船舶二氧化碳排放量計算的不確定性分析

張 曦，李大屹

(1. 中國船級社 質量認證公司，北京 100006；2. 中國船級社 船舶能效推進工作組，北京 100007)

0 引 言

水運行業在我國國民經濟中占有舉足輕重的地位，截至“十二五”末我國擁有水上運輸船舶16.59萬艘，海運船隊運力規模1.6億載重噸,位居世界第三。與其他行業相比，水運行業的碳排放數據更難準確獲取，這主要是因為船舶油耗計量監測難度高、數據量龐大,且在航行過程中受氣候條件、船舶工作周期、航行特點等因素影響，能耗量及碳排放量存在一定波動性，因此在船舶二氧化碳排放數據收集、基線設訂及排放量監控等方面難度較高。

根據IPCC的定義，任何行業在計算其二氧化碳排放量時都存在一定的不確定性，主要是由數據缺乏代表性、統計隨機取樣誤差、測量誤差等原因引起的，不確定性估算是一份完整的溫室氣體排放清單的基本要素之一[1 - 3]。在我國碳排放權交易市場建設中，在MRV階段，北京等地區的重點排放企業被要求計算其二氧化碳排放量的不確定性[4]。由于水運行業沒有納入全國碳排放權交易，尚未有針對船舶碳排放計算二氧化碳的不確定性的案例，因此，本文嘗試采用IPCC提出的不確定計算原則，提出船舶二氧化碳排放不確定性的計算方法和案例分析。

對不確定性的分析和控制可以提升對水運行業二氧化碳排放量計算的準確度，確定現有船舶能量利用薄弱環節，對于提高船舶的能源利用水平具有重要意義。

1 船舶二氧化碳排放量計算的不確定性分析

根據IPCC的定義，不確定性主要包括與活動數據相關的不確定性和與排放因子相關的不確定性。

1.1 活動數據不確定性

活動數據即船舶燃油消耗水平，對船舶碳排放來說，活動數據不確定性主要來自于：

1）計量設備如量油尺、容積流量計、質量流量計產生的計量誤差；

2）船員對燃油密度進行修正產生的不確定性；

3）燃料的錯誤分類及缺乏數據完整性。

船舶燃油體積計量主要采用油艙監控和流量計2種計量方式：1）油艙監控。通過艙容表和量油本計算吃水差（Trim）、橫傾角（Heel）及燃油體積，即先由船員監測油艙深度（或空距），再以油艙深度（或空距）為引數，查吃水差修正表，或查橫傾修正表，再查艙容表得出燃油體積。2）流量計計量。目前我國絕大部分船舶安裝的是容積式流量計，每艘船上配備的容積式流量數據與船型有關，例如一艘超大型油輪VLCC船配備的流量計有5個，分別為主機1個、副機2個、鍋爐2個，分別計量主機燃油消耗量、副機燃油消耗量、鍋爐燃油消耗量。因此，由于油艙監控的復雜性、容積流量計的安裝數量和覆蓋范圍，不可避免會產生活動數據的不確定性。

由于燃油計量的結果是燃油體積，體積折算成重量需要乘以密度，因此需要對燃油做密度修正。燃油密度與溫度呈線性關系，且燃油供應單BDN上只有標準溫度下的標準密度，因此做燃油密度修正時需要將標準密度轉換為油艙實際溫度下的燃油密度。船舶燃油溫度通常是：對接觸海水且沒有加熱的油艙采用海水溫度作為該艙的油溫，對空氣包圍的且沒加熱的油艙采用氣溫作為該艙的油溫，日用柜、沉淀柜一般都配有溫度計可直接讀取溫度；如果對溫度沒有測量，將根據經驗估計溫度。因此，對燃油密度的修正也會帶來活動數據的不確定性。

1.2 排放因子的不確定性

二氧化碳排放因子主要取決于燃料的碳含量。對船舶來說，排放因子的不確定性主要來自于：

1）區別國內和國際燃料消耗的難度帶來的不確定性；2）燃料構成的不確定性；3）不同供油方的燃油雜質含量及含水量；4）船舶使用年齡分布；5）燃燒條件（氣候，海拔）和行駛方法的不確定性；6）燃燒后排放控制技術應用率的不確定性（如催化劑）；7）作業溫度 （N2O）的不確定性。

由于國際標準《ISO 8217-2010船用燃料油規格》和我國的《GB/T 17411-2012船用燃料油》均未對船用燃料油的熱值和含碳量做出規定，且由于國內船舶燃料油交易具有靈活性（我國船舶燃料油的價格完全由市場來決定，不同于柴油、汽油是由發改委定價的），因此，煉油廠的煉油廠工藝不同，有的是用煤焦油調的燃料油，有的是用石油烴調的燃料油，生產的燃料油的熱值、含碳量也有一定的差異。燃油檢測通常也只檢測的是8217中規定的17項指標，對17項指標之外的物質含量通常不檢測，從船上BDN和油品化驗單，并不能準確估算出燃油含碳量。

