海運業實現減少溫室氣體排放目標分析

王學敏 韓連任 張桂臣

（1.上海應用技術大學 機械工程學院 上海 201418；2.中船動力研究院有限公司 上海 200129；3.上海海事大學 商船學院 上海 201306）

0 引言

根據國際海事組織（international maritime organization,IMO）第4 次國際海運溫室效應氣體（greenhouse gas,GHG）排放研究報告[1]，海運業2018 年排放了10.76 億t 溫室氣體，約占全球人為溫室氣體年排放總量的2.9%，占運輸行業年排放總量的11%，該數據比2012 年增加了9.6%。報告預測：如果不進行任何改變，到2050 年，海運GHG 年排放量可能將達到15 億t，占全球總排放量比例也將上升為4%～ 8%，遠超2015 年12 月《巴黎協定》商定的限制溫室氣體減排水平。海運業已被認為是全球經濟中溫室氣體增長最快的行業之一[2]。

IMO 作為聯合國下屬機構，負責制定限制船舶碳排放法規。2018 年4 月，IMO 海洋環境保護委員會（maritime environment protection committee,MEPC）第72 屆會議通過了《IMO 船舶溫室氣體減排初步戰略》[3]（以下簡稱“初步戰略”）。該“初步戰略”包括了脫碳的總體愿景、2050 年溫室氣體減排目標，以及為實現這些目標而可能采取的短期、中期、長期措施清單、實現目標的障礙、幫助目標實現的支持措施與審查標準等。“初步戰略”于2023 年7月在MEPC 第80 屆會議[4]完成了第1 次修訂，通過了《2023年IMO船舶溫室氣體（GHG）減排戰略》，并規定每5 年審查1 次。

根據“初步戰略”減排目標時間表，實現2030 年減排目標必須通過短期措施（也可能包括部分中期措施）完成，短期措施也將有助于海運業盡快實現2050 年減排目標甚至碳達峰。文獻[5]對“初步戰略”實現減少溫室氣體排放目標的短期措施清單進行了分類，分為“直接努力”和“間接努力”2 種?！伴g接努力”旨在鼓勵相關國家或地區自愿制定政策支持，但實現減碳目標主要需依靠“直接努力”。本文重點對“初步戰略”短期措施中的“直接努力”相關措施進行減碳分析，為海運業實現2030 年減排目標提供參考。

1 “初步戰略”主要內容

1.1 適應背景

（1）與海洋法（包括《聯合國海洋法公約》）、氣候變化（包括《聯合國氣候變化框架公約》）及其相關法律文書（包括《巴黎協定》）等有關的其他現有文書;

（2）IMO 在制定、通過和協助實施適用于國際航運的環境法規方面的主導作用；

（3）IMO 大會在2017 年12 月第13 屆會議上通過的“應對氣候變化”戰略方向和聯合國《2030年可持續發展議程》。

1.2 愿景

IMO 繼續致力于減少國際海運的溫室氣體排放，當務之急是在21 世紀內逐步實現國際海運溫室氣體零排放。

1.3 減碳目標

（1）通過對新船進一步落實能效設計指數（energy efficiency design index,EEDI）要求，保證船舶的碳強度下降，同時加強以提高船舶能效設計為目標的審查，并根據實際情況確定每種船型下一階段的改進百分比。

（2）國際海運碳強度下降。與2008 年相比，到2030 年爭取將國際航運單次運輸任務的CO2排放量至少降低40%，到2050 年力爭降低70%。

（3）國際海運的溫室氣體排放量達到峰值。根據最新修訂，到2030 年，國際航運溫室氣體年度排放總量相比于2008 年應至少降低20%，到2040 年力爭降低80%，同時還增加零/近零GHG排故技術、燃料和/或能源的應用，減排要求符合《巴黎協定》的控溫目標。

2 短期減排“直接努力”措施

2.1 能效設計指數

2.1.1 基本介紹

2013年1月生效的防止船舶污染公約（maritime agreement regarding oil pollution,MARPOL）附則VI第21 條要求所有400 總噸及以上船舶達到的EEDI不得超過規定的要求。EEDI 涵蓋了MARPOL 附則VI 中定義的各類船型，通過使用IHS Fairplay 數據庫中10 年（從 1999 年1 月1 日至2009 年1 月1 日）的交付船舶數據來計算其能效的回歸值，計算方法見參考文獻[5]；要求從2015 年1 月開始，第1 階段的EEDI 折減系數設定為 10%，并以每5 年為周期收緊1 次，到2025 年第3 階段的EEDI 折減系數達到30%。

