船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响

第11卷第1期中国水运V ol.11
N o.12011年1月Chi na W at er Trans port Janury 2011
收稿日期：作者简介：张丽瑛（），女，福建古田人，中国科学院海洋研究所工程师。

船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响
张丽瑛
（中国科学院海洋研究所，山东青岛266071）
摘
要：E EDI 是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，E EDI 公式是根据CO 2排放量和货运能力的比值来表
示船舶的能效。

文中综合分析了船舶能效设计指数的演变和由来，分析了E EDI 的概念与含义，并对EE DI 对船舶与航运业的影响进行研究，最后提出我国应对E EDI 的措施。

关键词：E EDI ；船舶设计；航运；减排中图分类号：U 661文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）01-0001-04
一、前言
自从经济危机以来，船舶行业受到了严重的冲击。

尽管2010年以来，市场有缓慢复苏的迹象，但总体情况不容乐观。

中船协数据显示，2010年上半年，全国规模以上船舶工业企业2026家，完成工业总产值3,201亿元，同比增长
25%，增幅下降11.7个百分点。

其中，船舶制造业2,450
亿元，同比增长24.2%，增幅下降18.9个百分点；船舶配套业358亿元，同比增长30.7%，增幅下降11.6个百分点；船舶修理及拆船业368亿元，同比增长24%，增幅增加18.6个百分点。

根据工信部数据显示，上半年全国造船完工量2,963万载重吨，同比增长86.7%；新承接船舶订单量2,378万载重吨，同比增长4倍；截至6月底，手持船舶订单量18,427万载重吨，较2009年底手持订单下降2.1%。

从数据看来，我国今年上半年承接船舶订单量比去年同期有了大幅增长。

但是，这种增长是建立在去年同期接单量极低的基础上的。

事实上，船市低迷的状况并没有改变，新单难求的局面仍在延续。

受国际原油和铁矿石价格上涨的推动，2009年底以来，我国原材料、燃料和动力价格不断上涨，特别是船用钢材价格一路飙升，给船厂带来了很大的成本压力。

据了解，按目前新船价格测算，钢材成本约占全部造船成本的35%，钢材价格每上涨10%，新增加造船成本3.5%，船舶企业将面对船价下跌与钢材价格上涨形成的双重压力。

同时船舶企业还要面对国际新规范、新标准的制约。

近几年来，国际海事组织（IMO ）已经和正在制定实施一系列贯彻节能、减排、安全、环保、质量要求的国际造船新规范、新标准。

如船舶共同结构规范（CSR ）、新船效能设计指数（E EDI ）、涂层新标准（PSPC ）、目标型船舶建造标准（G BS ）和压载水管理公约（BMW ）等。

这些国际造船新规范、新标准对我国船舶工业提出了严峻的挑战，我国不少船舶企业不适应、不符合有关规定和标准。

日韩等造船国家都将研究新标准和新规范、开发绿色环保型船舶作为抢占未来市场的关键，如果我国不加快研究，未来几年，不少船厂将面临退出世界船舶市场的危险。

本文将针对E EDI ——“船舶能效设计指数”进行讨论。

叙述了E ED I 的演变过程，分析了E ED I 的概念与含义，并
对E EDI 对船舶与航运业的影响进行研究，最后提出我国应对EED I 的措施[1]。

二、EE D I 的演变背景
船舶温室气体减排越来越引起世界各国的重视。

国际贸易的快速发展推动着船舶日益大型化，船舶功率也随之加大。

快速攀升的大型船舶，犹如一座座工厂在大海上航行并排放大量二氧化碳，人们不得不以立法的手段来要求排放大户们对其大量的碳排放埋单，减排的支出直接促使航运界对船舶大型化、大功率的发展方向进行反思。

国际会议上对此不断地引发口水战，但温室气体减排的潮流已不可逆转。

[2]
1997年国际船舶防污染公约（MARPOL 公约）缔约国大会上，国际海事组织（IMO ）通过了一项决议：与联合国气候变化框架公约（UNFCCC ）合作，研究船舶CO 2排放问题。

之后，IMO 一直寻求船舶温室气体减排措施，经过十几年的讨论，IMO 关于CO 2减排的技术性、操作性和市场性措施正在逐步实施。

IMO 环保委员会（MEPC ）第56次会议成立的温室气体通信组（GH G ）在审议工作中认为，由于营运船舶CO 2排放指数受到船舶营运的多种因素影响，对全球营运船队的CO 2排放平均水平进行评估并设定减排目标非常困难，而从新造船的设计上入手采取技术性措施,如发动机优化、船型优化、使用节能技术等，则比较容易实现减排目标，而且这是一项长期有效的措施。

