歐盟航線船舶低碳動(dòng)力系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)估與分析

中圖分類號(hào)：U664.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)營(yíng)階段的碳排放量可能超過(guò)船舶全生命周期碳排放總量的90%¹¹ 1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界船隊(duì)每年運(yùn)營(yíng)階段的碳排放總量超過(guò)10億噸，是全球溫室氣體排放的重要來(lái)源2。為應(yīng)對(duì)氣候變暖，國(guó)際社會(huì)陸續(xù)出臺(tái)減排政策：2015年通過(guò)的《巴黎協(xié)定》提出了將全球平均氣溫相較于工業(yè)化之前的升幅控制在 2^°C 以內(nèi)，并力爭(zhēng)控制在 1.5^°C 以內(nèi)的目標(biāo)；2021年歐盟發(fā)布“Fitfor55”計(jì)劃，承諾到2030年，將歐盟范圍內(nèi)的溫室氣體凈排放量較1990年減少至少 55% ，并將航運(yùn)業(yè)納入其中；2023年，國(guó)際海事組織（IMO）海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第80次會(huì)議通過(guò)了《2023年國(guó)際海事組織船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》，明確了在考慮不同國(guó)家國(guó)情的前提下，于2050年前后實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)溫室氣體凈零排放[3]

如何經(jīng)濟(jì)有效的減少現(xiàn)役船舶的溫室氣體排放量，以適應(yīng)日益嚴(yán)格的法規(guī)要求，已引起航運(yùn)公司及各相關(guān)方的廣泛關(guān)注。

2 規(guī)制目標(biāo)船舶運(yùn)營(yíng)階段溫室氣體排放的相關(guān) 法規(guī)

目標(biāo)船舶是一艘30萬(wàn)噸級(jí)載重量（DWT）的超大型油輪，于2016年投入使用，其設(shè)計(jì)使用壽命為20年，計(jì)劃于2026年人塢完成低碳動(dòng)力系統(tǒng)改造。根據(jù)IMO燃油消耗數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DCS）的記錄，該船在上一個(gè)匯報(bào)年度的航行距離為 83900nmile ，其中 38% 的航程涉及歐盟國(guó)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(guó)家港口，目標(biāo)船舶必須嚴(yán)格遵守歐盟制定的“Fitfor55”一攬子氣候計(jì)劃政策框架下規(guī)制船舶運(yùn)營(yíng)階段溫室氣體排放的相關(guān)法規(guī)和體系的要求，包括歐盟FuelEUMaritime法規(guī)、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(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)（CII）的相關(guān)規(guī)定。

2.1歐盟FuelEUMaritime法規(guī)

歐盟FuelEUMaritime法規(guī)通過(guò)針對(duì)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(qiáng)度實(shí)施日益嚴(yán)格的限制，推動(dòng)航運(yùn)業(yè)低碳化轉(zhuǎn)型。具體要求如下：以 作為基準(zhǔn)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(jì)入的溫室氣體排放量對(duì)應(yīng)的能耗，包括往返于歐盟（EU）或歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)（EEA）國(guó)家港口之間航次以及船舶在這些港口停靠時(shí)使用的全部燃料，以及往返于EU或EEA國(guó)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(jìn)行了兩次修訂。該指令規(guī)定，2021年1月1日起投產(chǎn)的生產(chǎn)裝置所生產(chǎn)的用于交通運(yùn)輸目的的生物質(zhì)可再生燃料的溫室氣體減排量應(yīng)達(dá)到 65% 及以上；而用于交通運(yùn)輸目的的非生物質(zhì)可再生燃料的溫室氣體減排量自2021年1月1日起應(yīng)達(dá)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(gè)EUA對(duì)應(yīng)船用燃料在油艙到尾氣（TtW）階段排放1噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體。從2024年開(kāi)始，船東或船舶運(yùn)營(yíng)商須繳納相應(yīng)數(shù)量的EUA，初期僅針對(duì)二氧化碳排放量征收，但自2026年起，征收范圍將擴(kuò)展至包括二氧化碳、氧化亞氮和甲烷在內(nèi)的溫室氣體排放量。同時(shí)，EUA數(shù)量被設(shè)置了上限，且該上限逐年降低，預(yù)計(jì)隨著EUA數(shù)量的減少，其價(jià)格將持續(xù)上升。針對(duì)航運(yùn)業(yè)，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(jì)入的溫室氣體排放量與FuelEUMaritime法規(guī)的計(jì)人規(guī)則相同。

