水上运输企业碳排放量化方法研究

1997年国际海事组织(IMO)《MARPOL公约》缔约国大会通过了有关船舶CO2排放决议，在控制船舶造成大气污染的同时，IMO开始寻求船舶的温室气体减排之路，2011年MEPC.203(62)决议通过了MAPROL73/78公约附则VI修正案—引入船舶能效规则，确定新船“船舶能效设计指数（EEDI）”和营运船“船舶能效管理计划（SEEMP）”两项船舶能效标准要求。2015年4月19日，欧盟发布2015（757）法规《关于对海运产生的二氧化碳排放进行监控、报告和验证以及对2009/16/EC号指令进行的修订》，该法规于7月1日生效，2018年1月1日开始首个监测周期。

我国政府及主管机关相继出台了节能减排和控制温室气体相关政策及要求，如“十二五”规划《纲要》提出的“建立完善温室气体统计核算制度，逐步建立碳排放交易市场”和《“十二五”控制温室气体排放工作方案》（国发[2011] 41号）提出的“加快构建国家、地方、企业三级温室气体排放核算工作体系，实行重点企业直接报送温室气体排放和能源消费数据制度”的要求。

水运业是我国最早对外开放、参与国际竞争的行业，同样承担国际及国内节能减排压力及减排义务。对水运业而言，上述国际国内法规及政策要求面临着同一个问题：如何计算船舶碳排放量。研究适合我国国情并与国际接轨的水运企业船舶碳排放量化方法成为必然，是后续构建统计核算体系的基础。

碳排放量化方法

温室气体排放量计算，受制于行业特点，有鲜明的行业特色，概括起来主要有排放因子法、物料平衡法及直接监测法三种。目前国际、国内大多行业在进行温室气体量化时，多采用排放因子法。船舶使用的燃料主要有燃油及天然气，其含碳量相对固定，完全燃烧后产生的二氧化碳数量（即排放因子或转换系数，本文统一称为排放因子）确定，是可靠简单易行的方法。

政府间气候变化专门委员会(简称IPCC)、IMO及国内外研究机构都曾提出过不同的排放因子数值，可归类为三种因子：IPCC排放因子、IMO排放因子、基于船舶装机容量的动力因子（简称动力因子）。三种排放因子来源不同、碳排放量化所需数据源不同，导致量化结果的差异。

1、基于IPCC排放因子的碳排放量化方法

IPCC碳排放量化方法涵盖所有化石燃料，本文仅研究船舶碳排放。基于IPCC计算方法，船舶燃料燃烧产生的二氧化碳排放总量计算公式如下，即不同种类的燃料活动水平数据和排放因子的乘积：

式中E为船舶二氧化碳排放总量（单位：T）；ADi为第i种燃料的活动水平数据（单位：TJ），等于燃料的消耗量与燃料的低位发热值之积；EFi为第i种燃料的排放因子（单位：TCO2/TJ），等于燃料的单位热值含碳量和碳氧化率之积。

IPCC排放因子包含单位热值含碳量、碳氧化率因子。为便于计算，IPCC建立了排放因子数据库（EFDB），在温室气体计算领域应用广泛，是欧盟碳排放交易体系（EU-ETS）采用的排放因子。另外，欧盟《关于对海运产生的二氧化碳排放进行监控、报告和验证以及对2009/16/EC号指令进行的修订》默认的排放因子也是根据最新的IPCC值来确定（Annex VI to Commission Regulation (EU) No 601/2012），国内目前在化工、钢铁等行业的碳排放核算中普遍采用该因子，我国水上运输企业尚未见使用该因子。需要说明的是，使用燃料油热值时需要注意是工业燃料油还是船舶燃料油，两者低位发热值有区别。燃料油热值见下表。

表1：燃料油相关参数默认值（其他化石燃料略）

2、基于IMO排放因子的碳排放量化方法

2008年，IMO/MEPC第57次会议提出旨在减少船舶温室气体排放的新造船“CO2设计指数”（EEDI）和营运船船舶能效营运指数（EEOI），两个指数的计算均涉及燃料CO2转换系数即排放因子，其中EEOI定义为船舶单位运输功所排放的CO2量，MEPC.1/Circ.684通函《船舶能效营运指数（EEOI）自愿使用指南》推荐使用的EEOI计算公式为：