在MEPC 第57次会议上，许多船东组织提交提案，要求制定“强制性新造船CO 2设计指数”，认为制定这种技术性标准能够与操作性措施和市场机制措施分离开来。

日本也向MEPC 第57次会议提交了提案，要求制定强制性新造船CO 2设计指数。

委员会同意会议按照“新造船CO 2设计指数”、“营运船CO 2排放指数”以及“市场机制”三个模块进行审议。

在MEPC 第58次会议上，巴西提议将“CO 2设计指数”改为“能效设计指数”（即E n ergy E fficien cy Design In d ex for n ew sh ip s ，简称E ED I ），以更确切地反映IMO 目前的工作。

大会同意将“新造船CO 2设计指数”和“船舶CO 2营运指数”，更名为“新造船能效设计指数E ED I ”和“船舶能效营运指数EE OI （Sh ip E n ergy E fficien cy O peration al In dex ）”，并在MEPC 第58次会
2010-11-29
1971-
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议上形成了“新造船E EDI 计算CO 2方法临时导则草案”。

2009年7月的ME PC 第59次会议对E ED I 导则草案作了进一步修订。

E ED I 导则旨在激励船东及船舶设计者通过技术改进和使用节能技术使得新造船自设计和建造时始就尽可能达到较高的能效标准。

该导则目前属自愿试用阶段，以通函方式推出供业界试用并提出意见或修订建议，就是为日后制定强制性要求并予以实施做好铺垫。

目前，温室气体通信组（GHG ）能效工作立法，也将对船舶本身安全及航运业未来发展产生重大影响。

对于已定船舶设计，IMO 正在利用以前10年间的数据来设定基线，并将E EDI 中的所有系数设定为1。

当基线设定完后，就可以得出IMO 规定的E EDI 。

随着时间的推移，该规定的E EDI 水平会越来越低，即CO 2排放越来越严格，具体时间和水平待定。

三、EE D I 重要计算公式与指标
新造船能效设计指数EE DI 是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，E EDI 公式是根据CO 2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效，其分母表示船舶在规定的船速下与载货量之乘积，而分子可概括为两部分，第一部份为主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，第二部份为采用新的节能技术减少燃油消耗所带来的船舶能效的提高部分[3]。

新造船能效设计指数E EDI 可表示为：
()
()()()()
()
()()
11
1
111
n ef f
neff
M
M nME nP T I j
A E F A E A E j
F A E A E
F ME ME
F ME i ME i ME i P T I i eff i eff i e f i i i i i j j i ref w
f
C SFC P P C SFC f P f
C SF C f
P C SF C E EDI f Capac i tyV f =
===
==++=
∑
∑
∑∑∏∏其中:
CF ——无量纲转化系数，基于含碳量的将燃料的消耗量转化为二氧化碳的排放量。

下标ME （i ）和AE 分别代表主机和辅机；CF 的选取参见表1。

表1不同燃料所对应的CF 值
燃料ISO
含碳量m/%
CF （t CO 2/t Fuel ）
柴油ISO 8217Grade DMX -DMC 0.875 3.186轻燃油ISO 8217Grade R MA -RMD 0.86 3.151重燃油ISO 8217Gr a de RME -RMK
0.85 3.114液化石油气2006IPCC 导则0.81 2.985天然气
2006IPCC 导则
0.80
2.693
Vref ——船速，Kn ；
Cap acit y ——按照不同的船型定义：对干货船、液货船、气体船、集装箱船、滚装船及客滚船和普通货船，Ca pacity 为载重吨；对客船Cap acit y 为总吨。

n ME ——主机台数；n AE ——辅机台数；
PME （i ）——每台主机额定装机功率（MCR ）减去轴带发电机功率后的75%时的功率值；
PPTI （i ）——每台轴带发电机额定功率值除以效率后的75%时的功率值；
Peff （i ）——由于能效技术创新使得辅助功率减少的效能功率的75%；
ff （）——由于能效技术创新使得主机功率减少
的效能功率的5%；
PAE ——正常最大海况下所需要的辅机功率；
SFC ——在机器输出功率时的单位油耗值,对于下标ME
（i ）和AE 分别代表主机和辅机；
fj ——考虑船舶特殊性的修正系数，该系数用于冰区加强的船舶，将通过指导性文件中的标准fj 曲线查得；
fw ——非量纲系数，包含了因浪高、浪频和风速导致船舶减速的因素；
fi ——能力系数，主要考虑任何技术或规定限制了船舶的能力，若无需考虑该因素，可以假定该系数为1.0；
feff （i ）——反映创新能效技术的可用因数，对于废热回收系统该值为1.0。

