歐盟航線船舶低碳動力系統改造經濟性評估與分析

中圖分類號：U664.1 文獻標志碼：A

Economic Assessment and Analysis ofLow-Carbon Power System Retrofits for Ships on EU Routes

XIAO Yaohua， HUANG Chaojun， DONG Fang， XIAO Senlin， LIU Gang（ChinaMerchants Marine andOffshore Research InstituteCo.，Ltd.，Shenzhen，China）

Abstract： By analyzing key factors influencing decarbonization in the shipping industry，this study establishes an economic assessment method for low-carbon power system retrofits of ships operating on EU routes.A case study of an in-service VLCC （Very Large Crude Carrier） is presented， comparing annual fuel composition and cost expenditures over its remaining lifecycle under three retrofit pathways： carbon-neutral methanol，carbon-neutral ammonia，and carbon-neutral diesel.The results demonstrate that the proposed assessment method provides a scientific reference for decision-making in low-carbon retrofits.

Key words： EU routes； ships; low-carbon; power system retrofits; economic assessment

1 引言

相較于船舶全生命周期的其他階段，船舶運營階段的碳排放量可能超過船舶全生命周期碳排放總量的90%¹¹ 1。據統計，世界船隊每年運營階段的碳排放總量超過10億噸，是全球溫室氣體排放的重要來源2。為應對氣候變暖，國際社會陸續出臺減排政策：2015年通過的《巴黎協定》提出了將全球平均氣溫相較于工業化之前的升幅控制在 2^°C 以內，并力爭控制在 1.5^°C 以內的目標；2021年歐盟發布“Fitfor55”計劃，承諾到2030年，將歐盟范圍內的溫室氣體凈排放量較1990年減少至少 55% ，并將航運業納入其中；2023年，國際海事組織（IMO）海上環境保護委員會第80次會議通過了《2023年國際海事組織船舶溫室氣體減排戰略》，明確了在考慮不同國家國情的前提下，于2050年前后實現航運業溫室氣體凈零排放[3]

如何經濟有效的減少現役船舶的溫室氣體排放量，以適應日益嚴格的法規要求，已引起航運公司及各相關方的廣泛關注。

2 規制目標船舶運營階段溫室氣體排放的相關 法規

目標船舶是一艘30萬噸級載重量（DWT）的超大型油輪，于2016年投入使用，其設計使用壽命為20年，計劃于2026年人塢完成低碳動力系統改造。根據IMO燃油消耗數據收集系統（DCS）的記錄，該船在上一個匯報年度的航行距離為 83900nmile ，其中 38% 的航程涉及歐盟國家港口，在此期間消耗的燃料包括 13095.74t 船用輕燃油（LFO）和241.08t船用輕柴油（MGO）。

因航線涉及歐盟國家港口，目標船舶必須嚴格遵守歐盟制定的“Fitfor55”一攬子氣候計劃政策框架下規制船舶運營階段溫室氣體排放的相關法規和體系的要求，包括歐盟FuelEUMaritime法規、可再生能源指令和排放交易體系，此外，該船還必須遵守IMO制定的年度營運碳強度指標（CII）的相關規定。

2.1歐盟FuelEUMaritime法規

歐盟FuelEUMaritime法規通過針對船用燃料全生命周期（WtW）溫室氣體（含二氧化碳、氧化亞氮和甲烷）排放強度實施日益嚴格的限制，推動航運業低碳化轉型。具體要求如下：以 作為基準值，2025年至2029年須下降 2% ，2030年至2034年下降 6% ，2035年至2039年下降 14.5% ，2040年至2044年下降 31% ，2045年至2049年下降 62% ，2050年下降 80% 。計入的溫室氣體排放量對應的能耗，包括往返于歐盟（EU）或歐洲經濟區（EEA）國家港口之間航次以及船舶在這些港口停靠時使用的全部燃料，以及往返于EU或EEA國家港口與域外港口之間航次使用燃料的 50%^[4] 。

2.2歐盟可再生能源指令（RED）

截至目前，RED已進行了兩次修訂。該指令規定，2021年1月1日起投產的生產裝置所生產的用于交通運輸目的的生物質可再生燃料的溫室氣體減排量應達到 65% 及以上；而用于交通運輸目的的非生物質可再生燃料的溫室氣體減排量自2021年1月1日起應達到70%及以上[5]

