铜排重量计算表125_10（10×100铜排重量计算）

长江等主要内河航运物流呈现上水满载、下水轻载或空载特点，船舶上行和下行功率需求相差很大，同时船舶基本都采用柴油机驱动定距桨的动力系统型式，内河航道存在航道曲折、航道横断面狭窄、河床演变频繁、水位受季节影响明显等特点，船舶在内河航行时，受其特点影响，无法长期稳定运行在额定工况，导致能源消耗及污染物排放增加。为解决内河船舶“大机小用”导致能耗及排放增加的问题，混合动力推进系统的研究取得了重要进展且在内河船上开始示范及推广应用。但现有的EEDI计算方法主要针对常规传统推进型式，已不能满足新型混合动力系统船舶的需要，为此亟需深入研究并提出适用的EEDI计算方法填补混合动力系统船舶发展的需求。

船舶混合动力系统设计

内河90%以上的船舶采用传统直推动力系统，即主机通过齿轮箱与轴系相连，轴系带动螺旋桨旋转推动船舶前进或后退。此种推进型式主要优点是结构简单、设备数量少，缺点是推进系统定点优化设计，难以适应内河尤其是长江中航行的船舶冲滩/冲流时的极短时间的高负荷、上水航行时的较高负荷、下水航行时的较低负荷等航行工况优化以便实现节能减排的需求，为此研究提出了船舶混合动力系统，以满足内河船舶多工况下高效运行。

1.混合动力系统结构型式

混合动力系统由发动机、发电机组、锂电池、可逆电机(PTI/PTO)、齿轮箱、轴系、电力变换装置、离合器、推进器等组成，发动机、发电机组和锂电池为船舶提供推进动力和日用负载供电，其中发动机和发电机组可为柴油机或LNG发动机，推进器可为螺旋桨推进器、或吊舱推进器、或全回转推进器、或无轴轮缘推进器。发动机与可逆电机通过齿轮箱可并车，同时任何一方也可与齿轮箱脱排，即发动机与电动机可以单独向传动系统提供转矩，也可以通过转矩耦合装置(齿轮箱)共同进行驱动，还可将电机作为发电机实现对日用负载供电及向锂电池充电，基本结构如图1。

图 混合动力系统的结构型式

2.混合动力系统高效运行模式分析

一是发动机单独运行模式(直推模式)，在正常航行工况或稍高工况(依据发动机功率配置而定)时，可通过发动机直接驱动螺旋桨，即发动机单独向传动系统提供转矩，让发动机工作在高效率区。

二是电机单独运行模式(PTH模式)，在船舶低航行工况或正常航行工况(依据发电机组配置而定)时，可通过可逆电机驱动螺旋桨，从发电机组发电，推进系统完全为电力推进，多余的电量也可为锂电池充电，可根据船舶航行工况确定开启的发电机组台数，以便使其工作在高效率区。

三是发动机和可逆电机同时驱动螺旋桨(BOOST模式)，在船舶高或较高航行工况时，为满足船舶的推进功率需求，发动机和可逆电机共同驱动螺旋桨，由发电机组为可逆电机及全船负载供电，发电机组可根据实际需要，启动1台、2台或多台。

四是发动机驱动螺旋桨和轴带发电机(PTO模式)，即发动机驱动螺旋桨，同时驱动轴带电机，此时轴带电机作为发电机使用，为全船负载供电及向锂电池充电。

五是发电机组+锂电池动力模式，此模式下，发电机组负荷较高时，在瞬时需要加速的情况下，锂电池短时间为轴带电机提供额外电力。

六是锂电池单独供电模式，可在港区、锚地、过坝等闸期间为全船供电，实现港口、锚地等区的废气污染物零排放，减少废气污染物的聚集性排放。

由上述分析可知，安装混合动力系统的船舶可在航行过程中根据航道、货物装载情况、季节、上水或下水等灵活选择适用的运行模式，以便始终保持在绿色高效的运行状态。

船舶混合动力系统EEDI计算方法

1.EEDI计算方法

EEDI的内在含义是指，根据船舶在最大装载量时以一定航速航行船舶所需推进动力以及船舶所需相关辅机功率消耗的燃油来估算CO2的排放量。EEDI值越大，表明船舶单位距离运输单位重量货物排放的CO2量越大、能耗越高。EEDI计算公式如下：

式中主要参数含义：nME/nAE——主机/辅机台数；PME/PAE——主机75%额定功率/辅机50%标定功率值，kW；SFCYME(i)/SFCQME(i)与PME相对应的燃油/气体消耗率；SFCYME(i)/SFCQME(i)/与PAE(i)相对应的燃油/气体消耗率；CF燃料的CO2转换系数；neff、feff(i)、Peff(i)、PAEeff(i)为能效技术的相关参数；Vref为在无风无浪的平静水域下，船舶在满载工况及主机按75%额定功率推进的情况下在深水中的航速,kn；Capacity为载运能力；fj、fi、fc为与船型有关的修正系数。

2.混合动力系统船舶的EEDI计算方法

(1)混合动力系统船舶的EEDI计算方法的确定原则

EEDI计算公式制定初衷主要是针对常规传统直接推进型式，即主发动机通过齿轮箱、轴系带动螺旋桨推进船舶航行，辅机发电对全船用电设施设备供电。所以从上述计算公式可知，EEDI计算公式主要包含三部分，第一部分是衡量主机在设计工况下的CO2排放量，第二部分是衡量辅机在常用工况下的CO2排放量，第三部分是采用风帆助航等新型能效技术带来的减少CO2排放的量。而对于混合动力系统而言，动力系统的设置并没有严格的区分主机和辅机，在不同的动力运行模式下，各动力源(发动机、发电机组、锂电池等)均可发挥船舶主推进和电能供应的作用。