从上述公式中可以看出，对新造船能效指数起决定性作用的主要参数有航速、船舶装载量或总吨位、为达到该航速需要的安装功率，三者是相互制约和协调一致的，而采用新节能技术也是优化EED I 指数的一种措施。

四、EE D I 对船舶业与航运业的影响
虽然，MEPC58以及ME PC59次会议上并未正式通过新造船能效设计指数EED I 的计算公式，但该公式的框架已获各成员国基本认可，只是对具体的系数选取还存在部分争议。

但保护海洋环境，船舶强制减排，已成为不可逆转的趋势[4,5,6]。

我国是海运大国、造船大国，同时也是海员输出大国，如果船舶温室气体减排措施在全球范围内强制实施，势必会给我国相关产业带来重大的影响。

1．EEDI 对船舶设计的影响
一直以来，国际贸易的快速发展推动着船舶日益大型化，船舶功率不断加大，船舶航速也逐步提高，传统设计理念的“多拉快跑”在人们的观念中根深蒂固。

但是，一艘大型船舶犹如一座工厂在大海上航行并排放大量二氧化碳。

过去，人们已经普遍认识到陆地的污染后果，但对海洋污染的认识还远远不够。

现在越来越多的国家和机构认识到了船舶对海洋的污染问题。

船舶界和航运界也在反思船舶大型化、大功率、快速化的发展方向所带来的种种弊端。

为此，在船舶设计过程中，就要考虑二氧化碳的排放问题。

由于目前EE DI 、E EOI 和SE MP 等要求还没有强制执行，船舶能效设计指数E EDI 公式中的相关参数及系数的选取还有待进一步的完善；部分系数的数值和代表的因素对指数的影响程度还有待确定，以及公式使用后的完善和修订，有可能推出适用于主流船型，如散货船、油轮等船型的EE DI 公式。

而对于集装箱船，航速普遍很高、干舷较大。

由于船舶油耗与船速的立方成正比，航速提高，排放迅速增加。

集装箱船的这种特殊性，造成能效基线离散度比较大，很难满足E EDI 的要求。

再有现行设计的特殊船型，如客滚船、工程船以及靠电力驱动、涡轮驱动、混合动力驱动的船舶等很难达到E ED I 基线标准要求。

2．船舶制造工艺技术
对E EDI 起决定作用的主要参数有：航速、船舶装载量或总吨位、为达到该航速需要的安装功率等。

尽管E EDI 研究专家目前尚未将我国所有自主开发的船型数据与DI 公
式的基准线进行比较，但是通过对部分船型调研及比较的结
PA Ee i 7EE
第1期张丽瑛：船舶能效设计指数及其未来对船舶业的影响3
果表明，E EDI公式一旦获得通过，将对我国船舶工业造成
较大冲击。

长期以来，我国的造船业自主创新能力不强、增长方式粗放，船用配套设备发展滞后，本土化船舶配套产品装船率较低，高技术高附加值船舶市场占有率较低。

我国许多中小船舶企业的经营建立在劳动力成本低廉的基础上，而对船舶制造工艺技术方面的投入明显不足，技术含量低，我国的一些大型船舶企业的制造工艺水平相对较高，但面临EE DI新标准，也存在很多工艺技术问题。

国际海运温室气体减排的技术性措施的本质是提高能源效率，这对造船的科技含量提出了更新、更高的要求，对当前处于转型的我国造船业来说，机遇与挑战并存，如果能够抓住机遇，加紧技术研发，就可能在这新一轮的洗牌中胜出；相反，E EDI则可能对我国的造船业形成一道技术壁垒，从而削弱我国造船业的国际竞争力。