2.3歐盟排放交易體系（EUETS）

EUETS引人了碳排放配額（EUA）概念，每個EUA對應船用燃料在油艙到尾氣（TtW）階段排放1噸二氧化碳當量的溫室氣體。從2024年開始，船東或船舶運營商須繳納相應數量的EUA，初期僅針對二氧化碳排放量征收，但自2026年起，征收范圍將擴展至包括二氧化碳、氧化亞氮和甲烷在內的溫室氣體排放量。同時，EUA數量被設置了上限，且該上限逐年降低，預計隨著EUA數量的減少，其價格將持續上升。針對航運業，EUA的征收比例具體如下：2024年按溫室氣體排放量的 40% 征收，2025年提升至 70% ，從2026年起，征收比例將提高到 100%^[6] 。計入的溫室氣體排放量與FuelEUMaritime法規的計人規則相同。

2.4IMO年度營運碳強度指標（CII）

根據IMO的要求，從2024年起，海上航行的5000總噸及以上的適用船舶，需對上一年度船舶的CII進行計算，并依據規定的CII折減率完成評級。CII等級按優劣劃分為A至E五個級別，若船舶在任何一年內被評為E等級，或連續三年獲得D等級，則必須制定改進計劃并完成相應的整改。CII折減率基于2019年的行業平均水平，從2023年開始逐年遞增，具體如下：2023年折減 5% ，2024年折減率提升至 7% ，2025年提高到 9% ，2026年達 11% ，此后的CII折減率將另行確定[7-10]。本文以《2023年國際海事組織船舶溫室氣體減排戰略》中設定的2050年實現航運業碳中和作為目標，2027年至2050年的CII折減率采用平均插值法取值。

3 燃料路徑選擇

針對目標船舶的低碳動力系統改造，本文深入剖析了碳中和甲醇、碳中和氨及碳中和柴油這三種不同的燃料路徑。所謂碳中和燃料，即二氧化碳排放方面實現中和，且其組分中的氫分子是通過低碳途徑獲得的[]。

3.1碳中和甲醇燃料路徑

采用碳中和甲醇作為燃料可以顯著降低船舶運營階段的溫室氣體排放量，甚至實現近零排放。該燃料路徑下，需要對目標船舶進行動力系統的改造，并于甲板上設置必要艙室以及相應的通風和管道輸送系統等。完成改造后，目標船舶將可以選擇使用碳中和甲醇、LFO、MGO與碳中和柴油，當使用碳中和甲醇作為燃料時，須提供至少相當于能耗總熱值 5% 的LFO、MGO與碳中和柴油中的一種用于引燃碳中和甲醇。

通過獲取國內某大型船廠和國外某發動機供應商的報價，并計入改造期間的租金損失后，預估該改造方案的投資成本約為1550萬美元。

3.2碳中和氨燃料路徑

與碳中和甲醇燃料路徑類似，采用碳中和氨作為燃料也可以實現近零排放。除需完成類似于碳中和甲醇燃料路徑的改造項目外，還需額外配備氨蒸發氣再液化系統等。完成改造后，目標船舶將可以選擇使用碳中和氨、LFO、MGO與碳中和柴油，當船舶使用碳中和氨作為燃料時，須提供至少相當于能耗總熱值 5% 的LFO、MGO與碳中和柴油中的一種用于引燃碳中和氨。

預估該改造方案的投資成本約為2120萬美元。

3.3碳中和柴油路徑

采用碳中和柴油路徑時，不需要對船舶進行任何改造，因此沒有改造投資成本支出。未來，目標船舶可以選擇使用碳中和柴油來滿足相關法規要求，此外，該燃料路徑下，可供使用的燃料種類還包括LFO和MGO。

4 評估方法

通過收集目標船舶在上一個DCS匯報年度的航行距離和能耗數據，以及船舶載重量、使用壽命、塢期計劃和改造投資成本等信息，在假定船舶未來的年度航行距離不變、能耗熱值不變的情況下，以FuelEUMaritime法規要求和船東提出的滿足CIIB評級的需求為導向，規劃合規軌跡，并綜合考慮未來燃料和EUA的價格以及碳中和燃料的溫室氣體減排能力，秉持經濟性優先的原則來確定是使用碳中和燃料還是通過繳納EUA的方式來滿足前述法規的要求。當選擇使用碳中和燃料滿足法規要求時，會優先將碳中和燃料配置于涉及歐盟國家港口的航程中。隨后，基于所選的年度燃料構成，再進一步計算船舶剩余生命周期內的成本支出。