EEDI 計算公式如下頁式（1）所示。

式中：CF為燃料消耗量轉化為CO2排放量的無量綱轉換系數；PME(i)為每臺主機75%負荷時的功率，kW；PAE為正常最大海況下所需的輔機功率，kW；PPTI(i)為每臺軸帶發電機額定功率除效率后的75%功率值，kW；PAEff(i)為采用能效創新使主機功率減少的效能功率的75%，kW；Peff(i)為采用能效創新使輔機功率減少的效能功率的75%，kW；SFC為單位油耗值，g/（kW·h）；Capacity為裝載量，t；Vref為航速，kn；下標ME（i）、AE分別表示主機、輔機；feff(i)為創新能效技術因子，如余熱回收系統為1.0；fj、fw、fi為考慮不同海況下的修正系數。

2.1.2 發展現狀

EEDI 措施執行10 年來，船舶能效明顯提升。根據2012 年至2020 年間的EEDI 數據顯示，散貨船和油輪的能效改善尤其顯著。這主要歸功于船型設計的改進而非航速的降低[7]，進入市場的許多船舶達到的EEDI 值明顯優于MARPOL 附則VI 中的要求。

不同船型2019 年的EEDI 水平[7-8]如表1 所示。5 種主要船型中，除散貨船外，船舶達到的EEDI平均值均已滿足第2 階段要求，約10%最佳船舶甚至已超過了第3 階段的折減要求，且大型油輪（>225 000 載重噸）和散貨船（>175 000 載重噸）比小型船舶更接近EEDI 要求的參考線[3]。

表1 不同船型2019 年的EEDI 水平%

2.1.3 加強措施

MARPOL 附則VI 第21.6 條要求IMO 在第1 階段開始（2015 年1 月1 日）和第2 階段中點（2022年7 月1 日）前審查 EEDI 技術發展狀況，通過修改時間段、相關船型的EEDI 參考線值和折減率措施來進一步加強實施EEDI，其中IMO 第1 次審查已完成。2020 年11 月17 日，MEPC 第75 屆會議[9]通過了對超大型散貨船的EEDI 基線修訂和對部分船型修改EEDI 第3 階段實施時間及實施要求的MARPOL 附則VI 修正案，內容主要包括：將集裝箱船、雜貨船、LNG 運輸船、特殊推進系統的豪華郵輪和大型氣體運輸船（>15 000 載重噸）這5 種船型的EEDI 第3 階段所要求的生效日期，從2025 年1 月1 日提前至2022 年4 月1 日；對于不同大小的集裝箱船，將采用階梯式的標準，小型集裝箱船需降低30%，超大型集裝箱船要求降低50%；此外，對滿足EEDI 要求存在困難的超大型散貨船，經過MEPC 會議討論確認，大型散貨船（>279 000 載重噸）的EEDI 參考基準線將維持不變，仍按照279 000載重噸計算，而不考慮實際載重噸位。

2.2 船舶能效管理計劃

2.2.1 基本介紹

船舶能效管理計劃（ship energy efficiency mana-gement program,SEEMP）由以下3 個部分組成：

（1）SEEMP 第I 部分

2011 年7 月MEPC.203（62）會 議[10]首次將SEEMP 納入MAPROL 73/78 公約附則VI，并于2013 年1 月1 日生效。從事國際航行的400 總噸及以上船舶應配備SEEMP 文件，即SEEMP 第I 部分。

（2）IMO DCS 和 SEEMP 第II 部分

為配合IMO 燃油數據收集系統（fuel data collection system,DCS）要求的實施，2016 年通過的 MARPOL 附則 VI 修正案[11]要求從事國際航行的 5 000 總噸及以上的船舶，自2019 年起收集并向主管機關或認可組織（recognized organization,RO）報告其燃油消耗數據。受IMO DCS 約束的船舶需要制定船舶燃油消耗數據收集計劃，即SEEMP 第II部分，該計劃應由主管機關或RO 確認。

（3）CII 評級和 SEEMP 第III 部分

為了適應IMO 營運碳強度（operational carbon intensity indicator,CII）及其相關要求的落地，2021年MEPC 第76 屆會議[12]通過了對MARPOL 附則 VI的進一步修訂：自2023 年1 月1 日起，每艘船根據年度燃料消耗引入CII 等級（A、B、C、D 或 E），E 等級或D 等級的船舶需要修訂船舶能效管理計劃，即 SEEMP 第III 部分，包括“CII 計算方法”、“未來3 年所需CII 值”、“實現所需CII 的實施計劃”和“自我程序-評估和改進”，且應由主管機關或RO 確認。

