船舶温室气体减排规则的发展与应对

何皛磊

（中国航空技术上海有限公司 上海 200041）

船舶温室气体减排规则的发展与应对

何皛磊

（中国航空技术上海有限公司 上海 200041）

温室气体排放已成为全球关注的热点。文章介绍了船舶温室气体减排规则的发展进程以及新船能效设计指数的出台和影响，并对减排措施进行了探讨，着重阐述了采用气体燃料这一措施的减排效果。

船舶；温室气体减排；新船能效设计指数；措施

0 引言

随着世界工业经济的发展、人口的增长，CO2排放量越来越大，温室效应所显现出来的负面问题也越来越多，如气候异常、冰川融化、海平面升高、生态系统改变、动植物生长异常甚至濒临灭绝等等。因此，急需世界各国、各行业协同控制和减少CO2排放。与此同时，航运业也面临着低碳时代的到来，低碳航运、绿色航运的战役已经打响。

1 温室气体减排规则的发展进程

1.1 全球温室气体减排措施的提出

1990年，国际气候变化政府间组织（IPPC）发表了第一次评估报告，这份报告确定了气候变化的科学依据。1992年5月22日，气候变化框架公约政府间谈判委员会就气候变化问题达成了《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），并于1992年6月4日第一届地球首脑峰会上签署。该公约规定：发达国家为缔约方，应采取措施限制温室气体排放；同时要向发展中国家提供资金以支付其履行公约所需费用，并承担对发展中国家进行技术援助的义务。该公约于1994年3月21日正式生效。截至2009年12月19日，已有192个国家签署该公约。

UNFCCC是世界上第一个为全面控制CO2等温室气体排放而制定的国际公约，也是国际社会在应对全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。不过，该公约中并没有规定参加国具体要承担的义务。

1996年发布的IPPC第二次评估报告为系统阐述UNFCCC的最终目标提供了重要的科学依据，同时也推动了1997年12月《联合国气候变化框架公约的京都议定书》（下文简称为《京都议定书》）的签署。《京都议定书》为各国的CO2排放量规定了标准：2008~2012年间，全球37个主要工业国的年均工业CO2排放量要比1990年低5.2%。其中欧盟需将6种温室气体的排放量削减8%，美国削减7%，日本和加拿大各削减6%，发展中国家自愿制定减排目标。

这样做的目的主要是为了将温室气体排放量稳定在一个适当水平，防止因剧烈的气候改变而对人类造成伤害。该议定书已于2005年2月16日在全球生效并强制执行。

《京都议定书》在历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。航空和海运业是目前仅有的两个还未被纳入《京都议定书》的大型产业，但是也已经引起了业界的广泛关注。

1.2 船舶温室气体减排规则的发展进程

全球约有90%的货物通过船舶运送。船舶由于其运载量远大于陆路和航空运输，因此每单位运输的CO2排放量远低于其他运输方式（见图1），是三大运输系统中公认的最环保的运输方式。

图1 各运输方式CO2单位运输排放量

国际气象组织（IMO）《2009年温室气体研究报告》显示，2007年全球航运业CO2排放量为10.46亿t吨，占全球CO2排放总量的3.3%。其中国际航运CO2排放量约为8.7亿t，占全球总量的2.7%（见图2）。若不采取措施加以限制，那么到2050年，CO2排放量将增加200%～300%［1］。由此可见，船舶温室气体排放问题也不可小视。

图2 2007年全球CO2排放情况

1998年11月，海洋环境保护委员会（MEPC）第42次会议提出解决船舶温室气体排放问题，并同意制定关于船舶温室气体减排的政策性文件。2003年7月，MEPC第49次会议批准了《IMO关于船舶温室气体减排的政策和措施》文件草案。2003年11月，该草案在IMO第23次大会上获得通过。

2005年7月，MEPC第53次会议通过了《船舶CO2排放指数自愿试用临时导则》，以评估营运船舶的CO2排放水平。

2008年3月，MEPC第57次会议提出采用强制性“CO2设计指数”（新造船）、单位海运量“CO2排放指数”（营运船）以及市场机制等措施来减少船舶温室气体排放。2008年10月，MEPC第58次会议又将“CO2设计指数”变更为“能效设计指数”（EEDI），将“CO2排放指数”变更为“能效营运指数”（EEOI），并通过了《新船能效设计指数计算方法的临时指南》。

2010年3月，MEPC第60次会议审议了日本、挪威和美国联合提交的《关于制定MARPOL公约附则VI修正案》，内容包括对新船强制实施EEDI，以及对所有营运船舶强制实施“船舶能效管理计划”（SEEMP）。

