2021/8/26 1
符合NOx Tier III 與MEPC 76因應策略
Strategy for Complying with NOx Tier III Standards and MEPC 76
財團法人驗船中心 黃義順
2021年驗船中心第二次技術研討會
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報 告 內 容
⚫ 前言
⚫ NOx Tier III的因應策略
⚫ IMO減碳策略
⚫ EEXI與CII因應策略
⚫ 結論
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前 言
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前 言
Space
requirement in engine?
First cost?
Which Tier III technology?
Operation cost?
How long time in ECA?
Which fuels?
NOx Tier III
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前 言
參考資料:
https://www.man-es.com/docs/default-source/marine/2366382_technology-for-ecology_21082020.pdf
採用EGR、SCR及Dual fuel(如
WinGD XDF)可符合NOx Tier III
標準。
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⚫ 前言
⚫ NOx Tier III的因應策略
⚫ IMO減碳策略
⚫ EEXI與CII因應策略
⚫ 結論
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NOx Tier III 的因應策略
⚫ SCR (Selective Catalytic Reduction)
⚫ EGR (Exhaust Gas Recirculation)
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SCR (Selective Catalytic Reduction)
參考Panasia技術資料
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SCR (Selective Catalytic Reduction)
參考WinGD技術資料
HP-SCR
1. SCR 反應器安裝在渦輪 增壓機之前的高壓側。
2. 壓力約4bar, 最小工作溫 度310°C (for 0.1%S )
LP-SCR
1. SCR 反應器安裝在渦輪 增壓機之後的低壓側。
2. 低壓 SCR 系統通常體積 較大。
3. 壓力約0.6bar,最小工作溫
度230°C (for 0.1%S )
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SCR (Selective Catalytic Reduction)
參考MAN技術資料
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⚫ SCR能減少NOx排放量達80%以上。
⚫ 船舶進入 ECA 區域前，須根據廠家說明的加熱程序，將催化劑元件加熱到 SCR 的最低工 作溫度。
⚫ 柴油機處於低負荷狀態時，可能產生固態的銨鹽(硫酸氫銨)，因此廢氣入口須維持高溫來避 免觸媒當中的銨鹽凝結黏附。
⚫ 一般催化劑元件的壽命為5年，可搭配進塢時程更換，正確維護催化劑元件如定期吹灰及避 免銨鹽凝結黏附是延長使用壽命和 SCR 裝置運行良好的關鍵。
⚫ SCR系統中，作為還原劑的尿素溶液需儲存於特殊的尿素櫃，必須持續地補充尿素，尿素 帶來的額外運作成本，相當於燃料費的 10%左右。為確保SCR系統持續脫硝和避免阻塞現 象，對於廢氣溫度須特別注意。
⚫ 尿素溶液的儲存時間取決於溫度，大約 20°C 的溫度下，尿素可以儲存長達 2 年，尿素櫃 應遠離火源或高溫環境以避免蒸發。尿素對碳鋼、鎳和有色金屬（銅、鋅等）有腐蝕性，
尿素櫃一般需有適當的塗層處理或由不銹鋼或精選塑料製成。
⚫ Tier II柴油機若加裝SCR以符合Tier III，修改後之NOx技術卷應提送主管機關/RO認可。
SCR (Selective Catalytic Reduction)
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SCR (Selective Catalytic Reduction)
SCR系統 認證方式 ➔ SCHEME A
MEPC.291(71)
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SCR (Selective Catalytic Reduction)
SCR系統 認證方式 ➔ SCHEME B
SCR反應裝置試驗
(全尺寸或比例縮放的理論 分析或計算)
建模去計算NOx轉
化效率(%) 柴油機參數 NOx值(g/kWh)
EIAPP 船上驗證排放符合
性(柴油機+SCR) IAPP
SCR反應裝置試驗的工 況應對應於柴油機的每 個模式點
MEPC.291(71)
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廢氣再循環系統(EGR)簡介
參考MAN技術資料
