摘 要

在当今温室效应日益明显的大环境下，实现节能减排已经成了各行业共同的责任。对于航运业，实现节能减排最好的办法就是提升船舶能效。

船舶能效营运指数简称EEOI，是当今航运界较为认同的评估船舶二氧化碳排放水平的重要标准，也是实现船舶节能减排的重要手段。本文对船舶运行过程中影响EEOI指数的因素进行了分析，将其分为确定性因素和随机性因素。根据各大因素的内在联系选择了适当的计算公式，建立了包括能效模块、主机模块、螺旋桨模块、运动模块和随机性因素模块五大模块的EEOI能效仿真模型。并针对一艘4.5万吨的目标船进行了不同海况、不同航速下的仿真，记录仿真数据，根据仿真结果，完成了EEOI的变化趋势分析和航速敏感性分析，给出了降低船舶EEOI的几点措施。

关键词：EEOI；船机桨关系；仿真建模；能效提升

Abstract

Under the circumstances of the greenhouse effect today has become increasingly apparent, achieving energy conservation and emissions reduction has become the responsibility of both industry. For the shipping industry, the best way to do it is to improve energy efficiency of the ships.

Energy Efficiency Operational Indicator(EEOI), is an important standard in today's shipping industry to assess the level of ship's carbon dioxide emissions, and also the important means for ships to achieve energy conservation and emissions reduction. In this paper, we analyzed the factors during the voyage of the ship, and put them into deterministic and random factors. Then, based on the intrinsic link of the factors, we selected the appropriate calculation formulas and set up an EEOI simulation model of energy efficiency including energy efficiency module, host module, propeller module, motor module and random factors module. Next, focusing on a 45000 tons ship, we simulated under different sea condition and different speed. After recorded the simulation data, we completed the EEOI changing trend analysis and speed sensitivity analysis. Then, we presented several measures to reduce ship's EEOI.

Keywords: EEOI；Hull-enginer-propeller relationship；Simulation；Energy efficiency improvement

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1本研究课题的目的及意义 1

1.2国内外的研究现状 1

1.3本人研究内容 2

第二章 EEOI指数合理性分析 4

2.1 EEOI指数 4

2.2 BSR指数 5

2.3 INTERTANKO指数 5

2.4指数的实例对比 6

2.5本章小结 6

第三章 EEOI的影响因素 7

3.1 EEOI影响因素分类 7

3.2船-机-桨匹配关系 7

3.2.1船与桨的关系 7

3.2.2桨与机的关系 9

3.2.3船-机-桨关系图 9

3.3 航行阻力分析 10

3.3.1静水阻力分析 10

3.3.2波浪阻力分析 10

3.4本章小结 10

第四章 船舶能效模型的构建 12

4.1目标船选型 12

4.2能效模块 13

4.2.1能效模块公式计算及分析 13

4.2.2能效模块建模 14

4.3螺旋桨模块 15

4.3.1螺旋桨和轴系转动惯量的计算 15

4.3.2螺旋桨敞水特性 16

4.3.3螺旋桨的有效推力 18

4.3.4螺旋桨模块建模 20

4.4运动模块 20

4.4.1力的平衡 20

4.4.2转矩的平衡 21

4.4.3运动模块建模 22

4.5主机模块 22

4.5.1调速器分析 22

4.5.2循环供油量分析 23

4.5.3输出转矩和输出功率的分析 24

4.5.4主机模块建模 24

4.6随机性因素模块 25

4.6.1静水阻力 25

4.6.2波浪阻力 27

4.6.3主机模块建模 29

4.7 船舶能效模型 29

4.8本章小结 30

第五章 船舶能效模型仿真与结果分析 31

5.1稳定状态的仿真分析 31

5.1.1单一海况EEOI 仿真曲线 31

5.1.2多海况EEOI 仿真曲线 32

5.2固定转速的仿真分析 34

5.3本章小结 35

第六章 总结与展望 37

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1本研究课题的目的及意义

从工业革命开始到现代工业迅速发展，自然环境受到了极大的消极影响。这其中最为严重的问题之一就是化石燃料的广泛使用产生了大量的以二氧化碳为代表的温室气体，而这些气体造成了对人类生存生活影响巨大的“温室效应”。过去一百年间，地表温度上升了0.6度左右。日渐温暖的冬季也让人们意识到我们的行为正在逐渐改变地球的气候。据有关统计，如果温室效应势头得不到遏制，100年后，地球温度将会比刚进入二十一世纪的时候升高1.4~1.8度^[1]。根据有关组织的统计数据，二十世纪末到二十一世纪初的十几年里，燃烧化石燃料排放出的二氧化碳占全球二氧化碳排放量的60%以上^[2]。而作为世界贸易发展和人类工业进步象征的航运业恰好是温室气体的“排放大户”。

航运业是经济社会发展的重要基础产业，在维护国家海洋权益和经济安全、推动对外贸易发展、促进产业转型升级等方面具有重要作用。但是近几年由航运带来的环境问题日益突出，特别是以二氧化碳为代表的温室气体的排放受到了各国的重视。有报告显示，2002年航运业方面共排出约5亿吨二氧化碳，这个数字在2007年足足增长了两倍，达到10亿吨。这个惊人的数字预示着如果不严加控制，未来航运业的二氧化碳排放量经使人类无法承受。国际海事组织(IMO)在2012年发布研究报告称，若不对二氧化碳排放采取有效措施，整个航运业三十年后的二氧化碳排放量将达到2007年的350%^[3]。情势紧迫，世界航运业温室气体减排工作势在必行。因此，积极提升船舶能效对于航运业的发展具有十分重大的意义。