2011年7月，MEPC第62次会议通过包括EEDI在内的“MARPOL公约附则VI有关船舶能效规则的修正案”。EEDI将于2013年1月1日正式生效，这意味着该日期以后建造的所有400GT及以上国际航行船舶必须满足新的能效标准。缔约国主管机关可在修正案生效后，自行决定推迟四年执行。

至此，第一个专门针对国际航运温室气体减排问题的强制性法律文件已经出台且即将执行，全球造船业和海运业必须积极应对。

2 新船能效设计指数

EEDI适用于客船、干散货船、气体运输船、液货船、集装箱船、滚装货船、普通货船、客滚船等八大类船型，基本涵盖了所有普通商船类型。因此，对EEDI进行研究十分必要。

《新船能效设计指数计算方法的临时指南》给出了EEDI的计算原理和计算公式［2］，见图3。

图3 船舶动力系统简化示意图及EEDI计算公式

图3的EEDI计算公式中，分母表示船舶在规定航速下与载货量及其修正系数的乘积。分子的第一部分表示船舶以该航速运输该载货量所需的主推进功率与所消耗燃油之乘积；第二部分表示为保证主机在第一项所述状态下工作所需的辅机功率（包括必要的起居功率消耗）与所消耗燃油之乘积；第三部分表示当船舶设有推进电机且使用辅机功率节能技术时，其对轴功率的贡献与辅机燃油消耗之乘积；第四部分表示采用新节能技术减少燃油消耗所带来船舶能效的提高部分。

简而言之，EEDI就是利用船舶在保证其最大载货能力时，以一定航速航行所需的推进动力及相关辅助功率所消耗的燃油，扣除废热回收和新型节能设备所补偿的燃油量，再折算出CO2排放量以反映船舶的能效水平。

根据《在MARPOL附则VI中纳入船舶能效规则的修正案》的要求，新造船计算所得的能效设计指数必须满足：“计算所得的能效设计指数≤要求的能效设计指数”，且“要求的能效设计指数=（1-X/100）×基线值”。其中：X为下页表1所列对应于根据减排目标所设每个阶段EEDI基线的折减系数［3］。

EEDI是衡量船舶设计和建造能效水平的一个指标，对于新造船具有强制性。单船的设计指数应低于基线值。

表1 相对于EEDI基线的折减系数

修正案也对基线值的计算给出了规定。基线值=a×b×c，其中a、b、c的取值见表2［3］。

表2 用于确定不同船型基线的参数

EEDI的计算方法已经确定。不难发现，随着排放要求的不断提高，基线将逐步降低，随后就是对技术水平提出更高要求。EEDI作为最长效的减排手段，采取何种减排措施也已成为当前讨论的热点。

3 船舶温室气体减排措施

由EEDI的计算公式可以看出，对EEDI起决定性作用的参数有航速、载货量、主辅机功率和节能效果。我们可直观地从以下四个方向入手降低EEDI。

（1）当载货量一定，航速保持不变的情况下，降低主辅机功率。即采取提高推进效率和操纵性，主机降功率使用，优化船舶设计，保持船体表面光洁，降低船舶阻力等措施。

（2）当载货量一定，功率和油耗保持不变，可采取提高航速。即考虑利用风向、水流等有利条件选取最佳航线；

（3）保持航速、主辅机功率和油耗均不变，通过使用新型材料、改进船体结构来降低空船重量，相应增加载重量。

（4）降低油耗。这包含了两个方面：一是通过利用废热回收方式来降低整体能耗；二是利用低碳能源来替代普通能源，包括风能、太阳能、天然气、燃料电池等。使用岸电也是降低船上能源消耗的一个方法。

当然，这四个参数也相互关联，因此需要综合考虑。比如通常情况下，船舶的燃油消耗量与航速的三次方成正比。如果不是一味地追求高航速，那么选择一个经济航速，可以大幅降低主辅机功率和油耗，同样可以达到降低EEDI的效果。

DNV对减排措施也作了深入研究。2009年12月15日，其发布了名为《实现低碳航运之路——2030年的减排潜力》的报告，对所预测的2030年船队规模减排情况进行了分析［4］。

图4描述了世界船队通过采用各种减排措施后可实现的CO2减排量与预测成本效益。图中列举了2030年全球船队实现减排可采取的25项措施，其中17项为技术措施，8项为营运措施。这些减排措施的最终效果参见图5和表3。

图4 预测全球船队2030年可实现的减排量与成本对比图

图5 预测全球船队2030年详细减排曲线

随着造船业的发展，对船体进行优化（如主尺度优化，线型优化，调整吃水等）已进行了一轮又一轮。由于主尺度受限于航线、港口、河道等因素，所以进一步优化的空间较小。目前，普遍采用的方法是在船体外板上涂防污底漆以减少海生物的附着，从而降低航行阻力。据统计，无海洋生物附着时，船舶油耗可节省约20%，但防污底漆对海洋环境的污染也不容小视。气膜减阻是一个较环保的措施，理论上确实具有显著成效，但成本较高、可操作性较小，故难以实现。

