高效燃油引擎基準與測試方法研究

前言

國際貿易一直是以海運為支柱，根據國際航運商會的數據，目前超過90% 的商品是透過海運運輸，因此造船業持續導入高效能引擎，加速升級改造並推動引擎需求增長，2030年的全球船舶推進引擎市場規模，預計將達337.5億美元，年均成長率約4.6%。隨著全球能源轉型與氣候變遷政策加速推動，各國均強化高能源密集產業之效率管理。海運船舶引擎長期依賴化石燃料，其能源消耗不僅影響經濟成本，更與溫室氣體排放密切相關。本研究係為因應經濟部於民國114年公告之「漁船用引擎容許耗用能源基準及檢查方式」，就其訂定的容許耗用能源基準，建構一套完整之船舶引擎容許耗用能源測試架構，建立具科學性與政策可行性之測試方法，為船舶引擎能源管理制度推動之關鍵基礎。引擎能源效率通常以制動比油耗（Brake Specific Fuel Consumption, BSFC）作為指標，其定義為單位輸出功率所消耗之燃料質量。既有研究指出，影響BSFC之因素包括燃燒效率、進氣條件、燃料品質及機械摩擦損失等。在量測層面，燃料流量計精度、溫度修正方式及時間取樣長度亦為重要因素。

引擎能源效率測試技術研究

研究背景與法規說明

船舶為能源密集型作業設備，其燃料消耗量直接影響運輸經營成本與碳排放水平，目前國際商業船舶組織已有成熟的能源效率設計與營運指標制度，我國的船舶能源管理則以行政規範為主，完整測試技術架構較為缺乏。船舶引擎的作業特性，包括長時高載運轉、負載變動頻繁、作業型態差異大、以及海域環境條件影響顯著等等，如果沒有標準化的能源效率測試規範，將導致測試結果公信力不足、能效判定具爭議性、以及能源效率政策推行不易等等問題。目前的測試需求主要分為新機廠測（出廠前）與裝船後測試，為確保量測具備追溯性與一致性，本研究聚焦於環境可控之新機廠測，以排除測試單位因環境變因與程序差異所導致的結果偏移 。

現行的國際組織標準，如國際標準ISO 3046 [1]、 ISO 15550 [2]、國際海事組織IMO / MARPOL Annex VI（防止船舶污染國際公約規範附則VI）[3]，已經具有作為船用引擎/ 船舶能源消耗測試的依據，這些標準提供了方法、工況循環、校正方式與報表格式等。但在實務應用上，由於海事環境複雜、變數眾多、以及不同船型／用途差異，測試結果的可比性與準確性仍存在挑戰。如果只就「船用柴油內燃機（Marine Diesel Engine）」於廠內的能源消耗測試，則有較完整的標準與技術規範可以依循。其中主要的適用標準為ISO 3046（往復式內燃機- 性能），此一標準係工程應用與法規導向，提供完整性能報告格式與修正機制，特別適用於船用與大型柴油機製造、驗證與型式測試。在實際應用中，ISO 3046 的燃料消耗與功率修正公式，部分是源自於ISO 15550，係用於宣告引擎性能與燃料消耗率，但就測定實際功率與修正因子則採用ISO 15550 的規範。此一系列標準的ISO 3046-1:2002 係就往復活塞內燃機之功率、燃料和機油消耗量的聲明與測試方法加以規定，是各國船用柴油機製造廠最常引用作為性能試驗的國際標準，重點測試項目為功率輸出、燃料消耗率（Specific Fuel Consumption, SFC）和潤滑油消耗率，側重於應用與報告一致性，適用範圍包括固定式、發電用、船用主機與輔機等各類柴油引擎。

IMO 防止船舶污染國際公約規範附則VI為強制性，雖以排放測試為核心，但規定了整套引擎台架測試流程，其中燃料消耗率SFC量測是以引擎功率對應燃油消耗率（g/kWh）計算。造船廠、引擎製造商、及船級社在執行引擎型式認可（Type Approval）時，均依此法規執行測試，其燃料消耗數據同時適用於能源效率指數（EEDI / EEXI）的計算。此規範的燃料消耗率測試係使用燃油質量進行計算，明確記錄燃油低熱值LHV 和環境條件（溫度、壓力、濕度），並加以修正，量測精度要求為燃料流量±1%、功率±1%、溫度±1K，並採用表1 之標準化的13 負載點進行測試。

上列每一負載點均量測燃料消耗與功率輸出，然後將各點結果加權平均，即可得到平均燃料消耗與效率數據。

我國的船用內燃機性能試驗標準包括CN S3004 船用內燃主機廠試法[4]，以及CNS 3304 船用內燃發動機性能試驗標準[5] 和CNS 2316 船 用小型內燃發動機性能試驗標準[6]，係分別適用 於60 公制馬力（PS）以上和3 PS 至60 PS。CNS 3004 說明試驗裝置並提供略圖，耗油率測定為稱 重法或容積法；CNS 3304 規定於全負荷進行燃油 消耗率試驗，並說明耗油量之計測為稱重法，係 依據測量油櫃重量於一定時間所測得的減輕重量而得；CNS 2316 則就不同類型之內燃發動機， 於全負荷訂定各自的最大燃油消費率。現行CNS 2316 係於民國53 年公布，迄今並未再行修訂，所訂定之燃油消耗率上限，未能對應現今的船舶引擎性能，而且只適用於輸出功率為3 PS 至60 PS。為確保漁船用引擎能源使用效率，我國於民國77 年公布「漁船用引擎容許耗用能源標準及管理辦法」，並於民國114 年12 月6 日以「漁船用引擎容許耗用能源基準及檢查方式」[7] 取代，所訂定的引擎耗能標準如表2 所示，係依據「能源管理法」第十四條加以列管之使用能源設備並訂定的容許耗用能源基準。

DOI:10.30256/JIM.202606_（519）.0011