式中j为燃油类型，FCj为燃油j的消耗量，Cfj为燃油j的CO2排放因子（转换系数），m为载货量（吨或TEU或乘客数量），D为对应于所载货物的航行距离（海里）。

该指标是IMO推荐目前航运企业普遍采用的能效考核指标之一，公式中的分子即为IMO采用的碳排放计算方法，即：

式中,FCj为燃油j的消耗量,Cfj为燃油j的CO2转换系数即排放因子。

Cfj是第j种燃油消耗量（单位t）和基于碳含量的CO2排放量（单位t）之间的无量纲转换系数，MEPC.1/Circ.684列 出 的Cfj值如下：

表2：燃油量与CO2量转换系数

3、基于船舶动力因子的碳排放量化方法

动力因子是在计算船舶大气污染物排放量时采用的方法之一，其原理为通过主机副机做功大小来计算包括PM10、PM2.5、DPM、NOX、SOX、CO、HC、CO2、N2O、CH4等污染物的排放量，因排放物中包含CO2，采用动力因子也可以单独计算船舶碳排放量，计算公式：

式中，E为排放量(t/year）；W为发送机所做功，等于额定功率与负载因子（平均负荷与最大负荷之比）和工作时间三者乘积;EF为排放因子（g/kw.h），等于基础EF与低负荷调整系数之积;FCF为燃油校正因子，燃料油排放CO2校正因子为1；CF为排放控制因子（使用了减排措施之后的变化，如使用某项新技术可减少排放X%）。

采用动力因子计算时，能耗设备排放因子是通过发动机的基本参数以及排放要求而设定的。美国加州大学对洛杉矶港船舶排放的大气污染物特性进行了长期研究，有关大气污染物排放清单资料下载地址为：

http://www.portoflosangeles.org/environment/studies_reports.asp

洛杉矶港是我国远洋船舶的主要目的港之一，选取洛杉矶港船舶大气污染物排放因子是合理可行的，计算过程中需要考虑：主机排放因子、副机排放因子，锅炉排放因子以及用以校正排放量的燃油校正因子、主机低负荷校正因子。因排放因子在不同年份有更新，如副机CO2排放因子在2012年为683，2013年更新到了722，本研究采用最新2013年洛杉矶港排放因子，且本研究仅涉及CO2排放计算，因此根据洛杉矶港大气污染物排放清单资料，仅整理列出CO2排放因子，见下表，针对CO2排放的燃油校正因子及主机低负荷校正因子均等于1。

表3： 能耗设备CO2排放因子（单位：克/千瓦·时）

三大船型碳排放量化计算

根据航运经济与物流研究所（ISL）的数据，从船型分类来看，散货船、油船、集装箱船构成了我国三大主力船型。2012年散货船、油船、集装箱船的总载重吨分别占我国船队结构比重的65.7%、19.9%、7.9%，即三种船型的载重吨占我国全部船型的93.5%。本文选取“XX”轮（散货船，XX航运有限公司）、“XX”轮（油船，XX远洋运输公司）和 “XX”轮（集装箱船，XX集装箱运输有限公司），采集前述3种量化方法所需一年的数据并根据3种量化方法进行计算，结果如下：

计算结果显示，代表三种船型的三艘船舶的量化结果中，IPCC因子法量化值最低，动力因子法量化结果最大，将表4数据按后者较前者增加的百分比计算，结果(见表5)显示，采用IMO因子较采用IPCC因子的计算结果，三艘船相差很小，“XX”轮（散货船）增加6.8%，“XX”轮（油船）和“XX”轮（集装箱船）增加6.7%，说明这两种方法计算结果稳定，量化结果差异6.7%左右，采用同一种量化的结果具有可比性；而动力因子法无论与IPCC因子法还是与IMO因子法比对，其结果差异大，数据不规律，计算结果可比性差。

表4：三大船型碳排放量计算值（单位：吨）

表5：不同量化方法按百分比计算的差异值

1、IPCC因子和IMO因子计算值差异性分析

燃油质量影响碳排放量，热值是衡量燃油质量的一个重要指标，其他如粘度、残炭、含硫量、闪点、水分、灰分和杂质等含量也是评介燃油质量的重要指标，对燃烧过程产生影响，从而对排放产生影响，因此业界一般每次加油都进行取样化验以确定燃油质量。IPCC因子量化方法采用的是燃料的消耗量、燃料的低位发热值、燃料的排放因子三者乘积，采用燃料的低发热值能更好地反映燃料质量，该方法同时考虑了燃料的碳氧化率（取值0.98），因为任何一种燃料都很难100%完全燃烧，因此该量化方法计算结果最小、更趋合理；IMO因子量化方法采用的是燃料消耗量与排放因子（碳转换系数）的乘积，没有考虑燃料热值等因素，燃料消耗数量不能反映燃料质量，而且其设定燃料完全氧化燃烧，其计算结果较之IPCC因子量化法偏大成为必然。