表3 预测2030年各级减排成本的减排量和排放量

太阳能、风能等新能源的利用现已成为各行业节能减排的一大选择。但目前这些技术要应用于船舶，还需制定一系列新规范来保证其安全性。同时，采用这些新技术的高成本也不得不考虑。因此，这些新能源离实际应用还存在一定的距离。

使用岸电是船舶节能减排的有效措施，其效果非常直观。但值得注意的是，该项措施实际是将船舶排放的温室气体和有害气体转移到岸上，相对于整个地球，这些气体的排放总量并没有实质性减少。并且如果提供岸电的能源不够清洁，甚至有可能增加温室气体和有害气体排放量，因此，这并非船舶减排的真正目的。由此可见，选择兼具较高可行性和成本效益的措施十分重要。

从图4中可见，航程优化、减速航行（提高港口效率）、提高推进效率、变频技术、对转螺旋桨、气象导航、燃气、减速航行（船队扩大）、废热回收这几项措施的成本效益较高。为了使2030年的CO2排放量控制在2009年的水平，需要实施所有成本低于35美元/吨的减排措施。在这些措施中，减速航行和采用气体燃料的优势尤为突出。

世界能源组织的最新报告显示，在未来的世界能源构成中，天然气的地位越来越重要。加快天然气的开发和利用对改善能源结构、保护生态环境具有深远的战略意义，其替代煤炭和石油成为主要能源将会是一个长期的发展趋势。世界将在石油时代之后迎来天然气时代。

图6是针对燃气措施所绘制的减排曲线［4］。其中杂货船和冷藏船等小型船舶的成本效益最高，所有燃气型船舶总边际减排能力高达1.25亿t，相当于所预测2030年CO2排放总量的8%，这个数字非常可观。

图6 燃气型船舶减排曲线

占船舶主机市场份额96%以上的两大世界著名品牌曼恩和瓦锡兰，都已研发并投产双燃料发动机。他们的研究报告表明，当双燃料发动机与废气再循环技术和废热回收技术相结合时，可大大降低CO2、硫氧化物和氮氧化物的排放量。目前先进的双燃料发动机可在任意比例下燃烧天然气与燃油，且可在燃油和天然气之间灵活切换。因此，使用何种燃料完全取决于船上可供使用的燃料类型、相对成本和船东自身的偏好。随着燃油价格的急剧上涨以及排放标准的逐步提高，双燃料发动机将拥有更为广阔的市场前景。

上述只是目前我们所掌握的一些减排效果较为显著的措施，随着研究深入，还将出现更多新的有力措施，从船舶设计、建造工艺、设备配套、维护保养和经济运营等各个方面进行控制和减少CO2的排放，实现减排目标。

4 结论

目前航运业CO2排放量所占比例虽不高，但由于其他行业已经提前实施各种严格的减排措施，因此航运业CO2排放量所占的比例会越来越高。国际海事组织2009年温室气体研究报告中已经指出：如果到2100年，全球平均气温相对于工业革命前的上升幅度控制在2℃以内，则必须采取相应的减排措施，使2050年全球航运CO2排放量控制在全球排放总量的12%～18%。这样到2100年，才有50%的可能性达到上述要求。因此，船舶温室气体减排任重而道远，它将对整个行业产生重大影响。现行规则的出台只是一个开始，相关单位都必须高度重视，寻找合适的应对措施。这不仅是为了满足规则、规范的要求，更为了我们赖以生存的地球。

［1］IMO.Second IMO GHG Study 2009［R］.London：April 2009.

［2］IMO.MEPC.1/Circ.681 Interim Guide lines on the Method of Calculation of the Energy Efficiency Design Index for New Ships［S］.London：August2009.

［3］IMO.Resolution MEPC.197（62）Amendments to MARPOL Annex VI on Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships by Inclusion of New Regulations on Energy Efficiency for Ships［S］.London：July 2011.

［4］DNV.Pathways to Low Carbon Shipping—Abatement Potential Towards 2030［R］.Norway：December 2009.

Development and countermeasures of ship GHG emission reduction

HE Xiao-lei
（CATIC Shanghai Company，Shanghai200041，China）

Greenhouse gas emission has been the hot spot all over the world.This paper introduces the progress of regulations about the GHG emission reduction from ships，and the promulgation and influence of the EEDI.It also discusses the measures of reducing the CO2emission from ships and emphasizes the effect of using gas fuel.

ship；GHG emission reduction；EEDI；measures

U692.5

A

1001-9855（2012）03-0015-07

2011-09-27；

2011-10-17

何皛磊（1985-），女，汉族，硕士，助理工程师，主要从事船舶与海洋工程设计制造工作。