船舶能效营运指数研究.pdf
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1、申请上海交通大学硕士学位论文船舶能效营运指数研究专 业:交通运输规划与管理研究方向:航运与物流管理 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学工学硕士学位论文摘要船舶能效营运指数研究摘要船舶能效营运指数(EEOI)是IMO推出的衡量船舶能效的标准。本文从指 数的内涵,相关公式的推导,数据的计算等方面,对EEOI作了深入分析,得到 相关结论,并对EEOI的应用提出建议。在指数内涵方面:指出EEOI的制定原则是基于单位运输周转量的C02排放 值。通过EEOI与其他指数的比较,阐明其科学性和优越性。在公式推导方面:提出航次EEOI的概念和公式;给出了集装箱船两类EEOI 间的换算公式;推导货物运
2、输CO2排放量的精确测算、估测和预估三个公式;综合各类因素,推导EEOI的理论估算公式;提出单位时间周转量EEOI的概念 和计算公式。在数据计算方面:使用EEOI理论估算公式,指出影响EEOI的主要因素包 括船型因子、机型因子和营运因子。计算结果表明:船舶大型化对提高船舶能效 有益,三大船型中,散货船能效最高、油轮其次、集装箱船最低;对营运因子敏 感性分析的结果说明:降低航速对提高能效最为有效,提高满载率其次,增加航 程和缩短停泊时间也有助于提高能效,但影响不明显;使用单位时间周转量EEOI 公式,计算了船舶在一定营运状况下的最优航速,并发现集装箱船与其他两类船 舶的能效差距显著缩小。在EEO
3、I的应用建议方面:认为C02排放因子无修改必要;建议引入换算周 转量和客货换算系数来计算客滚船的EEOI;呼吁航运公司建立起一套行之有效 的EEOI统计方法,并针对性地提出了相关的简化建议;建议EEOI延伸应用到 测算货物运输的C02排放量之中;建议引入了单位时间周转量EEOI指数,修正 航速对EEOI的影响,以更客观全面地反映船舶能效。关键词:能效营运指数,能效,C02排放,油耗,船舶上海交通大学工学硕士学位论文Abstr a ctResearch on Ship Energy Efficiency Operational IndicatorAbstractEn er gy Ef f ici
4、en cy Oper a tio n a l In d ica to r(EEOI)is pr o mo ted by IMO to mea sur e the en er gy ef f icien cy o f ships.Fr o m the in d ica to r d ef in ia tio n,f o r mul a d er iva tio n a n d d a ta ca l cul a tio n,the pa per d o es in-d epth a n a l ysis o f EEOI,o ba ta in s r el a ted co n cl usio
5、n a n d pr o po ses so me r eco mmen d a tio n s.In d ica to r d ef in ia tio n:The pa per po in ts o ut tha t EEOI is d ef in ed a s the qua tity o f CO2 emmissio n o n the ba sis o f un it tr a n spo r ta tio n tur n o ver.EEOI is super io r when co mpa r ed with o ther in d exes.Fo r mul a d er i
6、va tio n:The f o r mul a a n d co n cept o f vo ya ge EEOI,EEOI ther io tica l ca l cul a tio n a n d un it time tur n o ver EEOI is pr o po sed.The pa per a l so d er iva tes the co n ver sio n f o r mul a between co n ta in er ships two types o f EEOIs a n d d er iva tes pr ecise,estima ted a n d
7、f o r ca st CO2 emmissio n f o r mul a s o f wa ter-tr a n spo r ta io n.Da ta ca l cul a tio n:The pa per a n a l yses EEOI ther io tica l ca l cul a tio n f o r mul a a n d po in ts o ut tha t EEOI is in f l un ced by ship f a cto r s,en gin e f a cto r s a n d o per a tio n f a cto r s.The r esul
8、 ts sho w tha t en er gy ef f icien cy is higher f o r l a r ger ships a n d en er gy ef f icien cy o f co n ta in er ships is l o wer tha n tha t o f bul k ships a n d o il ta n ker s.Thr o ugh sen sitivity a n a l ysis o f o per a tio n f a cto r s,the pa per f in d s tha t r ed ucin g ship speed