2.4IMO年度營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)（CII）

根據(jù)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(duì)上一年度船舶的CII進(jìn)行計(jì)算，并依據(jù)規(guī)定的CII折減率完成評(píng)級(jí)。CII等級(jí)按優(yōu)劣劃分為A至E五個(gè)級(jí)別，若船舶在任何一年內(nèi)被評(píng)為E等級(jí)，或連續(xù)三年獲得D等級(jí)，則必須制定改進(jìn)計(jì)劃并完成相應(yīng)的整改。CII折減率基于2019年的行業(yè)平均水平，從2023年開(kāi)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(dá) 11% ，此后的CII折減率將另行確定[7-10]。本文以《2023年國(guó)際海事組織船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》中設(shè)定的2050年實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)碳中和作為目標(biāo)，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(duì)目標(biāo)船舶的低碳動(dòng)力系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)中和，且其組分中的氫分子是通過(guò)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(yùn)營(yíng)階段的溫室氣體排放量，甚至實(shí)現(xiàn)近零排放。該燃料路徑下，需要對(duì)目標(biāo)船舶進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)的改造，并于甲板上設(shè)置必要艙室以及相應(yīng)的通風(fēng)和管道輸送系統(tǒng)等。完成改造后，目標(biāo)船舶將可以選擇使用碳中和甲醇、LFO、MGO與碳中和柴油，當(dāng)使用碳中和甲醇作為燃料時(shí)，須提供至少相當(dāng)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(guò)獲取國(guó)內(nèi)某大型船廠和國(guó)外某發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商的報(bào)價(jià)，并計(jì)入改造期間的租金損失后，預(yù)估該改造方案的投資成本約為1550萬(wàn)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(shí)現(xiàn)近零排放。除需完成類似于碳中和甲醇燃料路徑的改造項(xiàng)目外，還需額外配備氨蒸發(fā)氣再液化系統(tǒng)等。完成改造后，目標(biāo)船舶將可以選擇使用碳中和氨、LFO、MGO與碳中和柴油，當(dāng)船舶使用碳中和氨作為燃料時(shí)，須提供至少相當(dāng)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(yù)估該改造方案的投資成本約為2120萬(wàn)美元。

3.3碳中和柴油路徑

采用碳中和柴油路徑時(shí)，不需要對(duì)船舶進(jìn)行任何改造，因此沒(méi)有改造投資成本支出。未來(lái)，目標(biāo)船舶可以選擇使用碳中和柴油來(lái)滿足相關(guān)法規(guī)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(píng)估方法

通過(guò)收集目標(biāo)船舶在上一個(gè)DCS匯報(bào)年度的航行距離和能耗數(shù)據(jù)，以及船舶載重量、使用壽命、塢期計(jì)劃和改造投資成本等信息，在假定船舶未來(lái)的年度航行距離不變、能耗熱值不變的情況下，以FuelEUMaritime法規(guī)要求和船東提出的滿足CIIB評(píng)級(jí)的需求為導(dǎo)向，規(guī)劃合規(guī)軌跡，并綜合考慮未來(lái)燃料和EUA的價(jià)格以及碳中和燃料的溫室氣體減排能力，秉持經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先的原則來(lái)確定是使用碳中和燃料還是通過(guò)繳納EUA的方式來(lái)滿足前述法規(guī)的要求。當(dāng)選擇使用碳中和燃料滿足法規(guī)要求時(shí)，會(huì)優(yōu)先將碳中和燃料配置于涉及歐盟國(guó)家港口的航程中。隨后，基于所選的年度燃料構(gòu)成，再進(jìn)一步計(jì)算船舶剩余生命周期內(nèi)的成本支出。

針對(duì)目標(biāo)船舶的案例分析從2024年開(kāi)始，至2036年船舶報(bào)廢為止。計(jì)算過(guò)程未考慮貨運(yùn)量的損失。