3．配套设备
长期以来，我国的船舶配套设备大多处于价格低、质量不高的状态。

近年来，我国的船舶配套企业也在努力赶超世界先进水平，并取得了长足的进步。

E EDI的到来，无疑将增加国内船舶配套设备企业提高产品质量的难度，但同时，也为我国船舶配套企业提供了一个与国际标准看齐的机遇。

IMO正在以前10年间的数据为依据来设定基线，并将E EDI中的相关系数暂定为1。

当基线设定完后，就可以得出IMO规定的EE DI。

虽然目前这个值还没有最终确定，但随着时间的推移，IMO规定的E EDI会越来越低，即对CO
2排放要求会越来越严格。

4．新能源技术应用
新能源技术的利用，尤其是用海洋清洁能源来替代传统
的化石能源，将大大降低CO
2
排放，有利于EE DI指标的降低。

但新型能源的开发存在技术难度大、成本较高等困难。

随着人类社会对环境保护要求水平的提高和新能源技术开发利用的不断进展，在不远的将来，更多更好的新能源技术将应用于船舶领域。

从目前的研发动向来看，以节能环保为代表的低碳船舶技术正成为日本船界共同的研发重点，日本各大造船企业普遍加大了对这一领域的研发力度，掀起了一股热潮。

三井造船株式会社目前正在开发能够将二氧化碳排放量削减30%的新型环保船舶，并计划于2010年在玉野船厂完成大型试验主机的制造工作。

万国造船株式会社目前正在积极进行削减温室气体排放的相关技术研发，与日本其他大型船企不同的是，其研发重点在软件，主要是借鉴汽车导航系统经验，开发船舶海上航行导航系统。

常石造船株式会社将环保技术的研发作为其发展的一项重要战略目标，已先后开发出“降低风压居住区”、“船用吸收式冷冻机”和“MT-FAST”等多种环保产品。

今后，常石造船将通过削减二氧化碳排放量、减少燃料消耗来实现船舶运营成本的下降，把防止海洋环境污染作为重要研发方向，常石造船已经明确表示，2010年之后其所建船舶的二氧化碳排放量将比2007年之前建造船舶的排放量降低%。

五、我国针对D I的应对措施与建议
我国造船业虽然位居世界前列，但是高技术、高附加值船舶的设计水平以及大型船用配套设备和关键零部件的生产能力与世界先进造船国家相比还存在差距，船体优化设计缺乏核心技术，这些因素将成为制约我国船舶能效的主要瓶颈。

E EDI的出台，将使我国被强制淘汰或进入优化序列的船型不在少数，使得我国船舶设计和建造业面临严峻的挑战。

在E EDI的出台给我国船舶工业带来冲击的同时，也为我国船舶科技工业指明了未来的发展方向，我国船企要以此为契机，积极提高科技水平，满足IMO要求，应变被动为主动，尽快将旗下自主研发船型的能效指数计算出来，并将之与E EDI公式的基准线进行比较，找出存在的差距，发现优化过程中遇到的问题，提出优化方案。

我国船舶企业要全面、客观地将这些情况提供给专家工作组，这样既可为我国在国际上有关E EDI的谈判中行使发言权提供数据支持，也为我国今后更好地应对E EDI积累基础资料。

同时，我国船企还应变压力为动力，在明确自主研发船型与E EDI公式基准线间差距的基础上，转变新船设计理念，组织科技力量，加大对现有船型的优化力度，加强对新能源利用的开发，谋求可持续发展。

目前，我国船舶行业针对国际海事组织（IMO）即将生效的IMO新标准、新公约开展前期研究工作，在积极制定行业应对措施方面取得了较大成效，IMO新标准、新规范的宣贯工作也得到了加强。

我国船舶行业组织有关专家对新船能效设计指数（E ED I）和目标型新船建造标准（GBS）进行了专题研究，E E DI有关专家在参阅了行业相关统计数据的基础上，根据行业特点和现状，制定完成了IMO海上环境保护委员会（MPEC）59次会议和即将召开的MPE C60次会议的相关提案，从技术层面对我国政府制定应对全球气候变化的相关政策和策略提供了有力的技术支撑。

通过这些努力，我国船舶行业发出了自己的声音，有力地维护了我国船舶工业的利益。

中国船级社通过一系列计划和项目的开展，协助船厂、设计单位等尽快满足能效指数公式的相关要求，并协助航运公司开展营运指数的验证并制订能效管理计划，通过能效评估认证体系实现公司制订的减排目标，并与节能减排船用设备企业以及其他相关的机构和企业开展合作，协助其了解国际最新节能减排的相关动态，并提供相应的技术支持。

IMO在国际海运温室气体减排方面的进展离其终极目标还有很大差距，但E EDI在船舶与海运业的国际性应用已是不争的事实，在国际海运温室气体减排方面，我国是否承担、如何承担减排责任实际上只是一个时间问题。

