主机功率P对应下的航速，单位为kn；Δ是船舶排水量，单位为t。

通过上述两个假定条件，就可以将船舶排水量、船舶航速及主机功率均与船舶载重量关联起来。由此也可以得到局部小范围载重量区间内，计算得到的EEDI与载重量的连续变化函数。

4.EEDI指数比值计算结果

根据上述载重量和航速两个假定条件，局部小范围载重量区间内，EEDI指数比值 也为载重量的连续函数，如果比值 随着载重量增加而减小，说明在所研究载重量区间范围内，增加吃水更容易满足EEDI要求，如果比值 随着载重量增加而增加，说明在所研究载重量区间范围内，增加吃水则更难以满足EEDI的要求，这种情况显然是与EEDI设定的初衷相相违背的。

EEDI指数比值计算中，首先将载重量区间划分为多个小范围载重量区间，以表征某一型船舶吃水变化引起的载重量变化，在某一划定的小范围载重量区间内，假定采用同一型主机，设定主机额定功率相同，船舶排水量根据载重量假定同载重量呈线性变化，EEDI功率点对应的航速依照航速假定按照海军系数法进行换算。分别计算油船和散货船得到的EEDI指数值与各阶段EEDI要求值之间的比值(见图5和图6)，将各载重量区间内的EEDI比值变化趋势线端部按照比例换算，连接成光滑曲线，见图7和图8。

图5 油船EEDI比值变化趋势线

图6 散货船EEDI比值变化趋势线

图7 油船EEDI比值变化趋势线(端点连接后)

图8 散货船EEDI比值变化趋势线(端点连接后)

由图5和图7可见，对于载重量4000吨和20000吨之间的油船，计算得到的EEDI指数同第1阶段和第2阶段EEDI要求值之间的比值，随着载重量的增加而减小，对于同一型船舶而言，相当于船舶增加吃水，载重量明显增加，对应的航速略有降低，船舶的能效水平得到了明显提升，这种情况符合EEDI设定初衷。而到2025年之后，船舶EEDI要求达到第3阶段的排放要求，计算的EEDI比值出现了明显拐点，对应的载重量约为13000吨，这意味着，对于载重量大于13000吨的油船，增加船舶吃水时，虽然计算的EEDI指数降低，船舶能效水平提高，但有可能仍无法满足EEDI要求，而降低船舶吃水，载重量减小，船舶能效水平降低，反而有可能可以满足EEDI的衡准要求，这种情况显然是与EEDI的设定初衷相违背的。

对于载重量10000吨至20000吨之间的散货船，EEDI指数比值变化趋势线见图6和图8。由图可见，对于EEDI基线要求和第1阶段要求，EEDI指数比值随着载重量增加呈下降趋势，说明船舶增加吃水，载重量增加，能效水平提高，这种情况是符合EEDI设定初衷的。而进入EEDI指数要求第2阶段和第3阶段，EEDI指数比值随着载重量的增加而增加，说明在整个区间范围内，增加船舶吃水时，载重量增加，虽然船舶能效水平提高，却仍然有可能无法满足EEDI的要求，而减小吃水，载重量降低，船舶的能效水平降低，反而有可能满足EEDI的衡准，这种情况显然是与EEDI的设定初衷相违背的。

关于EEDI指数衡准问题，一直以来都是业界争议的重点内容，本文从EEDI设定的初衷出发，引入得到的EEDI指数与要求的EEDI指数比值，通过比值分析船舶EEDI满足情况随载重量的变化趋势，可以发现由于EEDI指数要求提高的不对等性，导致船舶设计中实际会出现一些与EEDI设定初衷相违背的情况出现，随着EEDI第3阶段实施日期的日益迫近以及IMO逐渐将第4阶段排放要求提上日程，类似情况愈发凸显，侧面也反映出目前的EEDI衡准要求在小型船舶应用上具有一定的不合理性，还有待进一步完善。