2、动力因子计算值差异性分析

动力因子量化方法涉及参数有：额定功率、负载因子（平均负荷与最大负荷之比）、工作时间、排放因子等，其中确定参数有额定功率、排放因子、低负荷调整系数和燃油校正因子（对CO2排放物，后两个参数取值为1），不确定的参数有负载因子、工作时间，这两个参数变化大，精确统计困难。

（1）主机功率和工作时间影响：船舶航行时分定速航行和机动航行，定速航行时主机功率恒定，机动航行时功率处于变化中，不同的航次航段主机使用功率也不同，市场不景气时船舶降速航行，主机实际运行功率往往不到额定功率的50%。因此用一个负载因子难以准确反映主机真实功率变化情况。主机在不同负荷下的运行时间难以获得，船公司统计的是往往是船舶航次时间。

（2）副机功率和工作时间影响：船舶一般配置三台副机，定速航行时使用一台辅机，其输出功率相对稳定，占额定功率70%～80%，装卸货和机动航行时两台副机并联运行，特别是装卸货时副机功率变化较大，因此各工况下工作时间统计繁琐，单机运行和双机运行时其负载因子不同，航运公司并没有专门的统计。

（3）锅炉功率和工作时间影响：锅炉一般以蒸发量标定其功率大小，一般在港期间使用，航行时废气锅炉产生的蒸汽一般能满足全船用汽需求。油轮根据货油加温及货舱惰化需要，在港在航均可能使用，而且锅炉燃烧由蒸汽压力自动控制,其工作时间难以统计，航运公司也没有这个方面的统计需求。

因此，采用动力因子计算碳排放量的难点在于不同耗能设备平均负荷及该负荷下工作时间的统计，水运企业没有这方面的统计需求，很难直接从企业获得有关统计数据用于计算，统计的不确定性导致计算结果的不确定性，保守的计算原则（取值偏大）导致量化结果偏大。

碳排放量化方法建议

通过对IPCC因子、IMO因子、基于船舶装机容量的动力因子三种，目前使用的碳排放量化方法及案例计算分析，不难发现：

1、基于IPCC排放因子的碳排放量化方法，既考虑了燃料的消耗量，又考虑了燃料的质量（燃料的低位发热值），同时兼顾燃料的碳氧化率（取值0.98），其量化过程更科学，量化结果更合理，量化值最小。目前我国在化工、钢铁等行业的碳排放核算中普遍采用该方法，欧盟碳排放交易体系（EU-ETS）和2015年7月1日生效的欧盟《关于对海运产生的二氧化碳排放进行监控、报告和验证以及对2009/16/EC指令进行的修订》普遍使用该方法，如果考虑到量化的最终目的是核查进而制订减排目标或纳入碳排放交易体系（征收碳税），此种量化方法对水运企业颇具吸引力，而且，从统计数据的繁简来看，仅比IMO因子量化方法多了一项燃料的低位发热值。

2、基于IMO排放因子的碳排放量化方法，仅考虑燃料消耗量和排放因子，是三种量化方法中最简单的，企业的统计量化成本最低，该方法因IMO MEPC.1/Circ.684通函—《船舶能效营运指数（EEOI）自愿使用指南》在航运界普遍采用，但正如上述分析，因未兼顾到燃料质量及燃料氧化率，其量化结果偏大，在对排放结果计量精度要求不高，又要求统计简单、统计成本低时，可以采用该方法。

3、基于船舶动力因子的碳排放量化方法，不考虑燃料的消耗量，其量化方法的出发点是简化量化程序，但因需要能耗设备的平均功率和工作时间，参数获得的不确定性反而使过程复杂化，量化结果较IPCC因子法甚至成倍增加，从量化结果的准确度上不建议航运企业采用该方法。此方法更适用于一个港口或区域，在无法获取更为详细的能耗数据的情况下，仅借助于船舶基本动力设备参数，粗略计算船舶排放量，如果能按不同船型的不同吨位区间，计算出相应的负载因子和工作时间基线值，则量化过程将更简单，量化结果更趋科学合理。