EEXI与EEDI的协同与差异

现有船技术能效(EEXI)要求的制定脱胎于新造船能效设计指数(EEDI),其所适用船型也与EEDI要求一致,各船型Required EEXI的设定基本等同于2022年4月1日生效的对新造船的Required EEDI要求。船舶EEXI在计算验证方面也基本沿袭了EEDI计算导则和验证导则的框架,但与EEDI相关导则相比,船舶Attained EEXI计算参数的选取更为灵活,验证方法也更为多元。

首先,是主机功率P ME 的计算。EEXI计算中,对采用非永久性主机功率/轴功率限定的船舶,P ME 取75%(部分LNG船舶,该比例系数为83%)主机额定功率(MCR)或者83%限定后功率(MCR lim ),二者取小, EEDI的P ME 计算则仅与船舶主机MCR挂钩。对采用非永久性主机功率/轴功率限定船舶计算EEXI时P ME 对MCR lim 的比例,从MEPC 75会后通信工作组报告到ISWG-GHG 8会议报告,有了明显的改动。 在MEPC 75会后通信工作组呈报MEPC 76会议的EEXI计算导则草案中,对非永久性功率限定情况,P ME 取75% MCR lim ,与EEDI计算中P ME 对MCR的比例相同,但ISWG-GHG 8会议出于对EEDI与EEXI计算框架 “一致性”的考虑,将P ME 的计算调整为75% MCR或者83% MCR lim ,二者取小。对此,参照下图可以有个比较清晰的理解。

P ME 计算取值示意图

对EEDI船舶,见图左侧,在EEDI装载下主机额定功率(MCR)可以分为用于静水下航行的P ME (75% MCR)、用于克服风浪以保证正常商业运营的Sea margin(15% MCR)和用于恶劣海况等极端情况下保证船舶安全航行的Engine margin(10% MCR)三个部分。对采用非永久性主机功率/轴功率限定的现有船舶,按照现行导则体系要求可以在恶劣海况等极端情况下释放被限定功率(即储备功率)以保证船舶的航行安全,换而言之,对该类船舶而言其Engine margin的功能已由储备功率承担,MCR lim 中仅包括了P ME 和Sea margin两个部分(参照图1右侧)。因此,对采用非永久性主机功率/轴功率限定的船舶,P ME 对MCR lim 的占比为83%。同时,考虑到对主机功率/轴功率限定较少的船舶可能存在83% MCR lim 大于EEDI计算P ME 取值75% MCR的情况,最终EEXI计算导则中规定,对采用非永久性主机功率/轴功率限定的船舶,P ME 取75% MCR或者83% MCR lim ,二者取小。

对于这一修改,首当其冲的影响是对希望采用限定功率方式满足EEXI要求的船舶,其需要将主机功率限定在一个更小的MCR lim 上才能满足既定要求。很多评论将这一修改解读为增加了现有船满足EEXI要求的难度,其实严格来说,船舶满足EEXI要求的功率点P ME 并没有改变,改变的只是船舶日常运营可以使用的功率范围,换而言之,船舶在不释放储备功率的情况下,所能达到的最大航速变小了。相应地,船舶在实际运营中所能体现的经济价值也必然受到影响。

另一个比较显著的影响就是,对于与Required EEXI仅有些微差距的船舶,采用限定功率方法以满足EEXI要求这一选项的优先级将大大降低。根据75% MCR或者83% MCR lim 两者取小的规定,很容易可以分析出,如果船舶的限定后功率大于船舶额定装机功率的90%,EEXI计算时P ME 的取值将保持75% MCR不变,也就是说只有功率限定值小于90% MCR之后才会真正影响到船舶的Attained EEXI,但如果为了些微的EEXI变化而对主机功率做10%以上的调整,将极大影响船舶的经济性,得不偿失。

同时,需要特别强调的是,根据MEPC 75及会后空气污染和能效通信工作组的讨论来看,EEXI提出的采用限定功率方式以满足船舶技术能效要求的思路后续还将被引入到EEDI要求框架中,以解决新造船舶需同时满足EEDI要求与最小推进功率要求之间的矛盾。虽然因为时间关系本次MEPC 76未能就这一部分EEDI要求的升级修订进行详细讨论,但EEXI计算导则提出的P ME 对MCR lim 比例与P ME 对MCR比例不同的思路无疑也将被引入到EEDI计算导则中。

除了对主机功率PME取值的调整,本次会议通过的系列导则与此前通信工作组报告的另一大的区别就是扩大了数值水动力计算(CFD)方法的使用范围。在EEDI验证中,CFD方法仅可以替代螺旋桨敞水试验,以及经母型船试验结果验证后评估船舶附体对船舶快速性的影响。但是在EEXI验证导则中规定,经由验证方批准的经母型船试航或模型试验结果确认或修正的数值模型和方法可以直接作为模型试验的替代。这一规定将大大扩大CFD方法在EEXI航速计算中的应用。虽然ITTC已经就CFD方法的应用给出了建议程序,但是不同的网格划分策略、求解模式、不同软件的差异,甚至是软件使用者水平和习惯的差别都会影响到最终的预报结果。此时,验证方的判别标准就将成为某一CFD方法是否可以替代模型试验的关键因素。就如何认定可以接受的合理的CFD方法和数值模型的边界方面,部分成员国和国际组织正在积极开展相关的研究工作。可以预见的是,如果CFD方法的拓展使用为EEXI计算验证所接受,其在EEDI计算验证中的应用范围也很可能被扩展。

其实不仅仅是在CFD方法的应用上,在一些EEXI计算参数的取值上,也需要验证方对其设定边界或者进行澄清。比如,对LNG船,为避免发动机或锅炉中过量的蒸发气释放到大气中或进行不必要的热氧化而对蒸发气进行燃烧所消耗的功率,经验证方批准,可从P ME 中扣除;再比如,对辅机计算功率P AE 的计算,可以取EEXI验证前实际运营中的年度平均值。所有这些都需要验证方提出明确的方法进行考核和计入。可见,考虑到EEXI验证所针对的现有船在相应数据的获取难度上高于EEDI新造船,EEXI相关配套导则在计算参数的选取上给予了船舶更大的自由度,同时也对相关导则的实施监督提出了更高的要求。

作为船舶技术能效的两个指标EEDI和EEXI具有高度的相似性,但是在具体执行上,EEXI相较EEDI而言,在计算和验证上都有着更大的空间。虽然EEXI要求是EEDI要求在现有船上的延伸,但是在EEXI框架下制定的技术规则也会反过来影响到EEDI要求的修订,而后续关于创新型节能技术的评估规则也会同时渗透到两份导则之中。随着时间的推进,两套框架和技术要求可能会走向高度的融合。

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