2.2.2 發展現狀

2022 年6 月，MEPC 第78 屆會議[13]批準了SEEMP 第 I、第 II 和第 III 部分的最終樣本和計算方法。2022 新修訂版SEEMP 制定導則補充了對SEEMP 第III 部分的制定要求，明確SEEMP 3 個不同部分的目的和基本要求，新版導則還對第I 和第II 部分的相關內容進行了協同，以便CII 要求能夠貫穿船舶能效管理的始終；此屆會議還通過了針對SEEMP 第III 部分的驗證導則，以配合這部分內容的審核及相關符合確認書和符合聲明的簽發；文件中也對SEEMP 第III 部分審核中各方的責任以及SEEMP 第III 部分的初次驗證、周期驗證、附加驗證和公司審核內容給出了具體的要求，并規定第III 部分的審核可以與國際安全管理（international safety management code,ISM）審核相結合；此外，導則在附件中還提供了符合確認書的格式模板。

根據IMO 規定：無論船舶是否在航行中或使用何種燃燒動力類型，SEEMP 都應收集船舶全年使用的所有燃油消耗量、航行距離和航行時間等數據；每個自然年之后，必須將收集的所有數據報告給主管機關或RO 進行驗證；數據查驗后，管理部門需要將數據傳輸到IMO，并將其存儲在一個集中的數據庫中；根據這些數據，IMO 將向MEPC 委員會提供年度報告并總結收集到的數據，以便MEPC委員會更好地掌握船舶GHG 排放情況；對于CII表現不佳（年度CII 評級為E 或者連續3 年評級為D）的船舶，還需在SEEMP 第III 部分中納入能效改進計劃，才能獲得燃油消耗報告和CII 評級的年度符合聲明。

2.2.3 加強措施

在MARPOL 公約框架下制定了以SEEMP 為核心的船舶能效管理規則，構建了“設計建造EEDI+營運管理SEEMP+持續改進CII”的全生命周期監管模式，通過EEDI 準入門檻實現船舶“造得好”，通過執行SEEMP 制定的能效管理措施實現船舶“管得好”，通過CII 在營運周期內“持續改進”。對于能效較差的船舶，船東可以通過減小船體粗糙度、加強日常管理維護、采用經濟航速等措施制定能效改進計劃，具體包括：定期清理船體減小阻力、減少海上燃料鍋爐使用、改進航次計劃以及設置恒定的優化軸功率等。

2.3 現有船舶能效指數&營運碳強度

2.3.1 基本介紹

2021 年6 月MEPC 第76 屆會議[12]通過了MARPOL 附則VI 的修正案，引入了降低國際航運碳強度的技術和營運措施，對現有船舶能效指數（energy efficiency existing ship index,EEXI）和CII 提出了具體指標及量化評估標準。該規定將于2023年1 月1 日生效，船東及管理公司需要評估船舶EEXI 與CII 是否滿足規則要求。如果通過降功率措施影響船舶營運卻仍不能滿足EEXI 要求的船舶，船東和管理公司需要謀求通過資金或時間成本的其他能效提高技術，若不能在規定時間內獲得能效證書（international energy efficiency certificate,IEEC），船舶將不得不退出國際航運市場[14]，且船舶CII 等級劃分范圍是根據“初步戰略”中減碳目標逐年折減的，2023 年首個核查年度的折減率為5%。

2.3.2 發展現狀

EEXI 是用于確定400 總噸以上的在役船舶的設計效率，本質上是EEDI 計算規則在現役船舶中的應用。船舶應在2023 年1 月1 日以后第1 次申請國際防止空氣污染證書（international air pollution prevention certificate,IAPP）檢驗之前，計算出達到的 EEXI，并編制EEXI 技術案卷。對于已持有EEDI 技術案卷且其達到的 EEDI 小于需要的 EEXI，則該輪的EEDI 技術案卷可被接受作為EEXI 技術案卷。對2013 年7 月1 日之前建造的沒有EEDI 技術案卷的船舶，如果計算出其達到的EEXI 大于需要的 EEXI，則需按要求采取相應措施（如限制主機功率/降速等），并準備相關技術文件和船上營運管理計劃SEEMP，唯有符合EEXI 的要求才能獲得IEEC 能效證書。