針對目標船舶的案例分析從2024年開始，至2036年船舶報廢為止。計算過程未考慮貨運量的損失。

4.1不同燃料的溫室氣體排放量

通過查找歐盟“Fitfor55”一攬子氣候計劃的相關法規和IMO發布的《2024年船用燃料全生命周期溫室氣體強度指南》，獲得燃料在各階段的溫室氣體排放量缺省值，并選取氧化亞氮的百年全球變暖潛能值為二氧化碳的298倍，甲烷為二氧化碳的25倍[5。燃料各階段的溫室氣體排放量如表1所示。

4.2未來燃料價格

未來的燃料預測價格可以通過國際上專業的能源與大宗商品價格評估機構獲取。本文采用如表2所示的簡化的價格模型進行計算。

4.3未來碳排放配額（EUA）價格

隨著EUETS所供應的EUA數量逐步減少，預計其價格將持續上升。本文所采用的EUA價格設定如下：2024年為87.5USD/t CO₂eq ；2025至2030年為 95USD/tCO₂eq ；2031至2040年，提升至115USD/t CO₂eq ；2041至2050年，進一步增長至135 USD/t CO₂eq 。

5 評估結果

通過評估，獲得了自標船舶剩余生命周期內的年度燃料構成和成本支出這兩項重要信息

5.1年度燃料構成

由于FuelEUMaritime法規對船用燃料全生命周期溫室氣體排放強度進行了限制，因此，目標船舶在2025年至2029年間使用了少量碳中和燃料以滿足要求；在2030年，隨著FuelEUMaritime法規減排要求的進一步提高，碳中和燃料的使用量相對于此前有所增加。從2031年起，CIIB評級要求的溫室氣體減排量超過了FuelEUMaritime法規的要求，碳中和燃料的使用量因CⅡI折減率的逐年提高而不斷增加。各燃料路徑的年度燃料構成如圖1所示。

在三種不同的燃料路徑中，LFO和MGO在各年度使用量非常接近；而在碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑中，由于2025年時目標船舶尚未進行動力系統改造，因此當年均使用了65t碳中和柴油作為燃料以滿足FuelEUMaritime法規的減排要求，但在2026年完成動力系統改造后的各年份中，這兩種燃料路徑則分別通過使用碳中和甲醇與碳中和氨以滿足減排要求，而不再使用碳中和柴油。

5.2船舶剩余生命周期內的成本支出

船舶剩余生命周期內的成本支出由碳配額成本、燃料成本、運維成本和投資成本四部分組成。目標船舶在各燃料路徑中的年度運維成本均被設定為299萬美元；碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑需要在2026年對船舶動力系統進行改造，因此會產生額外的投資成本。

本文采用的資本折現率為 8% 。各燃料路徑下船舶剩余生命周期內的總累計成本和總累計折現成本如圖2所示。

由于剩余生命周期較短，且在此期間CIIB評級對于溫室氣體減排的要求影響有限，因此，目標船舶仍然使用了大量LFO和MGO作為燃料，這導致在碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑中，2025年后碳中和甲醇與碳中和氨相對于碳中和柴油的價格優勢無法充分發揮，因此，不需要進行動力系統改造的碳中和柴油路徑具有最低的總累計成本和總累計折現成本，而碳中和氨燃料路徑則具有最高的總累計成本和總累計折現成本。

6 結論

本文通過對比分析某超大型油輪在低碳動力系統改造中不同燃料路徑的經濟性，直觀呈現了目標船舶在碳中和甲醇、碳中和氨以及碳中和柴油這三種不同燃料路徑下，其剩余生命周期內的年度燃料構成和成本支出這兩項重要信息。

分析結果顯示，碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑具有較接近的成本支出。但由于目標船舶現有的CII較好，且船舶剩余生命周期較短，期間仍然使用了大量LFO和MGO作為燃料，因此碳中和柴油路徑具有最低的總累計成本和總累計折現成本。通過增加歐盟航程比例或延長目標船舶的使用壽命，碳中和燃料的使用量將相應增加，碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑的競爭優勢將會得到顯著提升。同時，相對于碳中和柴油路徑，碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑分別增加了可供使用的燃料種類，這有助于目標船舶更好地應對燃料價格波動。

基于現役超大型油輪的案例分析證明了本文所提出的經濟性評估方法具有實際可操作性，能夠為歐盟航線船舶的低碳動力系統改造的科學決策提供重要參考，為航運業的可持續發展提供了有力支持。

參考文獻

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