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廢氣再循環系統(EGR)簡介
EGR系統及輔助系統示意圖
廢氣再循環系統(EGR):
為減少柴油機NOx排放，將柴油機排氣 中的一部分經處理與新鮮空氣混合後引 入氣缸，降低燃燒室內氧濃度及燃燒溫 度，降低NOx生成量。一般包括EGR單 元、閥件、EGR風機及控制與監測警報 系統等。
再循環廢氣與空氣混合進入氣缸前，需 進行必要冷卻、清潔及脫硫等處理，以 確保不造成柴油機系統部件損壞。
輔助系統: 一般包括洗滌水、鹼液
(NaOH)櫃(如有)、排放水、殘渣、海水/
淡水及控制與監測警報系統等。
廢氣切斷閥：
1.應監測閥的工作狀態。
2.防止廢氣洩漏。
3.防止灰塵積聚導致閥門卡死。
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HP-EGR vs LP-EGR
參考MHI技術資料
1. LP-EGR 的優點是系統結構簡單，因 為廢氣壓力較低，溫度較低。
2. 因為利用了渦輪增壓器吸入壓力， 所 需的 EGR 鼓風機功率低於 HP-EGR。
3. LP-EGR設備一般較 HP-EGR 系統大，
因為低壓會增加氣體體積。
4. 運營成本較具優勢。
1. HP-EGR由於氣體的高壓和高溫，用 於淨化氣體的洗滌器結構較複雜。
2. 由於高壓使氣體體積減小，設備緊湊 3. 需要較大功率的EGR 鼓風機將排氣壓
力升高到與掃氣壓力相當。
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HP-EGR vs LP-EGR
參考MHI技術資料
Running hour: 6,000 h/year, including ECA 10% (600 h/year)
LP-EGR➔ CAPEX 和 OPEX 都低於HP-EGR。
Life Cycle Cost 最低，因為SCR使用一定量的尿素。
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廢氣再循環系統(EGR)簡介
參考MAN技術資料
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廢氣再循環系統(EGR)簡介
參考MHI技術資料
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廢氣再循環系統(EGR)簡介
1. EGR 再循環率(recirculation rate ) 達35%, 減少NOx排放量達80%以上。
2. 使用LP-EGR系統燃油消耗率增加約1%。
參考MHI技術資料
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SCR vs EGR
SCR與EGR裝機初期系統成本比較表
裝機功率越高，價格遞減越大!
船舶類型 裝機功率(千瓦) SCR系統成本 (百萬美元)
EGR系統成本 (百萬美元)
油輪 13,500 1.26 1.31
超大型油輪 25,900 1.90 1.75 5000 TEU貨櫃船 29,500 2.90 2.35 14000 TEU貨櫃船 78,500 3.86 13 USD/kW 2.91
94 USD/kW 97 USD/kW
37 USD/kW
因素 SCR系統 EGR系統
尿素成本 X
氫氧化鈉成本 X
催化劑更換成本 X
額外燃料成本 些微 X
額外功率(輔助設備) X
污泥處理成本(EGR系統洗滌器) X
SCR與EGR運作成本比較表—影響因素
SCR 運營成本的最大部分是尿素的消耗。
➔EGR初始投資成本略高，但運營成本低 於SCR系統。
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SCR vs EGR
參考MAN技術資料
對於較小的裝機功率，選SCR系統更經濟
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SCR vs EGR
參考MAN技術資料
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⚫ 前言
⚫ NOx Tier III的因應策略
⚫ IMO減碳策略
⚫ EEXI與CII因應策略
⚫ 結論
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⚫ 技術要求-現成船能源效率船舶指數(EEXI)
⚫ 操作要求-碳強度指標(CII)
IMO 減碳策略
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IMO 減碳策略
⚫ IMO降低船舶溫室氣體排放戰略
► 降低國際航線船舶 單位運輸 的 CO
2排放：與2008年數值相比，
到2030年需降低至少40%，並 在2050年降低至少70%
► 使國際航運整體的溫室氣體排放 量儘早達峰值並開始降低，到 2050年的年度溫室氣體排放量 需降低50%(與2008年數值相比)
► 藉 由 EEDI 降 低 新 船 碳 排 放 註：EEDI意義為：每公噸貨物 運輸每海浬所排放之CO
2重量，
單 位 為 g-CO
2/ton-nm ， 數 值 越
低表示船舶能效越高
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IMO 減碳策略
EEXI 規定概要示意圖
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IMO 減碳策略
Attained EEXI
EEXI value is calculated by an individual ship.