4.1不同燃料的溫室氣體排放量

通過(guò)查找歐盟“Fitfor55”一攬子氣候計(jì)劃的相關(guān)法規(guī)和IMO發(fā)布的《2024年船用燃料全生命周期溫室氣體強(qiáng)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(lái)燃料價(jià)格

未來(lái)的燃料預(yù)測(cè)價(jià)格可以通過(guò)國(guó)際上專業(yè)的能源與大宗商品價(jià)格評(píng)估機(jī)構(gòu)獲取。本文采用如表2所示的簡(jiǎn)化的價(jià)格模型進(jìn)行計(jì)算。

4.3未來(lái)碳排放配額（EUA）價(jià)格

隨著EUETS所供應(yīng)的EUA數(shù)量逐步減少，預(yù)計(jì)其價(jià)格將持續(xù)上升。本文所采用的EUA價(jià)格設(shè)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(jìn)一步增長(zhǎng)至135 USD/t CO₂eq 。

5 評(píng)估結(jié)果

通過(guò)評(píng)估，獲得了自標(biāo)船舶剩余生命周期內(nèi)的年度燃料構(gòu)成和成本支出這兩項(xiàng)重要信息

5.1年度燃料構(gòu)成

由于FuelEUMaritime法規(guī)對(duì)船用燃料全生命周期溫室氣體排放強(qiáng)度進(jìn)行了限制，因此，目標(biāo)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(guī)減排要求的進(jìn)一步提高，碳中和燃料的使用量相對(duì)于此前有所增加。從2031年起，CIIB評(píng)級(jí)要求的溫室氣體減排量超過(guò)了FuelEUMaritime法規(guī)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(gòu)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(shí)目標(biāo)船舶尚未進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)改造，因此當(dāng)年均使用了65t碳中和柴油作為燃料以滿足FuelEUMaritime法規(guī)的減排要求，但在2026年完成動(dòng)力系統(tǒng)改造后的各年份中，這兩種燃料路徑則分別通過(guò)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(nèi)的成本支出

船舶剩余生命周期內(nèi)的成本支出由碳配額成本、燃料成本、運(yùn)維成本和投資成本四部分組成。目標(biāo)船舶在各燃料路徑中的年度運(yùn)維成本均被設(shè)定為299萬(wàn)美元；碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑需要在2026年對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改造，因此會(huì)產(chǎn)生額外的投資成本。

本文采用的資本折現(xiàn)率為 8% 。各燃料路徑下船舶剩余生命周期內(nèi)的總累計(jì)成本和總累計(jì)折現(xiàn)成本如圖2所示。

由于剩余生命周期較短，且在此期間CIIB評(píng)級(jí)對(duì)于溫室氣體減排的要求影響有限，因此，目標(biāo)船舶仍然使用了大量LFO和MGO作為燃料，這導(dǎo)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(duì)于碳中和柴油的價(jià)格優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分發(fā)揮，因此，不需要進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)改造的碳中和柴油路徑具有最低的總累計(jì)成本和總累計(jì)折現(xiàn)成本，而碳中和氨燃料路徑則具有最高的總累計(jì)成本和總累計(jì)折現(xiàn)成本。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)比分析某超大型油輪在低碳動(dòng)力系統(tǒng)改造中不同燃料路徑的經(jīng)濟(jì)性，直觀呈現(xiàn)了目標(biāo)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(nèi)的年度燃料構(gòu)成和成本支出這兩項(xiàng)重要信息。

分析結(jié)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(biāo)船舶現(xiàn)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(jì)成本和總累計(jì)折現(xiàn)成本。通過(guò)增加歐盟航程比例或延長(zhǎng)目標(biāo)船舶的使用壽命，碳中和燃料的使用量將相應(yīng)增加，碳中和甲醇與碳中和氨燃料路徑的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將會(huì)得到顯著提升。同時(shí)，相對(duì)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(biāo)船舶更好地應(yīng)對(duì)燃料價(jià)格波動(dòng)。

基于現(xiàn)役超大型油輪的案例分析證明了本文所提出的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法具有實(shí)際可操作性，能夠?yàn)闅W盟航線船舶的低碳動(dòng)力系統(tǒng)改造的科學(xué)決策提供重要參考，為航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。

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