典型船舶年度營運碳強度模擬計算及評級

丁一文 鄒 婕

一、引言

國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）海上環(huán)境保護委員會于2021年6月召開第76屆會議，對防污公約（以下簡稱MARPOL公約）附則Ⅵ進行了較大修訂，其中新增的第28條引入了船舶營運碳強度指標(biāo)（Operational carbon intensity indicator，CII），用以衡量船舶單位運輸工作量二氧化碳的平均排放量，并將營運碳強度指標(biāo)分為達到的年度營運碳強度指標(biāo)（Attained annual operational carbon intensity indicator，Attained CII）和要求的年度營運碳強度指標(biāo)（Required annual operational carbon intensity indicator，Required CII）兩類。從2023年開始，對于5 000總噸及以上適用的國際航行船舶，每年將根據(jù)船舶的Attained CII與Required CII的對比結(jié)果對其進行評級。對于評級較差的船舶，將可能影響其獲得碳強度指標(biāo)的符合聲明，會給其正常營運帶來諸多不利影響。

為了保證船舶營運碳強度指標(biāo)機制的順利實施，該次會議還通過了四個相關(guān)導(dǎo)則，分別為《2021年營運碳強度指標(biāo)和計算方法導(dǎo)則》（以下簡稱G1導(dǎo)則）、《2021年與營運碳強度指標(biāo)聯(lián)合使用的參考基線導(dǎo)則》（以下簡稱G2導(dǎo)則）、《2021年與參考基線相關(guān)的營運碳強度折減系數(shù)導(dǎo)則》（以下簡稱G3導(dǎo)則）和《2021年船舶營運碳強度評級導(dǎo)則》（以下簡稱G4導(dǎo)則），通過該四個導(dǎo)則的聯(lián)合使用，可以對每一適用的船舶進行CII的計算和評級。本文就CII的計算和評級方法進行介紹，通過調(diào)研選取上海地區(qū)12艘典型中國籍營運國際航行貨船進行模擬測算，并分析其在2023年至2026年的CII評級變化趨勢，為相關(guān)方應(yīng)對CII評級機制的正式實施提供參考。

二、年度CII計算和評級方法

1.CII的計算

G1導(dǎo)則對船舶CII的計算方法作了明確規(guī)定[1]，即船舶在一個日歷年排放的二氧化碳總質(zhì)量與其所進行的總運輸工作量之比，計算公式如下：

其中：M為船舶一個日歷年排放二氧化碳的總量，g；W為船舶一個日歷年所完成的總運輸工作量，DWT·n mile或GT·n mile。

船舶一個日歷年排放二氧化碳總量M的計算公式如下：

其中：j為燃油類型；FCj為根據(jù)IMO數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)公布的一個日歷年燃油j消耗的總質(zhì)量，g；CFj為燃油j的燃油質(zhì)量與二氧化碳質(zhì)量換算系數(shù)。

船舶一個日歷年所做的總運輸工作量W的計算公式如下：

其中：對于散貨船、液貨船、集裝箱船、氣體運輸船、LNG運輸船、滾裝貨船、雜貨船、冷藏貨船和兼用船，C為船舶的載重噸（DWT）；對于郵輪、滾裝貨船（車輛運輸船）和滾裝客船，C為船舶的總噸（GT）；Dt為船舶一個日歷年內(nèi)的航行總距離，n mile。

2.CII的參考基線

CII參考基線是指依據(jù)G1導(dǎo)則對MARPOL公約附則Ⅵ第28條所適用的每一船型制定的一條參考基線，該基線代表了2019年某一指定船舶組實際碳強度性能表現(xiàn)的中值曲線，是以船舶運載能力為變量的冪函數(shù)。當(dāng)?shù)弥硢嗡掖暗倪\載能力后，即可計算出該艘船舶2019年的具體CII參考基線值，其計算公式如下[2]：

其中：CIIref為2019年CII的參考基線值，g/（DWT·n mile）或g/（GT·n mile）；C的定義與式（3）中相同；a和c是依據(jù)2019年IMO數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)收集的單船Attained CII和運載能力為樣本，通過中值回歸擬合估計的參數(shù)，見表1。

表1 2019年不同船型CII參考基線計算參數(shù)