Required EEXI
Required EEXI is specified for each ship type and size.
EEXI requirements shall apply to all ships of 400 GT and above which are engaged in the international voyages regardless of ship’s delivery date, except the following ships as with the case of EEDI.
• Ships not propelled by mechanical means
• Platforms including FPSOs and FSUs and Drilling rigs, regardless of their propulsion
• Category A ships as defined in the Polar code
• Ships which have non-conventional propulsion such as diesel electric, turbine or hybrid propulsion system (except LNG carrier and cruise passenger ship)
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IMO 減碳策略
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IMO 減碳策略
EEXI技術卷必須及時提交至船級協會認可，並 在認可後放置船上。在EEXI要求的生效日期後 的初次年度檢驗、中期檢驗或換證檢驗期間，
即2023年內，需對已達到之EEXI進行驗證，並
隨後簽發新的國際能效證書（IEEC證書, 同
EEDI屬一次性驗證)
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IMO 減碳策略
IEEC新增欄位
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IMO 減碳策略
Carbon Intensity Indicator (CII) :
⚫ CII為船舶碳排放強度指標，要求總噸位5,000以上且適用EEDI船型，用以表示 船舶實際的營運能效程度。在每年對船舶 CII 進行驗證後，還將對船舶 CII 進行 年度評級，表現不佳的船舶暫時不會直接導致懲罰性後果，但需要製定改正計 劃並納入船舶能效管理計劃(SEEMP)。
⚫ 為實施CII，後續將對 SEEMP 的製訂及實施進行強制化。SEEMP Part I 應進一 步包括未來三年所需的年度運營碳強度指標(CII)，記錄所需的年度運營CII的實 施計劃，及自我評估和改進的程序。
⚫ 在修正案生效之後的每一個日曆年蒐集數據並計算當年的CII值，在下一個日曆 年前三個月內報告主管機關或RO評定CII等級，由主管機關或RO驗證後簽發 SoC，有效期為當年直至下一個日曆年前五個月。
從2024年開始，CII 評等併入IMO DCS每年簽發SoC
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IMO 減碳策略
⚫ 船舶於2023年1月1日前須於其船舶能效管理計劃(SEEMP Part I)制定其CII達成計 劃並經RO認可簽發符合確認書(CoC)，並自2024年1月1日起，每年需計算並回報 其年度CII值，等級按優劣分為A級到E級。此外，隨後每一年該等級閾值(Z)將越來 越嚴格，若船舶連續三年落入D級或有一年落入E級，則須制訂矯正計劃並重新送 審取得RO認可。
⚫ 年度要求達到的CII 值，即為營運能效評級 C 等級的中間值。
⚫ 為評估目前方案適用性與 2030 年目標的可 達成能性，在修正案中納入了後審機制。
在 2026 年將對目前修正案的實施情況和效
果進行評估，以便進一步加強或改進相關的
措施。
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IMO 減碳策略
⚫ Required annual operational CII = (1 – Z/100) × 𝑪𝑰𝑰
𝒓𝒆𝒇)，Z is the
annual reduction factor， 𝑪𝑰𝑰
𝒓𝒆𝒇is the reference value。
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IMO 減碳策略
⚫ Attained annual Carbon Intensity Indicator (CII) 𝑨𝒕𝒕𝒂𝒊𝒏𝒆𝒅 C𝐼𝐼𝑠ℎ𝑖𝑝 = 𝐌𝐚𝐬𝐬 𝐨𝐟 𝐂𝐎𝟐 𝐞𝐦𝐢𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐬 (𝐌)
𝐓𝐫𝐚𝐧𝐬𝐩𝐨𝐫𝐭 𝐰𝐨𝐫𝐤 (𝐖)
⚫ Width of the rating mechanism
有關CII中A、B、C、D以及E級帶寬評等方式將採用向 量(dd vector)方式，以Required CII數值為C等級中間點 上下展開(如下圖)：
說明範例：若以某一年散裝船其 required CII 數值為10
gCO2/(dwt.nmile)，則superior
boundary、lower boundary、upper boundary以及inferior boundary 分別 為8.6, 9.4, 10.6 and 11.8
gCO2/(dwt.nmile). 若該船之attained CII 為9 gCO2/(dwt.nmile), 則該船當 年為B等級。
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⚫ SEEMP應納入以下內容:
1. 描述Attained annual operational CII的計算方法及將計算值報告給主管機關的流程。
2. 列出船舶未來三年(2023-2025年度) Required annual operational CII值。
3. 制定一個實施計劃描述如何滿足未來三年的Required annual operational CII值。
4. 制定一個自我評估與持續改進的程序。
⚫ 如2023/01/01之後更換船旗或更換公司，船舶仍應在年度結束 之後，計算及報告 發生上述變更年度從1月1日至12月31日的完整12個月的attained CII並進行評級。
IMO 減碳策略
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IMO 減碳策略
燃油消耗數據收集(DCS) 之SoC將納入CII 評等
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⚫ 前言
⚫ NOx Tier III的因應策略
⚫ IMO減碳策略
⚫ EEXI與CII因應策略
⚫ 結論
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EEXI與CII因應策略
現成船 EEXI 先行評估
EEXI 改善方式
可依據原
EEDI技
術卷進行
驗證
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EEXI與CII因應策略
Figures source:運輸計劃季刊第三十九卷 第四期徵收碳稅對船舶減速與營運成本間之 影響評估
Engine Power Limitation (EPL), Installation of Energy
Saving Device (ESD), DWT increase, Optimization of
bulbous bow, propeller and/or engine, etc.
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⚫ MEPC76 定案之計算準則摘要：
1. 主機功率(PME)：EEDI為最大連續輸出功率(MCR)的75%，當實施Engine power limitation (EPL) 的情況下，EEXI計算中的(PME)為最大限制功率(MCRlim)的83%或最大連續輸出功率(MCR)的 75%，以較低者為準。
2. 船速(Vref)：
1) 經EEDI認證之船舶(EEDI ships)：其EEXI之參考速度由先前EEDI海試之數據決定。
2) EEDI規定生效前建造之船舶(pre-EEDI vessels)：其EEXI之參考速度可由模型試驗 (model tests)所獲得之speed/power curve決定，在某些情況下可使用海試之數據配 上CFD計算校正。
3) EEXI calculation guideline亦提供依據船型、載重噸以及主機安裝功率做近似公式後 所得參考速度之選項，不過由於此方案有餘裕係數(margin factor of 5%)，故其所得 之參考速度較為保守，建議仍以模型試驗或海試報告為主。
4) 當船舶加裝節能裝置而影響船速時，可採取下述方法進行驗證：安裝裝置後之海試 (sea trials after installation of the device)及/或專用模型試驗(dedicated model tests) 及/或數值計算法(numerical calculations)。
EEXI與CII因應策略
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EEXI與CII因應策略
Engine Power Limitation (EPL )介紹：
⚫ 引擎功率限制（EPL）是一種通過將船舶的引擎功率限制在 最佳引擎設置內來提高船舶能效的系統。船速將受到限制。
⚫ EPL由一個簡單的設備組成，可以通過調節引擎控制系統上 的fuel index限制器限制最大引擎功率，無須改裝複雜的系統。
⚫ 就EEXI而言，EPL可以用作提高現有船舶能源效率的有效措 施之一。
⚫ 船舶通過EEXI的檢驗之後，應由主管機關或RO驗證EPL的 管理手冊，該管理手冊應永久放置在船上備查。
⚫ 超過之出力將視為儲備功率(Power reserve)，一般情況下無 法使用，僅能在為確保船舶航安(例如惡劣海況、參與搜救行 動、遭遇海盜等)下進行越控(overridable)使用，當遇到上述 情況使用儲備功率時需有相關紀錄並且立刻回報主管機關以 及RO。
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⚫ 傳統MC主機
1. 主機廠家改變調速器設定值(fuel limit)，調整及鎖定機械止動螺釘(Mechanical Stop Screw ) ，螺釘由金屬絲密封，從而限制可進入主機的燃油量。
2. 驗船師及PSC登輪確認止動螺釘密封狀態。
EEXI與CII因應策略
參考資料:
https://www.mitsui.gr/news/5d6f754dcfbd3/news-5d6f754dcfbd3.pdf
2021/8/26 44
⚫ 新型ME主機
1. 通過受密碼保護的燃油限制器軟體(如MAN Chief Limiters)直接設定引擎最大功率來實施 EPL。
2. 電子控制式主機沒有物理式密封，因此通過檢查數據記錄程序中記錄的數據，確認自上 次確認後沒有未經許可擅自解除 EPL 。
EEXI與CII因應策略
參考資料:
https://www.mitsui.gr/news/5d6f754dcfbd3/news-5d6f754dcfbd3.pdf
2021/8/26 45
EEXI與CII因應策略
執行EPL後需要什麼樣的文件/證明?