9、a n d r a isin g f ul l r a te a r e the two best wa ys to impr o ve en er gy ef f icien cy.In cr ea sin g vo ya ge d ista n ce a n d sho r ten in g ber thin g time a r e a l so usef ul,but their in f l un ces a r e n o t sign if ica n t.Un it time tur n o ver EEOI f o r mul a is used to co mpute th
10、e o ptima l ship speed.The en er gy ef f icien cy ga p between co n ta in er ships a n d o ther two types o f ships is n a r r o wed o bvio usl y o n the ba sis o f un it time tur n o ver EEOI.Reco mmen d a tio n s:CO2 emmissio n f a cto r is n o t n ecessa r y to be a men d ed.Use co n ver sio n tu
11、r n o ver a n d pa ssen ger-ca r go co n ver sio n f a cto r to ca l cul a te EEOI o f Ro-r o pa ssen ger ships.Appea l shippin g co mpa n ies to esta bl ish ef f ective EEOI sta tistica l metho d s.Suggest EEOI be used in the ca l cul a tio n o f CO2 emmissio n o f wa ter-tr a n spo r ta io n.P r o
12、 po se un it time tur n o ver EEOI be used to co r r ect speed in f l uen ce in o r d er to r ef l ect ship en er gy ef f icien cy in a n o bjective a n d o ver a l l ma n n er.KEY WORDS:EEOI,en er gy ef f icien cy,CO2 emissio n,Oil co n sumptio n,Ship11上海交通大学工学硕士学位论文目录目录1绪论.11.1 背景介绍.11.1.1 社会背景.11
13、.1.2 学术背景.31.2 课题主要研究内容.61.3 论文结构.72温室气体排放及相关公约分析.82.1 温室气体排放及其影响.82.1.1 温室气体种类及排放.82.1.2 温室气体过量排放的后果.92.2 国际公约介绍.92.2.1 联合国政府间气候变化专门委员会(IP CC).92.2.2 联合国气候变化框架公约(UNFCCC).102.3 IMO公约的发展历程.112.4 国际公约与IMO公约之间的关系与区别.122.5 航运温室气体排放量.132.6 本章小结.143能效营运指数的内涵和应用.153.1 能效营运指数设计原则.153.2 能效营运指数发展历程.173.2.1 早期
14、版本船舶CO2排放指数.173.2.2 最新版本船舶能效营运指数.183.3 能效营运指数与其他相关指数的比较.213.3.1 BSR 指数.213.3.2 INTERTANKO指数.213.3.3 三个指数的比较.223.4 能效营运指数的实际应用.233.4.1 航次EEOI的导出.233.4.2 计算实例.233.4.3 计算结果讨论与分析.253.5 能效营运指数争议点探讨.303.5.1 排放因子讨论.303.5.2 货物单位讨论.313.6 能效营运指数使用建议.313.6.1 实测数据的规范统计.313.6.2 延伸应用.323.7 本章小结.344能效营运指数的理论推导和因子分
15、析.354.1 能效营运指数的深入分析.354.1.1 研究对象.35III上海交通大学工学硕士学位论文缩略语表4.1.2 公式改写与推导.354.1.3 油耗组成分析.364.2 主机油耗测算的相关理论.364.2.1 油耗与主机功率的关系.364.2.2 主机功率与航速、排水量的关系.374.3 船舶重量测算.394.3.1 民船重量分类.394.3.2 载重量估算.404.4 船舶能效营运指数估算公式.434.4.1 估算公式的导出.434.4.2 主机燃油时耗Fm(P)的计算.444.4.3 综合因素常数K的计算.444.4.4 船舶实际载重量DW分析.454.4.5 EEOI估算公式
16、.464.5 实船计算.474.5.1 集装箱船计算.474.5.2 油轮计算.474.5.3 干散货船计算.484.5.4 结果分析与讨论.484.6 敏感性计算与各因子讨论.494.6.1 营运因子敏感性计算.494.6.2 航速(Vs)因子分析.524.6.3 满载率因子(R)分析.554.6.4 航程(D)因子分析.554.6.5 停泊时间(tp)因子分析.554.6.6 船型因子分析.564.6.7 机型因子分析.564.7 本章小结.575总结与展望.585.1 总结.585.2 展望.59附录1 MAN系列主机油耗数据.61附录2载重量试算.66参考文献.67致谢.70攻读学位期
17、间发表或录用的学术论文.71IV上海交通大学工学硕士学位论文缩略语表缩略语表IMOIn ter n a tio n a l Ma r itime Or ga n iza tio n国际海事组织MEP CMa r in e En vir o n men t P r o tectio n Co mmittee海洋环境保护委员会IP CCIn ter go ver n men ta l P a n el o n Cl ima te Cha n ge政府间气候变化专门委员会UNFCCCUn ited Na tio n s Fr a mewo r k Co n ven tio n o n Cl ima