3.CII的折減系數(shù)

CII折減系數(shù)是指規(guī)定年份船舶的Attained CII相較于2019年參考基線值減少的百分比，該系數(shù)的設(shè)定主要是為逐步滿足《國際海事組織船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略》（MEPC.304（72）號決議）的目標(biāo)，即2030年國際航運船隊平均CII較2008年下降40%。G3導(dǎo)則對于確定CII折減系數(shù)的方法進行了詳細(xì)介紹，并確定了2023年到2030年該系數(shù)的具體數(shù)值，該數(shù)值參與單艘船舶在某年份Required CII的具體計算，將影響船舶的年度評級。Required CII計算公式如下[3]：

其中：CIIref與式（4）中定義相同；Z是2023年到2030年CII的折減系數(shù)，具體數(shù)值見表2。

表2 相較于2019年CII參考基線值的折減系數(shù)

4.CII的評級

最新修訂的MARPOL公約附則Ⅵ要求將船舶的Attained CII與Required CII進行對比驗證，根據(jù)對比結(jié)果將船舶的CII分為A、B、C、D和E五級，分別表示優(yōu)秀、良好、普通、稍差或不合格績效水平。為方便評級，從2023年到2030年，5級評級機制每年定義4個邊界，分別為優(yōu)秀邊界（superior boundary）、良好邊界（lower boundary）、合格邊界（upper boundary）和較差邊界（inferior boundary）。據(jù)此，可通過比較船舶的年度Attained CII與邊界值來確定等級，如圖1所示。

圖1 CII評級邊界

圖1中4個邊界值的計算公式如下[4]：

其中：d1、d2、d3和d4是以2019年IMO數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)收集的不同船型的數(shù)據(jù)作為樣本，采用分位數(shù)回歸的方法估算，exp（d1）、exp（d2）、exp（d3）和exp（d4）的具體數(shù)值見表3；Required CII的計算方法同式（5）。

表3 不同類型船舶CII評級邊界參數(shù)

三、典型船舶年度CII的計算和評級分析

1.樣本船舶數(shù)據(jù)

本文通過調(diào)研，從上海地區(qū)航運公司的主營國際航行貨船中隨機挑選了典型的散貨船、集裝箱船、雜貨船和油船各4艘，作為CII計算和評級分析的樣本，其2021年相關(guān)的航行及油耗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 樣本船舶2021年相關(guān)航行及油耗數(shù)據(jù)

2.Attained CII的計算

結(jié)合式（1）～（3）及表4可以對12艘樣本船舶的CII進行計算，表5給出了樣本船舶的Attained CII計算結(jié)果，表中A1、A2、A3和A4分別對應(yīng)表4中各船型下的船舶。

表5 樣本船舶的CII計算結(jié)果 單位：g·（DWT·n mile）-1

結(jié)合表4和表5可以看出，即使船舶載重噸量級相當(dāng)，但由于類型不同，計算得到的Attained CII也相差較大，例如，表5中雜貨船、散貨船和油船A2的Attained CII分別比集裝箱船A2高約31%、13%和5%。調(diào)研期間發(fā)現(xiàn)，這種情況產(chǎn)生的主要原因是相較于其他三種類型的貨船，集裝箱在靠港期間可以使用岸電，即使不考慮不同船型船舶自身的相關(guān)要素，如船體線型、主機性能、航行條件和船舶維護管理等，船舶靠港期間使用岸電也可以節(jié)省大量燃油，即減少二氧化碳的排放，降低船舶自身的Attained CII。

圖2為結(jié)合表4和表5給出的不同船型的載重噸與Attained CII的變化關(guān)系圖。從圖中可以看出，盡管船型不同且個別船舶由于自身營運狀況導(dǎo)致其Attained CII可能會明顯偏高，例如集裝箱船A1和油船A4，但不同船型的Attained CII整體隨船舶載重噸的增大而呈現(xiàn)減小趨勢。這是因為燃油消耗量主要受主機油耗率影響，同等工況下主機功率越大則油耗率越大[5]，而樣本船舶資料顯示，船舶載重噸成倍增加后，主副機的功率并不會同等比例增大，即同等營運狀況下船舶的耗油量不會同等比例增加，根據(jù)式（1）可知此時船舶的Attained CII將會變小，即船舶的大型化會降低自身的Attained CII。

