我国中小型船舶CO2排放实际情况及排放标准的适用性分析

于巧婵，骆义

(交通运输部水运科学研究院 船舶运输技术研究中心，北京 100088)

我国中小型船舶CO2排放实际情况及排放标准的适用性分析

于巧婵，骆义

(交通运输部水运科学研究院 船舶运输技术研究中心，北京 100088)

结合各省上报及实地调研统计数据，对全国中小型船舶吨位分布及油耗水平、中小型船舶能效状况对于我国整体船舶能效水平的影响进行分析，并通过实船样本数据计算分析不同吨级船舶CO2排放水平、样本离散程度。结果表明，目前我国中小型船舶实际排放情况与CO2排放限值要求差距较大，建议对相关计算方法进行调整，或针对中小型船舶进行限值折减。

中小型船舶；CO2排放；实船计算；离散程度

2011年7月，MEPC(海上环境保护委员会)第62次会议通过《国际防止船舶造成污染公约》(The International Convention for the Prevention of Pollution From Ships，MARPOL)，其附则VI中的第4章为“新船能效设计指数”(energy efficiency design index，EEDI)[1]，并宣布于2013年1月1日起对国际航行船舶强制实施。2012年9月，交通运输部发布《营运船舶CO2排放限值及验证方法》[2]，规范了我国内河及沿海总吨位400及以上的干散货船、集装箱船和油船的CO2排放限值及验证方法。

对比国内外2个标准，对于船舶CO2排放指标的计算原理是一致的，都是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶能效[3]。针对我国中小型船舶，论证其对于《营运船舶CO2排放限值及验证方法》的适应性，为我国内河及沿海船舶CO2排放相关政策的制定和调整提供参考。

1 我国中小型船舶规模现状

1.1 我国内河及沿海运输船舶吨级分布

根据《2015年交通运输行业发展统计公报》，截止到2015年末，我国内河及沿海运输船舶共计16.32万艘，其中内河船舶15.25万艘，沿海船舶1.07万艘[4]。

根据2015年26个省、自治区、直辖市上报交通运输部的数据计算得出，截至2015年末，我国沿海船舶的平均吨位为5 370.92 t，内河船舶的平均吨位为469.15 t。对各省不同吨位的船舶进行分类，汇总整理后，得到表1的数据。

表1 2015年我国内河及沿海船舶分吨级统计表

由表1可见，总吨位400以下的船舶数量规模最大，占全部船舶数量的60.3%，其吨位规模占全部船舶吨位的12.5%。总吨位大于10 000的船舶数量规模最小，占全部船舶数量的0.9%，但船舶吨位占全部船舶吨位的27.0%，位居首位。

总吨位3 000以下的船舶，船舶数量规模占全部船舶数量的95.4%，其吨位规模占全部船舶吨位的52.1%。

1.2 我国内河及沿海船舶年度耗油量分析

为统计我国内贸船舶燃油消耗量，交通运输部水运科学研究院于2015年对我国内河和沿海的航运公司、船民，以及轮机人员等进行了包括实地调查、座谈会、电话咨询等多种方式的广泛调研，最终计算得出我国内河及沿海不同吨级船舶的年均燃油消耗量[5]，汇总整理后的数据见表2。

由表2可见，总吨位10 000以上的船舶，年度耗油量最多，占船舶总耗油量的34.2%，其次是总吨位401～1 000，和1 000～3 000的船舶，分别占船舶总耗油量的20.8%和19.1%，总吨位3 000以下船舶的年度耗油量，占船舶总耗油量的48.5%。

表2 2015年我国内河及沿海船舶耗油量统计

1.3 中小型船舶CO2排放实际情况说明

通过以上分析可以看出，我国内河及沿海船舶中，总吨位3 000以下的中小型船舶，其数量占全部船舶数量的95.4%，船舶吨位占全部船舶总吨位的52.1%，船舶年度耗油量占全部船舶耗油量的48.5%。中小型船舶，无论从规模、吨位还是耗油量方面，都占有举足轻重的地位。

根据《营运船舶燃料消耗限值及验证方法》[6]，营运船舶的燃料消耗指数FCI的计算式为

(1)

式中:nME为主机数量；PME为主机最大持续功率减去轴带发电机功率后的75%；SFCME为主机最大持续功率下的燃油消耗率；RME为主机所用燃料相对标准油的转换系数；nAE为辅机数量；PAE为海上最大负荷工况所要求提供的辅机功率；SFCAE为辅机额定功率下的燃油消耗率；RAE为辅机所用燃料相对标准油的转换系数；Capacity为载重量；V为船舶航速。

根据《营运船舶CO2排放限值及验证方法》，营运船舶CO2排放指数ICO2的计算公式包括主机排放、辅机排放、主机新型节能技术、辅机新型节能技术4部分，其中，新型节能技术主要包括废热回收系统、风力助航、燃料电池、太阳能发电等，并需取得验证机构认可。目前我国船舶节能技术处于起步阶段，国内沿海及内河还没有使用新型节能技术的船舶，因此，节能技术取值为0，ICO2可简化为主机排放、辅机排放两部分，计算式如下。

