船舶溫室氣體減排規則的發展與應對

何皛磊

（中國航空技術上海有限公司 上海 200041）

船舶溫室氣體減排規則的發展與應對

何皛磊

（中國航空技術上海有限公司 上海 200041）

溫室氣體排放已成為全球關注的熱點。文章介紹了船舶溫室氣體減排規則的發展進程以及新船能效設計指數的出臺和影響，并對減排措施進行了探討，著重闡述了采用氣體燃料這一措施的減排效果。

船舶；溫室氣體減排；新船能效設計指數；措施

0 引言

隨著世界工業經濟的發展、人口的增長，CO2排放量越來越大，溫室效應所顯現出來的負面問題也越來越多，如氣候異常、冰川融化、海平面升高、生態系統改變、動植物生長異常甚至瀕臨滅絕等等。因此，急需世界各國、各行業協同控制和減少CO2排放。與此同時，航運業也面臨著低碳時代的到來，低碳航運、綠色航運的戰役已經打響。

1 溫室氣體減排規則的發展進程

1.1 全球溫室氣體減排措施的提出

1990年，國際氣候變化政府間組織（IPPC）發表了第一次評估報告，這份報告確定了氣候變化的科學依據。1992年5月22日，氣候變化框架公約政府間談判委員會就氣候變化問題達成了《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC），并于1992年6月4日第一屆地球首腦峰會上簽署。該公約規定：發達國家為締約方，應采取措施限制溫室氣體排放；同時要向發展中國家提供資金以支付其履行公約所需費用，并承擔對發展中國家進行技術援助的義務。該公約于1994年3月21日正式生效。截至2009年12月19日，已有192個國家簽署該公約。

UNFCCC是世界上第一個為全面控制CO2等溫室氣體排放而制定的國際公約，也是國際社會在應對全球氣候變化問題上進行國際合作的一個基本框架。不過，該公約中并沒有規定參加國具體要承擔的義務。

1996年發布的IPPC第二次評估報告為系統闡述UNFCCC的最終目標提供了重要的科學依據，同時也推動了1997年12月《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》（下文簡稱為《京都議定書》）的簽署。《京都議定書》為各國的CO2排放量規定了標準：2008~2012年間，全球37個主要工業國的年均工業CO2排放量要比1990年低5.2%。其中歐盟需將6種溫室氣體的排放量削減8%，美國削減7%，日本和加拿大各削減6%，發展中國家自愿制定減排目標。

這樣做的目的主要是為了將溫室氣體排放量穩定在一個適當水平，防止因劇烈的氣候改變而對人類造成傷害。該議定書已于2005年2月16日在全球生效并強制執行。

《京都議定書》在歷史上首次以法規的形式限制溫室氣體排放。航空和海運業是目前僅有的兩個還未被納入《京都議定書》的大型產業，但是也已經引起了業界的廣泛關注。

1.2 船舶溫室氣體減排規則的發展進程

全球約有90%的貨物通過船舶運送。船舶由于其運載量遠大于陸路和航空運輸，因此每單位運輸的CO2排放量遠低于其他運輸方式（見圖1），是三大運輸系統中公認的最環保的運輸方式。

圖1 各運輸方式CO2單位運輸排放量

國際氣象組織（IMO）《2009年溫室氣體研究報告》顯示，2007年全球航運業CO2排放量為10.46億t噸，占全球CO2排放總量的3.3%。其中國際航運CO2排放量約為8.7億t，占全球總量的2.7%（見圖2）。若不采取措施加以限制，那么到2050年，CO2排放量將增加200%～300%［1］。由此可見，船舶溫室氣體排放問題也不可小視。

圖2 2007年全球CO2排放情況

1998年11月，海洋環境保護委員會（MEPC）第42次會議提出解決船舶溫室氣體排放問題，并同意制定關于船舶溫室氣體減排的政策性文件。2003年7月，MEPC第49次會議批準了《IMO關于船舶溫室氣體減排的政策和措施》文件草案。2003年11月，該草案在IMO第23次大會上獲得通過。

2005年7月，MEPC第53次會議通過了《船舶CO2排放指數自愿試用臨時導則》，以評估營運船舶的CO2排放水平。

2008年3月，MEPC第57次會議提出采用強制性“CO2設計指數”（新造船）、單位海運量“CO2排放指數”（營運船）以及市場機制等措施來減少船舶溫室氣體排放。2008年10月，MEPC第58次會議又將“CO2設計指數”變更為“能效設計指數”（EEDI），將“CO2排放指數”變更為“能效營運指數”（EEOI），并通過了《新船能效設計指數計算方法的臨時指南》。

2010年3月，MEPC第60次會議審議了日本、挪威和美國聯合提交的《關于制定MARPOL公約附則VI修正案》，內容包括對新船強制實施EEDI，以及對所有營運船舶強制實施“船舶能效管理計劃”（SEEMP）。