所以无论面对怎样的结果，我国都需要为E EDI新一轮的国际谈判做好充分的准备。

未来，我们需要做好以下几方面的工作：（1）搜集基础数据，确定谈判底线。

IMO虽然制定了E EDI的计算公式，但是基线以及减排目标却始终没能确定。

我们应当利用这段空隙，尽快全面搜集我国船舶的能效数据，以确定有利于我国的谈判底线。

（2）研究各种减排方式的利弊，制定谈判策略。

从目前的形势看来，IMO制定的所有温室气体相关规定是坚持UNF和《京都议定书》下的“共同但有（下转第5页）
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EE CC C
第1期信海旭：营运船舶船速优化探讨5
4．船期影响，船舶应根据船受载期的装卸货时间来调整船速。

5．水文气象条件对船速的影响。

船舶在大风浪海域，船舶航行阻力特别大，主机负荷、主机滑失率也特别大，应该适当减速，否则，主机会超负荷，而且耗油量也会急剧上升。

船舶顶流航行时也一样，主机滑失率特别大，加速会使主机耗油量急剧上升，航行速度却上不了多少。

船舶应根据不同的水文气象环境和船舶技术状况采取相应的减速措施。

6．船舶航路及航道对船速的要求和限制。

狭水道航行、船舶转向点、某些航道海域对船速的要求、上下引水点等等对船速的限制。

7．船况对船速的影响，包括船型、船舶运营年限、船舶主机设备状态、船舶污底和涂装油漆情况等。

老旧船主机磨损较大，一般都会适当减转减速航行，最佳经济航速需重新估算。

不同船型抗风浪性性不同，对于甲板受风面积大、船舶耐波性差的船舶应根据自身的情况制定遇风浪时相应的减速措施。

8．船舶装载状态对船首的影响。

合理配载，适当调整吃水差，有利于提高船速或节约燃油。

大型集装箱船，平吃水或稍微拱头的状态，有利于提高船速。

合理配载，还包括减少压载水。

随着对压载水管理的要求越来越严格，有些船为避免操作麻烦，尽量减少压载水操作，使得在稳性和强度条件许可情况下也多载着几千吨压载水，从而增加油耗。

9．燃油质量的影响。

由劣质燃油引起的油耗增加，船速降低。

在定期租船合同里租船人负责燃油费，租约内往往对租船人所提供的燃油只有浓度的限定而没有质量、成分的限定，因此，燃油内可能含有大量的硫磺、杂质或水分。

使用最佳航速也就是使用航行时每吨米使用的燃料最少的航速，SE EMP（IMO的最佳能效操作指南）也提倡最初的措施最好能带来节能（节约成本）的效果。

所以说当船舶的主机性能不同，燃油价格变化幅度不同，以及维持船舶航行的其它费用支出水平不同，在一定的油价和一定的固定费用下，有一个每海里航行费用最低的经济航速，如果运力过剩，在与港口方沟通后，确定了船舶靠港时间，在船期较宽松的情况下，船舶使用最佳能耗航速是最有利的，可以降低船舶的燃油消耗、燃油成本和排放量。

但当船期紧张、货运任务量较多等等情况下，考虑到公司经营状况等原因也可根据不同的情况使用不同的经济航速（最低耗油率航速、最低燃油费用航速、最高盈利航速的选择）。

（上接第3页）区别责任”原则，还是主张“无差别”原则，仍然是最关键且争执不下的问题。

中国当然是继续坚持以往的立场和原则，提出应用“共同但有区别责任”的方式，即用“船舶真正控制国”来区分发达国家和发展中国家船舶。

（3）开展技术研发、提高管理水平，在挑战中寻求机遇。

通过制定标准卖技术、通过技术设壁垒、通过壁垒限发展是发达国家的惯用手段，我们如果能够利用这个机会积极开展高能效船舶的研发，同时进一步提高船队营运的管理水平进而提高能源效率，在技术和管理上占有主动权，那么会在很大程度上减小谈判压力，并为我国船舶业争取更多的话语权。

总之，强制性新造船CO
2
能效设计指数（EE DI）及排放要求的基线，对我国船舶工业的挑战主要在于EE DI提高了船舶的设计标准和水平，由于对高技术附加值的技术要求增加，船舶建造成本相应增加。

我国造船位居世界第二，但具有高技术附加值船舶的设计水平以及大型船用配套设备和关键零部件的生产能力不足，不具有高技术附加值自主知识产权的船用设备品牌产品,船体优化设计缺乏核心技术，船用节能技术的研究应用基础薄弱等，使得我国船舶设计和建造工业将面临更多挑战。

在当前的形势下，我们只有充分掌握国际新标准，了解国际国内船舶与航运业的现状，积极应对新标准的实施，努力提高企业自身的技术水平和管理水平，才能提高我国船舶与航运企业的核心竞争力，保证在日益国际化的船舶航运市场中处于有利地位。

参考文献
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