圖2 不同船型載重噸與Attained CII的關(guān)系

3.CII的評級

在船舶實際營運期，船舶年度Attained CII會受諸多因素的影響，如船舶性能、營運方式和天氣因素等，本文假設(shè)在2021—2026年樣本船舶本身及營運方式不作任何改變，始終能維持當(dāng)前Attained CII，則根據(jù)上文的介紹可知，計算完船舶的Attained CII后，結(jié)合式（4）和式（5）及表1和表2可分別計算出每一單艘船舶的Required CII，再結(jié)合式（6）和表3，則可以計算出各船舶在2023年的各評級邊界值，結(jié)果見表6，將表5和表6的結(jié)果進行對比則可以對每一單艘船舶進行分級。圖3給出了所有樣本船舶在2023年新規(guī)生效后的評級結(jié)果。

表6 樣本船舶Reference CII及2023年各評級邊界值

圖3 樣本船舶2023年CII評級結(jié)果

通過圖3可以看出，2023年按照修正案要求對樣本船舶進行評級時，CII評級總體表現(xiàn)最優(yōu)的船型為集裝箱船，該船型100%的船舶都在B級及以上，有75%的船舶評級為A，且只有此一種船型評級時有船舶達到A級。油船的CII評級次之，但所有船舶也均在C級及以上，且有75%的船舶評級為B。雜貨船的CII評級在B、C、D、E四級中分布比較均勻，各級船舶占比一致，但有一半的船舶位于合格線以下。散貨船的CII評級在四種船型中表現(xiàn)最差，有50%的船舶評級為E，且只有25%的船舶在合格線以上，評級為C。

G4導(dǎo)則在確定各評級邊界時劃分了15%的營運船舶會處于E級，20%的船舶會處于D級，但此比例是依據(jù)2019年IMO數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)得出，實踐中不同國家和地區(qū)的不同類型船舶的CII評級比例分布可能會存在較大差異。結(jié)合圖2的評級結(jié)果可知，相較于IMO的評級比例分布，樣本船舶中散貨船和雜貨船的CII評級位于D級和E級的比例更高。

4.CII評級的變化

假設(shè)船舶自身不受所有外部因素的影響，能持續(xù)維持當(dāng)前的Attained CII表現(xiàn)水平，但由于G3導(dǎo)則中CII折減系數(shù)的存在，各船型CII的評級邊界值依然會逐年遞減，這將導(dǎo)致船舶的CII評級會隨著評級邊界的遞減而發(fā)生變化。圖4給出了四種樣本船型2023—2026年CII評級在C級及以上船舶的占比變化。

圖4 四種樣本船型2023-2026年C級及以上船舶占比

從圖4可以看出，若船舶在碳強度管理方面不做出任何改變，2023—2026年樣本船舶中集裝箱船的評級能100%維持在C級及以上，結(jié)合表5和表6可知，這是因為樣本船舶中集裝箱船的Attained CII與評級邊界對比裕度較大，因此全部船舶在2023—2026年能始終保持良好的評級表現(xiàn)。油船雖然在2023年評級時能滿足所有船舶在C級及以上，但隨時間推移依然會有相當(dāng)比例船舶跌至C級以下評級。雜貨船和散貨船C級及以上船舶在評級之初便占比不高，在2026年時，兩種船型C級及以上船舶占比均出現(xiàn)下滑導(dǎo)致其占比更低，其中樣本船舶中所有散貨船評級均在該年跌至C級以下。

圖5給出了樣本船舶在能持續(xù)維持當(dāng)前Attained CII表現(xiàn)的前提下，四種不同貨船船型在2023—2026年CII評級占比變化情況。