2011年7月，MEPC第62次會議通過包括EEDI在內的“MARPOL公約附則VI有關船舶能效規則的修正案”。EEDI將于2013年1月1日正式生效，這意味著該日期以后建造的所有400GT及以上國際航行船舶必須滿足新的能效標準。締約國主管機關可在修正案生效后，自行決定推遲四年執行。

至此，第一個專門針對國際航運溫室氣體減排問題的強制性法律文件已經出臺且即將執行，全球造船業和海運業必須積極應對。

2 新船能效設計指數

EEDI適用于客船、干散貨船、氣體運輸船、液貨船、集裝箱船、滾裝貨船、普通貨船、客滾船等八大類船型，基本涵蓋了所有普通商船類型。因此，對EEDI進行研究十分必要。

《新船能效設計指數計算方法的臨時指南》給出了EEDI的計算原理和計算公式［2］，見圖3。

圖3 船舶動力系統簡化示意圖及EEDI計算公式

圖3的EEDI計算公式中，分母表示船舶在規定航速下與載貨量及其修正系數的乘積。分子的第一部分表示船舶以該航速運輸該載貨量所需的主推進功率與所消耗燃油之乘積；第二部分表示為保證主機在第一項所述狀態下工作所需的輔機功率（包括必要的起居功率消耗）與所消耗燃油之乘積；第三部分表示當船舶設有推進電機且使用輔機功率節能技術時，其對軸功率的貢獻與輔機燃油消耗之乘積；第四部分表示采用新節能技術減少燃油消耗所帶來船舶能效的提高部分。

簡而言之，EEDI就是利用船舶在保證其最大載貨能力時，以一定航速航行所需的推進動力及相關輔助功率所消耗的燃油，扣除廢熱回收和新型節能設備所補償的燃油量，再折算出CO2排放量以反映船舶的能效水平。

根據《在MARPOL附則VI中納入船舶能效規則的修正案》的要求，新造船計算所得的能效設計指數必須滿足：“計算所得的能效設計指數≤要求的能效設計指數”，且“要求的能效設計指數=（1-X/100）×基線值”。其中：X為下頁表1所列對應于根據減排目標所設每個階段EEDI基線的折減系數［3］。

EEDI是衡量船舶設計和建造能效水平的一個指標，對于新造船具有強制性。單船的設計指數應低于基線值。

表1 相對于EEDI基線的折減系數

修正案也對基線值的計算給出了規定。基線值=a×b×c，其中a、b、c的取值見表2［3］。

表2 用于確定不同船型基線的參數

EEDI的計算方法已經確定。不難發現，隨著排放要求的不斷提高，基線將逐步降低，隨后就是對技術水平提出更高要求。EEDI作為最長效的減排手段，采取何種減排措施也已成為當前討論的熱點。

3 船舶溫室氣體減排措施

由EEDI的計算公式可以看出，對EEDI起決定性作用的參數有航速、載貨量、主輔機功率和節能效果。我們可直觀地從以下四個方向入手降低EEDI。

（1）當載貨量一定，航速保持不變的情況下，降低主輔機功率。即采取提高推進效率和操縱性，主機降功率使用，優化船舶設計，保持船體表面光潔，降低船舶阻力等措施。

（2）當載貨量一定，功率和油耗保持不變，可采取提高航速。即考慮利用風向、水流等有利條件選取最佳航線；

（3）保持航速、主輔機功率和油耗均不變，通過使用新型材料、改進船體結構來降低空船重量，相應增加載重量。

（4）降低油耗。這包含了兩個方面：一是通過利用廢熱回收方式來降低整體能耗；二是利用低碳能源來替代普通能源，包括風能、太陽能、天然氣、燃料電池等。使用岸電也是降低船上能源消耗的一個方法。

當然，這四個參數也相互關聯，因此需要綜合考慮。比如通常情況下，船舶的燃油消耗量與航速的三次方成正比。如果不是一味地追求高航速，那么選擇一個經濟航速，可以大幅降低主輔機功率和油耗，同樣可以達到降低EEDI的效果。

DNV對減排措施也作了深入研究。2009年12月15日，其發布了名為《實現低碳航運之路——2030年的減排潛力》的報告，對所預測的2030年船隊規模減排情況進行了分析［4］。

圖4描述了世界船隊通過采用各種減排措施后可實現的CO2減排量與預測成本效益。圖中列舉了2030年全球船隊實現減排可采取的25項措施，其中17項為技術措施，8項為營運措施。這些減排措施的最終效果參見圖5和表3。

圖4 預測全球船隊2030年可實現的減排量與成本對比圖

圖5 預測全球船隊2030年詳細減排曲線

隨著造船業的發展，對船體進行優化（如主尺度優化，線型優化，調整吃水等）已進行了一輪又一輪。由于主尺度受限于航線、港口、河道等因素，所以進一步優化的空間較小。目前，普遍采用的方法是在船體外板上涂防污底漆以減少海生物的附著，從而降低航行阻力。據統計，無海洋生物附著時，船舶油耗可節省約20%，但防污底漆對海洋環境的污染也不容小視。氣膜減阻是一個較環保的措施，理論上確實具有顯著成效，但成本較高、可操作性較小，故難以實現。