(2)

式中：nME为主机台数；PME(i)为第i台主机最大持续功率减去轴带发电机功率后的75%；SFCME(i)为第i台主机在额定功率下的燃油消耗率；CFME(i)为第i台主机所用燃油的CO2转换系数；PAE为船舶正常航行时所需的辅机功率，就本标准而言，辅机仅指航行所需的发电机组的原动机，不包括燃油锅炉；SFCME为辅机的燃油消耗率；CFAE为辅机所用燃油的CO2转换系数；CW为载重量；Vref为船舶航速。

从式(1)和式(2)可见，影响船舶燃油消耗和CO2排放的主要参数如表3所列。

也就是说，船舶CO2排放指数与船舶燃料消耗指数的计算原理相同，计算公式中除转换系数和辅机功率取值范围有所不同外，其他影响参数完全一致，船舶的CO2排放与船舶的燃油消耗呈线性关系。我国3 000总吨以下的中小型船舶，船舶年度耗油量占全部船舶耗油量的48.5%，相应地，我国总吨位3 000以下的中小型船舶，船舶CO2排放量占全部船舶CO2排放量的近一半，因此，降低中小型船舶CO2排放量，对于提升我国内河及沿海整体船舶能效具有十分重要的意义。

表3 响船舶燃油消耗和CO2排放的主要参数

2 我国船舶CO2排放水平实船计算

2.1 样本船舶的选取

在交通运输部长江航务管理局的“长江标准船型管理系统”中，有长江干流沿线地区的青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海11个省(自治区、直辖市)上报的相关数据，汇总了长江干线91 450艘船舶的相关信息。按照《营运船舶CO2排放限值及验证方法》中的适用船型，研究选取总吨位400以上的干散货船、油船、集装箱船共计5 435艘作为计算分析的样本船舶。样本船舶的平均吨位为2 156.6 t，其中干散货船、油船、集装箱船的数量比例见图1。

2.2 船舶CO2排放计算

根据《营运船舶CO2排放限值及验证方法》，营运船舶的CO2排放指数限值的计算公式为：

LimitCO2=a×DWT-c

(3)

式中的各项参数见参考文献[2]。

2.2.1 分船型计算

根据公式(2)、(3)，计算所有样本船舶的CO2排放指数与限值，并按照船型进行分类，得到如下结果。

在5 435艘船舶中，CO2排放指数低于排放限值的船舶，即CO2排放满足标准的船舶，共有2 462艘，也就是说，共有45.3%的船舶满足CO2排放限值。分别计算干散货船、油船、集装箱船这3类船舶的CO2排放限值满足率，其中油船的限值满足率最低，仅为40.89%；集装箱船的限值满足率最高，达到73.67%。具体结果见表4。

表4 分船型CO2排放限值计算

2.2.2 分吨级计算

根据式(2)、(3)，计算所有样本船舶的CO2排放指数与限值，并按照船舶吨位进行分类，得到不同吨级船舶的CO2排放限值满足率，见表5。

由表5可见，总吨位400～1 000的船舶，CO2排放限值的满足率最低，仅为38.6%；总吨位9 001～10 000的船舶，CO2排放限值的满足率最高，达到90.9%；其次为总吨位8 001～9 000的船舶，CO2排放限值满足率为77.8%。

表5 分吨级船舶CO2排放限值计算

由图2可见，船舶CO2排放限值满足率随着船舶吨位的上升呈逐步上升趋势。

3 船舶CO2排放适应性说明

3.1 船舶吨位与CO2排放适应性分析

通过上述计算可知，在符合《营运船舶CO2排放限值及验证方法》适用范围的3大船型中，集装箱船的CO2排放指标最好，限值满足率达到73.67%；其次为干散货船，为44.24%；油船的CO2限值满足率为40.89%，位列第三。

对于不同吨位的船舶，其CO2排放的限值满足率总体上随船舶吨位的提高而呈上升趋势，总吨位8 000以上的船舶，其CO2排放限值满足率达到77.6%，而总吨位400～1 000 t的船舶，其CO2排放限值满足率仅为38.6%。总吨位3 000以下的中小型船舶，其CO2排放限值满足率为40.3%，对于《营运船舶CO2排放限值及验证方法》计算指标与限值的适应性不强。

将图2进行多项式曲线拟合，拟合曲线见图3。

交通运输部在制定船舶CO2排放基线时，选取70%符合率作为基线[7]。按照图7中拟合曲线的公式计算，当船舶CO2排放限值满足率为70%时，对应的船舶吨位为8 256 t，也就是说，在本研究所选取的样本船舶中，总吨位8 256以上的船舶，可以保证有70%的船舶其CO2排放指数符合限值要求。