18、te Cha n ge联合国气候变化框架公约GHGGr een ho use Ga s温室气体EEOIEn er gy Ef f icien cy Oper a tio n a l In d ica to r能源效率营运指数EEDIEn er gy Ef f icien cy Design In d ex能源效率设计指数HFOHea vy Fuel Oil(船用)重燃料油LFOLight Fuel Oil(船用)轻燃料油MDOMa r in e Diesel Oil船用柴油V上海交通大学工学硕士学位论文插图索引插图索引图1 19 9 0-2007年航运业CO2排放量变化趋势.14图2各种运输方
19、式的CO2排放效率范围.16图3低速航段满载率与EEOL的平滑趋势线.26图4低速航段载箱率与EEOb的平滑趋势线.26图5高速航段满载率与EEOL的平滑趋势线.27图6高速航段载箱率与EEOb的平滑趋势线.27图7 MAN 12K9 8MC-C型主机燃油单耗与燃油时耗拟合曲线.37图8EEOI o*散点图.49图9 EEOI对航速(Vs)的敏感性.50图10EEOI对满载率(R)的敏感性.51图11 EEOI对航程(D)的敏感性.51图12 EEOI对停泊时间金)的敏感性.52图13EEOIto*散点图.54图14F轮EEOIj-Vs关系曲线.54VI上海交通大学工学硕士学位论文表格索引表格
20、索引表1人类活动排放的重要温室气体.8表2 19 9 0-2007年航运业CO2排放量及燃油消耗量.13表3各主要行业CO?排放占全球总排放比例.16表4船用燃料分类及其碳含量和CO2排放因子对照.20表5航次A和航次B的相关假设条件.22表6 EEOL BSR及INTERTANKO指数计算结果.22表7 Z集装箱船两个典型航次数据.24表8 EEOI与EEOIvya ge计算结果.25表9 Z船航次数据计算结果.28表10 MAN 12K9 8MC-C型主机油耗数据.36表11 MAN系列各主机型号的Fm(P)与P的拟合函数关系式.44表12典型船舶压载航行载重量实算数据.45表13集装箱船
21、数据.47表14集装箱船EEOI。*计算结果.47表15油轮数据.47表16油轮EEOI。*计算结果.48表17干散货船数据.48表18干散货船EEOI。*计算结果.48表19营运因子变化的EEOI敏感性分析.50表20集装箱船EEOIto*计算结果.53表21油轮EEOIto*计算结果.53表22干散货船EEOIto*计算结果.53表23 MAN 12K9 0MC-C型主机油耗数据.61表24 MAN 8K9 0MC-C型主机油耗数据.61表25 MAN 5s50MC型主机油耗数据.62表26 MAN 6s50MC型主机油耗数据.62表27 MAN 6s50MC-C型主机油耗数据.63表28
22、 MAN 6s60MC型主机油耗数据.63表29 MAN 7s80MC-C型主机油耗数据.64表30 MAN 6s42MC型主机油耗数据.64表31 MAN 6s35MC型主机油耗数据.65表32 MAN 5s60MC型主机油耗数据.65表33载重量试算假设值与计算结果.66VII上海交通大学工学硕士学位论文1绪论1绪论1.1 背景介绍1.1.1 社会背景全球气候变暖已经成为国际社会共同关注的热点问题,其造成的高山冰雪融 化、海平面上升、气候异常,已经演变为非常严重的环境问题。根据研究结果,温室气体大量排放是全球气候变暖的主要原因。温室气体主要包括二氧化碳(C02)氧化亚氮(N2O)、甲烷(C
23、H4)等。人类在生产生活中,燃烧化石燃料 取得能量的同时,排放了大量的温室气体,直接导致其在大气层的累积,使得 全球气温逐步上升。政府间气候变化问题小组根据气候模型预测,若不采取 积极的减排措施,到2100年,全球气温估计将比2000年上升大约1.4-5.8摄氏 度。川根据这一预测,全球气温将出现过去一万年中从未有过的巨大变化,从而给全球环境带来潜在的重大影响。因此,近年来,国际社会对于温室气体排放问题愈发重视,成立了联合国政 府间气候变化专门委员会,制定了联合国气候变化框架公约,公约于1994年3 月正式生效。截至目前,公约已拥有189个缔约方。自1995年3月首次缔约方大会 在柏林举行以来
24、,缔约方每年都召开会议,2009年的第15届缔约方大会刚刚在丹 麦哥本哈根落下帷幕。在每届大会上,各国政要都会探讨有关温室气体减排的话 题,取得了多项共识。作为联合国气候变化框架公约的补充条款,京都议 定书于1997年12月在日本京都制定。其目标是“将大气中的温室气体含量稳定 在一个适当的水平,进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”。条约于2005 年2月开始强制生效,截至目前,一共有183个国家通过了该条约。应该说,通过 国际社会的共同努力,在温室气体减排方面,已经取得了一定的成效,但这还远 远不够。要控制全球气候变暖,需要各国以及各行业的共同努力。航运业中,由于船舶航行消耗燃料,会产生大量
25、的CO2等温室气体。但由于 排放地区的不定性,国际航运业并没有被纳入到京都议定书的调整范围之内。近年来,国际贸易量不断上升,能源、矿物、商品等货物的运输需求稳步上涨,各航运公司纷纷加开航线,加密航次。船舶排放的温室气体量不可避免地有大幅 度的增长,国际航运界也因此面临较大的减排压力。国际海事组织(IMO)也开 始日益重视船舶的减排问题,其下设的海洋环境保护委员会(MEP C)除了对污 染气体减排进行研究并制定标准外,对于船舶温室气体排放的相关研究和措施建 议也日渐成为一个工作的重点。2003年的IMO大会上通过了关于船舶温室气体减 1上海交通大学工学硕士学位论文1绪论排的政策和实施的A.9 6
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