表3 預測2030年各級減排成本的減排量和排放量

太陽能、風能等新能源的利用現已成為各行業節能減排的一大選擇。但目前這些技術要應用于船舶，還需制定一系列新規范來保證其安全性。同時，采用這些新技術的高成本也不得不考慮。因此，這些新能源離實際應用還存在一定的距離。

使用岸電是船舶節能減排的有效措施，其效果非常直觀。但值得注意的是，該項措施實際是將船舶排放的溫室氣體和有害氣體轉移到岸上，相對于整個地球，這些氣體的排放總量并沒有實質性減少。并且如果提供岸電的能源不夠清潔，甚至有可能增加溫室氣體和有害氣體排放量，因此，這并非船舶減排的真正目的。由此可見，選擇兼具較高可行性和成本效益的措施十分重要。

從圖4中可見，航程優化、減速航行（提高港口效率）、提高推進效率、變頻技術、對轉螺旋槳、氣象導航、燃氣、減速航行（船隊擴大）、廢熱回收這幾項措施的成本效益較高。為了使2030年的CO2排放量控制在2009年的水平，需要實施所有成本低于35美元/噸的減排措施。在這些措施中，減速航行和采用氣體燃料的優勢尤為突出。

世界能源組織的最新報告顯示，在未來的世界能源構成中，天然氣的地位越來越重要。加快天然氣的開發和利用對改善能源結構、保護生態環境具有深遠的戰略意義，其替代煤炭和石油成為主要能源將會是一個長期的發展趨勢。世界將在石油時代之后迎來天然氣時代。

圖6是針對燃氣措施所繪制的減排曲線［4］。其中雜貨船和冷藏船等小型船舶的成本效益最高，所有燃氣型船舶總邊際減排能力高達1.25億t，相當于所預測2030年CO2排放總量的8%，這個數字非常可觀。

圖6 燃氣型船舶減排曲線

占船舶主機市場份額96%以上的兩大世界著名品牌曼恩和瓦錫蘭，都已研發并投產雙燃料發動機。他們的研究報告表明，當雙燃料發動機與廢氣再循環技術和廢熱回收技術相結合時，可大大降低CO2、硫氧化物和氮氧化物的排放量。目前先進的雙燃料發動機可在任意比例下燃燒天然氣與燃油，且可在燃油和天然氣之間靈活切換。因此，使用何種燃料完全取決于船上可供使用的燃料類型、相對成本和船東自身的偏好。隨著燃油價格的急劇上漲以及排放標準的逐步提高，雙燃料發動機將擁有更為廣闊的市場前景。

上述只是目前我們所掌握的一些減排效果較為顯著的措施，隨著研究深入，還將出現更多新的有力措施，從船舶設計、建造工藝、設備配套、維護保養和經濟運營等各個方面進行控制和減少CO2的排放，實現減排目標。

4 結論

目前航運業CO2排放量所占比例雖不高，但由于其他行業已經提前實施各種嚴格的減排措施，因此航運業CO2排放量所占的比例會越來越高。國際海事組織2009年溫室氣體研究報告中已經指出：如果到2100年，全球平均氣溫相對于工業革命前的上升幅度控制在2℃以內，則必須采取相應的減排措施，使2050年全球航運CO2排放量控制在全球排放總量的12%～18%。這樣到2100年，才有50%的可能性達到上述要求。因此，船舶溫室氣體減排任重而道遠，它將對整個行業產生重大影響。現行規則的出臺只是一個開始，相關單位都必須高度重視，尋找合適的應對措施。這不僅是為了滿足規則、規范的要求，更為了我們賴以生存的地球。

［1］IMO.Second IMO GHG Study 2009［R］.London：April 2009.

［2］IMO.MEPC.1/Circ.681 Interim Guide lines on the Method of Calculation of the Energy Efficiency Design Index for New Ships［S］.London：August2009.

［3］IMO.Resolution MEPC.197（62）Amendments to MARPOL Annex VI on Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships by Inclusion of New Regulations on Energy Efficiency for Ships［S］.London：July 2011.

［4］DNV.Pathways to Low Carbon Shipping—Abatement Potential Towards 2030［R］.Norway：December 2009.

Development and countermeasures of ship GHG emission reduction

HE Xiao-lei
（CATIC Shanghai Company，Shanghai200041，China）

Greenhouse gas emission has been the hot spot all over the world.This paper introduces the progress of regulations about the GHG emission reduction from ships，and the promulgation and influence of the EEDI.It also discusses the measures of reducing the CO2emission from ships and emphasizes the effect of using gas fuel.

ship；GHG emission reduction；EEDI；measures

U692.5

A

1001-9855（2012）03-0015-07

2011-09-27；

2011-10-17

何皛磊（1985-），女，漢族，碩士，助理工程師，主要從事船舶與海洋工程設計制造工作。