目前，在IMO的《MARPOL公约》和中国船级社的《内河绿色船舶规范》中仅包含传统直推的船舶的EEDI计算方法，尚无混合动力系统船舶的EEDI计算方法，所以针对混合动力系统结构和功能模式的特点，研究提出不同运行模式下EEDI计算方法，主要基于如下原则：

1)协调性。混合动力系统EEDI计算方法的确定原则应与国际和国内规范标准保持协调一致，这样采用混合动力系统的船舶的EEDI指标衡量才可与传统常规推进型式的船舶使用同一EEDI基准线值。

2)聚焦主要矛盾。从船舶规范标准中可知，不同动力型式船舶的EEDI计算方法的主要区别在于主机功率PME、辅机功率PAE确定方法。所以根据混合动力系统结构和功能模式的特点，主要研究提出不同运行模式下EEDI计算所需要的主机功率PME、辅机功率PAE的计算方法。

3)兼顾多种能源组合。由于混合动力系统能量使用构成中可能含有燃油、LNG、锂电池等多种能源装置，所以在研究EEDI计算方法时需同时考虑多种能源并存的EEDI计算问题。

(2)混合动力系统船舶的EEDI计算方法

1)主机功率PME计算方法

①直推模式

由于混合动力系统的直推模式就是发动机通过齿轮箱、轴系直接推动螺旋桨，与《MARPOL公约》及《内河绿色船舶规范》中EEDI计算方法相同，主要考虑发动机功率15%的功率冗余及随着时间推移、设备老化造成的10%的功率下降储备，确定主机功率PME为发动机75%额定功率。

②PTH模式

基于前述主要原则中的协调性，在PTH模式下，动力系统设计时主要考虑推进电机的功率15%冗余储备；同时由于此种模式下是由推进电机推动螺旋桨，其能量来自发电机组，为此名义主机功率PME需从后向前推确定，即根据推进电机功率以及从原动机到推进电机之间的发电效率和能量传递效率：

式中：MPPMotor(i)——为推进电机（马达）的额定输出功率；

η(i)为发电机、变压器、变流器和马达电效率的乘积。

③BOOST模式

根据前述BOOST模式的运行特点，船舶推进功率是发动机和推进电机的集成，所以该种模式下，名义主机功率PME的计算方法应包含两部分：

④PTO模式

这种模式下，名义主机功率 的计算主要需考虑扣除发动机发出的功率中用于PTO发电的部分， PME(i)计算方法为：

式中：PTO——为轴带发电机的额定电功率输出的75%。

⑤发电机组+锂电池动力模式

如果锂电池的电能来自发电机组平时向电池充电，由于该种模式下，锂电池仅在瞬时需要加速的情况下，为轴带电机短暂提供额外电力，所以可不纳入EEDI计算公式内，此时可采用PTH模式的EEDI计算方法。

⑥锂电池单独供电模式

由于在该模式下，船舶处于停泊状态，仅有时在港区、锚地、过坝等闸期间为船舶供电，所以该部分应计入辅机功率PAE中。

2)辅机功率PAE的确定方法

辅机功率PAE主要考虑为正常航行时用电设备负荷，由于混合动力系统模式多，难以采用传统常规推进型式所采用的船舶正常航行时所需的在网发电机组原动机50%标定功率来确定，因此辅机功率PAE应采用电力负荷表确定。

(3)混合动力系统船舶Attained EEDI计算方法

利用上述2(2)确定的每种模式下主辅机功率代入1的EEDI计算公式中，得出每种模式下的Attained EEDI值，则混合动力系统船舶Attained EEDI计算方法为：

式中：f1、f2、 f3、 f4、f5分别为混合动力船舶在整个航线上各模式下的航行距离占比，f1+f2+f3+f4+f5=1，应同时提交混合动力系统船舶在整个航线上各模式下航行距离的说明文件。

计算实例

1.基本信息

(1)船舶动力系统配置

目标船是采用混合动力系统的某7500吨级散货船，动力系统配置方案为采用“柴油主机+轴带电机+气体发电机组+锂电池”(见表1)：

表1 船舶动力系统主要设备参数

(2)船舶航行过程中主要模式

该船在长江航行过程中，主要运行模式有：PTH模式、PTO模式、BOOST模式。

(3)船舶航线及不同航段采用的动力型式

该船主要往返于珞璜港-浏河之间，由于长江水流的作用，船舶在上水和下水过程中采用的动力型式不同，主要分配见表2、表3：

表2 船舶航行过程中的动力型式分配

表3 各种动力型式模式占比

2.船舶Attained EEDI计算

根据上述计算公式，得到该船的EEDI值见表4所示，通过该实船计算，说明本文研究提出的混合动力船EEDI计算方法的有效性，可充分反映该动力型式船舶的碳排放水平。

表4 某混合动力7500吨散货船EEDI计算表

针对当前碳达峰碳中和的发展目标，航运业需要有效的手段衡量其碳排放水平，船舶能效设计指数EEDI可作为船舶碳排放评估的有效工具。为了降低船舶碳排放、以及满足船舶在长江航行的动力需求，新型混合动力系统的船舶应运而生，而当前的EEDI计算方法尚不能覆盖混合动力船舶，为此本文基于混合动力的原理、EEDI计算方法的原理，研究提出了混合动力船舶在不同动力运行模式下的EEDI计算方法，以及综合考虑各动力模式占比的最终EEDI计算方法，最后通过实船计算，说明了该方法的有效性、合理性和科学性。