因此，由于缺乏統一的含碳量標準，各型號油品的熱值和含碳量差異也無法具體量化，行業上統一采用了IMO在2008年MEPC.1/Circ.684通函《船舶能效營運指數（EEOI）自愿使用指南》上提出的轉換系數，即1 t重質燃料油完全燃燒時排放3.1144 t二氧化碳，但這種通用的排放因子并不能代表國內所有船舶的燃燒排放情況，因此在排放因子方面存在一定的不確定性。根據IPCC的研究，柴油燃料的CO2排放因子的不確定值大約為±1.5%，殘留燃料油的為±3%；非CO2排放的不確定性大得多，CH4排放因子的不確定性可能高達50%，N2O排放因子的不確定性可能低于缺省值大約40%。

2 不確定性的案例計算

2.1 IPCC 提出的不確定性量化原則

IPCC提出，不確定性量化過程采取誤差傳遞公式進行估算。當不確定量由加法合并時，總和的標準偏差為相加量的標準偏差的平方之和的平方根，其中標準偏差都以絕對項表示：

其中：Utotal1 為所有量的總和的百分比不確定性；xi和Ui分別為不確定量及其相關的百分比不確定性。

當不確定性量用乘法合并時，應用同一規則，但標準偏差表示為適當平均值的分數：

其中：Utotal2為所有量的乘積的百分比不確定性；Ui為與每個量相關的百分比不確定性。

2.2 船舶二氧化碳排放量計算及其不確定性水平

以某集裝箱輪為例，2016年其全年的航行里程及油耗量見表1。

表1 某集裝箱輪 2016 年航行里程及油耗值Tab.1 Shipping Kilometer and Fuel Consumption of XX Ship

經計算，該輪2016年二氧化碳排放總量82 495.9 t，計算不確定性為3.2%1。具體計算過程如表2所示。

3 不確定性的主要控制措施

從船舶管理現狀角度分析，針對船舶二氧化碳排放量的不確定性，可以從以下幾個方面加強管理：

1）更新計量標準，完善計量器具配置

由于目前船舶燃油計量仍屬于石油計量范疇，沿用的是石油計量方法和石油計量標準《ISO-91/1石油計量表》，與計量容積大的石油相比，這種計量方法對船舶燃油來說略于粗略，行業上需要從計量標準的角度完善船舶燃油計量。

表2 排放量計算及不確定性分析Tab.2 Emission Calculation and Uncertainty Analysis

目前國內新船已經按《JTT12-2004 運輸船舶油耗計量儀表配備技術要求》配備了流量計，但老船未對主機、輔機和鍋爐單獨配備燃油計量器具，應進一步完善船舶計量器具的配置。同時，應逐步將傳統的容積式流量計更新為質量流量計。由于質量流量計可以直接測出燃油質量，而不是通過測量體積再乘以密度后得出燃料重量，監測精度較高。但由于其價格昂貴，目前我國絕大部分船舶安裝的都是容積式流量計，目前只有少數幾家大型船公司為部分船舶安裝了質量流量計。

2）加強燃油管理，降低燃油損失

加強船舶燃油管理，按照燃油的加裝計劃、航線情況，合理使用或調整各油艙的存油量，盡量避免大量的不同品質的燃油摻混，避免燃油不相溶產生沉淀。燃油加裝后要合理安排使用，不能在船保留太長時間，防止其老化和變質，影響使用效果。

加強對船舶分油機、加油及駁油管路、流量計的定期檢查校驗，提高設備管理水平，降低以下方面的燃油損失：分油機跑油造成的損失；分油機排渣造成的損失；每次加裝燃油時造成的損失；流量計誤差造成的損失；燃油混艙后造成分油機出渣率增加造成的損失；主機、副機、鍋爐故障（燃燒不良）造成的損失；焚燒爐使用時，由于頻繁點火、甚至輕油伴燃造成的輕油消耗。

3）加強燃油計量管理，提高能耗統計自動化水平

燃料油由企業選定的多個供應商進行供應。一級計量器具為供油船流量計，由供應商提供，應在加裝燃料油前確認流量計的有效性。每艘船舶的燃料艙都配有量油尺和艙容表，艙容經船級社審批，每次對供應商供應的燃油的加裝量由船舶、供應商雙方確認簽字，必要時聘請有資質第三方檢測機構進行量油檢測，并出具報告。當輪機長確認船舶需要加油時,通知供貨商,以雙方互派監督員確認的數據為準,加油偏差量控制在一定范圍內,雙方確認加油單時如出現爭議，雙方互相妥協并商定加油量。

由于船舶吃水差和橫傾角的準確度都會影響查算燃油體積的精度，所以測量燃油時應排除影響測量精度的干擾因素。船舶航行特別是在淺水區域航行、裝卸貨、排放/壓入壓載水、船吊移動等會引起船舶吃水差和（或）橫傾角的變化，因此應把握最佳的燃油測量時機，選擇吃水差和橫傾角變化小且不影響船舶正常作業的時間段，應盡量降低由各艙溫度、船舶搖晃、油渣估算等因素引起的測量誤差。

企業應逐步提高能耗統計的自動化水平，建立能耗信息系統平臺,進行燃油消耗的自動統計監測，逐步用自動化手段替代人工摘錄方式,提高數據統計的準確性和實時性,提高船岸油耗數據的同步效率。根據油渣量及水分進行耗油量修正時，采用計算機軟件進行修正，降低船員直接根據經驗判斷修正系數。