圖5 四種不同船型2023-2026年CII評級占比變化

結(jié)合圖4和圖5可知，所有典型貨船船型的CII評級均呈現(xiàn)下滑趨勢，即使集裝箱船整體表現(xiàn)良好，但隨著時間推移依然有相當(dāng)比例的船舶可能面臨C級以下的評級。對于散貨船和雜貨船，該兩種船型隨著時間推移會較快地出現(xiàn)大比例船舶評級跌至C級以下的情況，而MARPOL附則Ⅵ的最新修正案要求，不得向連續(xù)三年被評為D級或E級的船舶簽發(fā)營運碳強度符合聲明，除非已適當(dāng)制訂糾正行動并反映在船舶能效管理計劃（Ship Energy Efficiency Management Plan，SEEMP）中，并由主管機關(guān)或經(jīng)其正式授權(quán)的任一組織進行了驗證，即船舶的CII評級只有為C級及以上才能在當(dāng)前機制下可暫不做改進。其中，SEEMP作為船舶安全管理體系的一部分，是CII機制實施的重要載體，每年需要對其進行驗證和公司審核。對于連續(xù)三年被評為D級或E級的船舶，需修訂其SEEMP以包括糾正行動計劃，并提交至主管機關(guān)或經(jīng)其正式授權(quán)的任一組織以供驗證，船舶需按照經(jīng)修訂的SEEMP采取相關(guān)的糾正行動。

5.討論與建議

結(jié)合本文上述的模擬測算可知，CII評級機制實施后，雖然當(dāng)前營運的樣本船舶CII評級表現(xiàn)存在較大差異，集裝箱船較散貨船和雜貨船有著更優(yōu)的評級表現(xiàn)，但如果船舶在碳強度方面不做出任何改進，所有樣本船舶的評級表現(xiàn)均會隨時間呈現(xiàn)下滑趨勢，此時若不能采取有效的應(yīng)對措施，則很有可能給其正常營運帶來影響。因為船舶年度營運碳強度實施后，船舶將被賦予能效評級，而評級不佳的船舶，在港口國監(jiān)督檢查過程中可能面臨更嚴(yán)格的關(guān)于CII的相關(guān)檢查。正在修訂的新版《港口國監(jiān)督程序》新增了對于船舶CII的檢查要求，對于連續(xù)三年被評為D級或E級的船舶，檢查員可能會詳細(xì)檢查船舶SEEMP的糾正計劃以及執(zhí)行情況，若船舶缺少營運碳強度符合證明或船員落實SEEMP糾正計劃不到位，都將可能成為船舶被滯留的缺陷。

目前，為了滿足船舶能效標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，行業(yè)內(nèi)正在積極研發(fā)尋找新的綠色低碳能源，但對于當(dāng)前大多數(shù)正在營運的主流貨船，新能源的改裝并不實際。同時，在實際營運期間，除了船舶自身的技術(shù)參數(shù)和性能表現(xiàn)，船舶每年的Attained CII在很大程度上還受氣象、營運方式和經(jīng)營管理水平等因素的影響，因此，對于當(dāng)前已處于營運狀態(tài)的現(xiàn)有船舶，需根據(jù)不同船型的營運特點積極采取多樣化的方式優(yōu)化船舶能效水平。技術(shù)層面上，可優(yōu)化主機/舵槳配置、安裝節(jié)能裝置和采用新興的附加推力和減阻技術(shù)等，從船舶自身的性能表現(xiàn)著手進行優(yōu)化和改進；管理層面上，則可依托大數(shù)據(jù)，基于船舶自身的營運數(shù)據(jù)對船舶進行能效的優(yōu)化和管理，如優(yōu)化航速、控制卸貨以及監(jiān)控燃油加熱等，同時根據(jù)船舶營運特點的不同以尋求更加低碳的營運方式，例如，對于集裝箱船舶，靠港期間可優(yōu)先選擇能夠提供岸電的港口，通過使用岸電以節(jié)省含碳燃料的使用，從船舶的營運過程著手進行全方位的能效管理。

四、結(jié)語

CII評級機制的實施將會給現(xiàn)有營運船舶增加營運能效的分級，對于連續(xù)三年被評為D級或E級的船舶，其被滯留的風(fēng)險將會增加。當(dāng)2023年CII評級正式實施后，可以預(yù)見航運市場將愈發(fā)青睞能效評級表現(xiàn)優(yōu)秀的船舶。建議船東提前充分了解當(dāng)前的CII評級規(guī)則，根據(jù)不同類型船舶目前的營運管理模式和實際狀況，對每艘船舶的能效水平及未來變化趨勢進行模擬測算，盡早研究制訂應(yīng)對策略，提前做好CII評級機制生效的準(zhǔn)備。