CII 適用于5 000 總噸及以上的船舶，是衡量船舶運輸貨物或乘客效率的操作指標，實質上是根據船舶運輸貨物或乘客的效率，對船舶進行年度評級（范圍從A 到E），計算涵蓋單位貨物運載能力乘以海里數的等效CO2排放量。計算船舶達到的年度營運CII 的正式指標尚未正式確定，能源效率運營指標（energy efficiency operating indicators,EEOI）和年效率比（annual efficiency ratio,AER）是目前2 種主要計算方法，且AER 數據可以通過IMO DCS 系統隨時獲得。

2.3.3 加強措施

EEXI 和CII 分別是表征船舶等效CO2排放量的設計能效和營運能效指標，可以通過技術改進措施來降低船舶達到的EEXI，多數情況下也可以同時提高船舶CII 指標。設計階段改進措施包括：降低航速或限制發動機功率、螺旋槳改進、使用替代燃料（氨、甲醇或合成燃料）和安裝節能裝置[15]（例如余熱利用、風帆）等，營運階段還可選擇最短或最快的航行線路、減少貨物單位體積載重量等措施改善船舶CII。

3 短期措施對減排目標實現影響

3.1 單一措施評估

文獻[6]通過GloTraM 模型預測，在不考慮其他因素的情況下，新造船EEDI 對2030 年減排目標的貢獻率僅為1%～ 3%，對減少溫室氣體排放的影響也有限，主要原因是新船的EEDI 措施只影響船隊中的一小部分；該文獻還同時對多種加強SEEMP 的措施進行了分析，結果表明其貢獻率為2%～ 8%。根據IMO 第4 次國際海運溫室氣體研 究[1]，2018 年的國際航運碳強度相對于2008 年的AER 下降了22%，但要實現“初步戰略”2030年的減排目標，未來幾年碳強度還需再額外減少18%，因此僅通過單一的短期措施很難滿足2030 年 的減碳要求。

3.2 組合措施

為實現海運業“初步戰略”中溫室氣體減排目標，IMO 加強了MARPOL 附則VI 修正案的修訂，MEPC 第76 屆會議[12]通過了EEXI 和CII 相關指導性文件，并完成了頂層設計。該修正案對所有400 總噸以上和5 000 總噸以上的營運船舶均規定了能效目標，并且能效折減系數是根據“初步戰略”中的減碳目標動態調整的，避免了折減系數與實際效果之間的偏差問題，并按照IMO DCS和歐盟委員會制定的航運溫室氣體排放的“三可”要求，即可檢測、可報告和可核實（measurable,reportable and verifable,MRV）強制性法規，要求船舶上報燃料消耗量、行駛距離和航行小時數等年度監測數據，以此作為對船舶CII 評級的監管措施保證評級的真實性。MEPC 第80 屆會議要求增加的零/近零技術的應用也體現了該思想。EEOI 和AER 是量化CII 的方法，對CII 評級較差的船舶要求在SEEMP 修訂計劃中采用新技術提升能效指標。最新的MARPOL 附則Ⅵ修正案工作流程如下頁圖1 所示。

圖1 最新MARPOL 附則VI 修正案工作流程

IMO 將以該工作流程的組合措施來倒逼船運公司提升船舶能效，最終促進“初步戰略”減碳目標的實現。雖然目前修正案中并未對能效較差的船舶給出懲戒措施，但考慮到修正案中的后審議機制，不排除后續強制性懲罰措施會被納入MARPOL 附則VI 修正案中。建議我國船舶行業在營運階段采用已公布的能效指標方法（如EEOI、AER 等）對船隊能效進行摸底，如果能效指標偏離VI 修正案要求，應在采用提升營運能效措施和改進能效管理等方面提前進行規劃，并在必要時提前部署好船隊更新的戰略，以適應IMO 船舶溫室氣體減排的法規要求。

4 結語

海運是全球貨物運輸的主要方式，船舶如果不采取措施控制溫室氣體排放，隨著經濟的發展，海運業將成為溫室氣體排放增長最快的行業。MEPC第72 屆會議通過了減少船舶溫室氣體排放的“初步戰略”MEPC 第80 屆會議對“初步戰略”進行了修訂。本文對“初步戰略”短期措施清單中“直接努力”的主要措施進行了評估，結果表明單一減排措施對“初步戰略”的減排目標成效有限。

IMO 最新的MARPOL 附則VI 修正案通過了EEXI 和CII 組合措施相關指導性文件，本文對其工作流程進行了分析，并對我國相關船舶公司提前規劃船隊更新的戰略部署提出建議。