應提交以下文件：
1. EPL 設定值及相關程序（由主機製造 商提供)。
2. EPL 安裝後的驗船師檢驗報告。
3. EPL 管理計劃。
EPL 是否會導致其他操作問題?
限制功率範圍是伴隨著操作轉速範圍的 限制，新的運行轉速可能會導致共振情 況，導致結構或機械振動增加，若有需 要應尋求主機製造廠家進行相關評估。
尋求廠家提供資訊
2021/8/26 46
EEXI與CII因應策略
船舶範圍:
5000GT及以上，12類船 舶(同EEDI)
建造時間: 無關 實施機制:
船舶能效管理計劃 (SEEMP)+符合聲明 (SoC: DCS+CII rating)
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EEXI與CII因應策略
How to improve CII
實現IMO溫室氣體初步戰略的目標，將 適用於船舶的技術、操作和創新解決方 案結合，達成溫室氣體減排。
5-20%
船體及上 層建築的 優化
5-15%
動力推進 系統(電力、
新型節能)
高至75%
速度優化
5-50%
船隊管理 及物流規
劃 1-10%
能效管理
1-10%
航次優化 35-90%
燃料更換
2021/8/26 48
EEXI與CII因應策略
關於EEXI因應 ，CR能提供您
CR EEXI服務諮詢團隊，歡迎來信至 [email protected]
EEXI圖形化介面計算工具，快 速得知船舶現有attained 、 required EEXI 值及建議的主 機出力與船速。
EEXI技術卷範本及主機EPL管 理計劃等相關技術諮詢，以利 船東盡快聯繫相關製造商進行 改善規劃
本軟體之計算值僅供參考，並非正式之EEXI計算值
2021/8/26 49
EEXI與CII因應策略
關於CII因應 ，CR能提供您 快速的CII計算與評級計算工具
及相關技術諮詢
2021/8/26 50
⚫ 前言
⚫ NOx Tier III的因應策略
⚫ IMO減碳策略
⚫ EEXI與CII因應策略
⚫ 結論
2021/8/26 51
⚫ 採用EGR、SCR及Dual fuel(如WinGD XDF)可符合NOx Tier III標準。
⚫ IMO降低船舶溫室氣體排放戰略，技術面採取現成船能源效率船舶指數(EEXI)，操作面採 取碳強度指標(CII)。
⚫ Required EEXI近似Required EEDI等級，現成船需個別計算EEXI值，並評估是否符合規 定。EEXI技術卷必須及時提交至船級協會認可，並在認可後放置船上。2023年內，需對 已達到之EEXI進行驗證，並隨後簽發新的國際能效證書（IEEC證書, 同EEDI屬一次性驗 證)
⚫ 2023年1月1日前須於其船舶能效管理計劃(SEEMP Part I)制定其CII達成計劃並經認可組 織(RO)認可簽發符合確認書(CoC)，自2024年1月1日起，每年需計算並回報其年度CII值，
並每年進行評等，等級按優劣分為A級到E級，若船舶連續三年落入D級或有一年落入E級，
則須制訂矯正計劃並取得RO之認可。
⚫ 現行燃料消耗數據收集(DCS) 之SoC自2024年起將納入CII評級。