3.2 离散程度分析

为进一步深入分析不同吨位船舶对于CO2排放限值的适应性，分吨级计算船舶CO2排放的离散程度，其中包括三部分，第一部分为不同吨位船舶整体CO2排放限值与CO2排放指标之差，和“0”之间的离散程度；第二部分为不同吨位船舶CO2排放限值与CO2排放指标之差为正数的部分，和“0”之间的离散程度；第三部分为不同吨位船舶CO2排放限值与CO2排放指标之差为负数的部分，和“0”之间的离散程度。离散程度越大，则表明观测变量各取值与0的差异程度越大。见表6、图4。

由图4可见，不同吨位船舶整体CO2排放限值与CO2排放指标之差，和“0”之间的离散程度，随船舶吨位增大呈不规则变化；不同吨位船舶CO2排放限值与CO2排放指标之差为正数的部分，和“0”之间的离散程度，随船舶吨位增大，整体上呈上升趋势。也就是说，随着船舶吨位增大，不仅CO2排放限值的满足率上升，且其排放指标小于排放限值的程度也越来越大。

表6 不同吨位船舶离散程度表

4 结论

1)船舶CO2排放限值满足率整体上随船舶吨位的上升而呈上升趋势，且随着船舶吨位增大，船舶CO2排放限值与CO2排放指标之差为正数的部分，和“0”之间的离散程度越来越大，即船舶CO2排放指标小于排放限值的程度越来越大。

2)EEDI针对国际航行海船，我国《营运船舶CO2排放限值及验证方法》中对于船舶CO2排放限值固定参数a、c的选取虽与EEDI不同，但计算原理相同，仅将CO2排放限值与船舶载重吨之间建立联系。海船平均净载重吨为29 350 t[4]，而我国内河船的平均净载重吨为819 t，差距巨大，运用同一原理的CO2排放限值公式并不合理，不能真实反映中小型船舶CO2排放水平。

3)通过计算可知，总吨位3 000以下的中小型船舶，其CO2排放限值满足率仅为40.3%，进一步验证了《营运船舶CO2排放限值及验证方法》计算指标与限值对于中小型船舶的适用性不强。而在我国内河及沿海的运输船舶中，中小型船舶无论从规模、吨位还是耗油量方面，都占有举足轻重的地位，是我国内河航运市场运输船舶中的主导力量。提高中小型船舶CO2排放水平，对于提升我国内河及沿海整体船舶能效，具有十分重要的意义。

4)在EEDI的相关要求中，对于中小型船舶，如载重量为2万t以下的散货船和液货船，1万t以下的气体运输船等，注明其可以在0到相应降低指标之间根据吨位插值执行，且船型越小，允许要求的降低指标越低[8]。这是因为中小型船舶执行标准存在较大难度。因此，在我国的《营运船舶CO2排放限值及验证方法》中，应考虑对相关计算方法进行调整，或针对中小型船舶进行限值折减。

[1] MEPC.203(62). Annex19: resolution chapter4:regulations on energy efficiency for ships[R], International Convention for the Prevention of Pollution from Ships,1973/1978.).IMO,2011.

[2] 营运船舶CO2排放限值及验证方法JT/T827—2012[S].北京：交通运输部,2012.

[3] 严新平,新能源在船舶上的应用进展及展望[J].船海工程,2010(6)：111-115.

[4] 2015年交通运输行业发展统计公报[Z].北京:交通运输部，2015.

[5] 李清.中石化燃料油公司内贸船加油网点发展规划[R].北京:交通运输部水运科学研究院，2015.

[6] 营运船舶燃料消耗限值及验证方法JT/T826—2012[S].北京：交通运输部,2012.

[7] 彭传胜,谈我国的《营运船舶CO2排放限值及验证方法》[J].航海技术,2013(1):67-69.

[8] 国际海事组织海上环境保护委员会.国际防止船舶造成污染公约附则Ⅵ修正案决议MEPC.203(62)船舶能效要求[S].2011-07-15.

[9] MEPC.203(62), Annex1:draft guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index for new ships[R],International Convention for the Prevention of Pollution from Ships,1973/1978.IMO,2011.

The Actual Situation of CO2Emissions of Small-medium-sized Ship and Adaptability Analysis for Emission Standards in China

YU Qiao-chan, LUO Yi

(Institute of Waterborne Transport, Ministry of Transportation, Beijing 100088, China)

Through data sorting and field survey, the tonnage distribution and fuel consumption level of small-medium-sized ships were analyzed, as well as the influence of small-medium-sized ships’ energy efficiency level in our country. By sample calculation method, the CO2emission level in different tonnages, and the sample dispersion degree were studied. It was conclude that there is a large gap between the actual emissions of small-medium-sized ships with the CO2emission limit, so the calculation method should be adjusted, or the limit standard for small-medium-sized ships should be reduced.

small-medium sized ships; CO2emission; ship calculation; dispersion degree

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.021

2016-09-14

于巧婵(1987—)，女，硕士，助理研究员

U692.1

A

1671-7953(2017)02-0088-05

修回日期：2016-09-28

研究方向:船舶节能减排技术