豪华邮轮EEXI的履约要求与对策

赵春林

一、引言

为应对全球气候变暖，减少航运业的温室气体排放，国际海事组织（IMO）提出碳排放控制目标：到2030年CO2排放强度与2008年相比至少降低40%，2050年CO2年度总排放量与2008年相比至少减少50%、CO2排放强度要降低70%，并努力在本世纪尽早实现航运业零碳排放宏伟目标[1]。

IMO第四次温室气体研究报告表明，2018年全球航运CO2排放总量达10.56亿t，与2012年相比增长了9.3%，占全球人为CO2排放量的比例也从2012年的2.76%上升至2.89%。该报告预测未来随着经济发展对能源的消耗，到2050年，航运业的碳排放量仍会显著上升。若以2008年的CO2排放量为基准，2050年的CO2排放量将达到2008年的90%～130%，航运业实现2030年和2050年碳减排目标面临巨大的挑战。豪华邮轮产业一直都走在碳排放控制的最前沿，碳排放控制新技术也在豪华邮轮上不断得到应用。本文介绍豪华邮轮现有船舶能效指数（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）的履约要求和计算方法，分析影响豪华邮轮达到的EEXI（Attained EEXI）的各项因素及其要求的EEXI（Required EEXI）的变化趋势，提出现有豪华邮轮适用的各项履约措施，为豪华邮轮营运管理相关方提供参考。

二、豪华邮轮EEXI

（一）豪华邮轮EEXI的履约要求

EEXI是衡量船舶能效的技术指标之一。根据MEPC.328（76）修订的MARPOL公约附则VI规则23，豪华邮轮EEXI履约要求包括：

（1）适用于2023年1月1日之前交付或重大改建的400总吨及以上的非常规推进的邮轮（不包括普通客船）。（2）每艘船舶应按MEPC.350（78）要求计算Attained EEXI，并附上EEXI技术案卷。技术案卷应包含计算Attained EEXI所必要的信息并显示计算的过程。Attained EEXI需要船级社根据MEPC.351（78）EEXI验证导则进行验证。（3）如船舶的能效设计指数（Energy Efficiency Design Index，EEDI）已经验证，且其Attained EEDI小于或等于Required EEXI，则Attained EEDI可作为Attained EEXI。在这种情况下，Attained EEXI可根据EEDI技术案卷进行验证。（4）船舶应在2023年1月1日之后，结合第一次船舶国际防止空气污染证书的年度、中间或换证检验（取早者）完成EEXI验证，并换发船舶国际能效证书。适用EEXI要求的重大改建船舶应在完成重大改建后，对EEXI要求进行验证并换发国际能效证书。

对于按照EEDI第二阶段（Phase 2：2020年1月1日—2022年3月31日）、第三阶段（Phase 3：2022年4月1日以后）的标准建造的豪华邮轮来说，大部分都可以满足EEXI的要求，即使不满足也仅需实施有限的技术改造即可达到。非EEDI适用的豪华邮轮应对EEXI的履约可能会面临着巨大的挑战，如果技术条件无法满足，船舶将不得不停止营运。

（二）豪华邮轮EEXI计算

1.Attained EEXI

EEXI是EEDI概念对现有船舶的扩展，计算公式、验证程序等与EEDI基本相同，仅对有限的设计参数选取进行了调整。除另有规定外，EEDI计算公式中的参数定义均适用EEXI计算中涉及的参数。EEXI计算导则和EEDI计算导则给出了Attained EEXI计算公式及计算参数的解释，分子部分为船舶航行过程中消耗的燃油转化成的CO2的排放量，分母部分为装载量修正系数，EEXI计算公式为

由式（1）可知，影响船舶EEXI的因素有四个方面：船舶以单位载运能力行驶1 n mile主推进装置所排放的CO2量；船舶以单位载运能力行驶1 n mile辅机所排放的CO2量；在船舶配有轴带电动机（PTI）/轴带发电机（PTO）与发电机节能系统等条件下，船舶以单位载运能力行驶1 n mile，上述设备对发电机轴功率的贡献所折算的CO2排量；在采用新节能技术条件下，船舶以单位载运能力行驶1 n mile所带来的船舶能效的提高折算的CO2排量。

对于未安装轴带电动机（PTI）/轴带发电机（PTO）和任何节能技术的非常规柴油电力推进豪华邮轮来说，式（1）可简化为

式中：SFCME为主机的单位燃油消耗量，取近似值190 g/kWh；SFCAE为每台柴油机NOx技术文件中柴油机50%的MCR（最大持续功率）或者额定扭矩时的燃油消耗量的加权平均值；f j为冰区加强船舶功率修正系数，豪华邮轮船型取1.0；f c为立方容积修正系数，一般取1.0；f w为特定海况下航速降低的无量纲系数，一般取1.0；f m为船舶有IA Super和IA冰级的系数，当船舶具有IA Super和IA冰级符号时取1.05，其他情况时取1.0；f l为货物相关因素，一般取1.0。

其他参数的选取原则如下：

（1）主机功率（PME）

PME为83%MPP（或MPPlim）除以电效率，即PME＝0.83×MPP/η。MPP为推进电机额定功率，kW；η为电推系统电效率，默认为91.3%；MPPlim为推进电机限定功率，kW。

（2）辅机功率（PAE）

对于豪华邮轮，采用MEPC.308（73）EEDI计算导则中2.2.5.6.1至2.2.5.6.3的算法计算所得的PAE值，往往与正常航行时使用的总功率差异很大，应以船舶以参考航速航行时消耗的电功率（不包括推进功率，见电功率表）除以所有发电机功率加权平均效率估算PAE值。对于非EEDI适用的豪华邮轮，如果无电功率表，PAE取近似值，即PAE，app=0.119 3×GT+1 814.4。

（3）参考航速（vref）

MEPC.350（78）EEXI计算导则中对vref的取值提供了多种参考。对于非EEDI适用的豪华邮轮，可用如下两种替代方式获取航速vref：

①从《2022年现有船舶达到的能效指数（EEXI）检验和发证指南》（MEPC.351（78））中定义的估算航速-功率曲线获得。

②如无航速-功率曲线或试航报告中不包含EEDI或设计装载吃水工况，参考船速vref取近似值，即

式中：vref，app=A×BC，为给定船型和船舶尺寸的航速分布的统计均值，kn；MPPavg=D×EF，为给定船型和船舶尺寸的电机MPPS分布的统计均值；mv为船舶的性能裕量，取vref，avg的5%或1 kn中较低者。

对于非常规柴油电力推进豪华邮轮，B、E为船舶总吨，其他参数的取值见表1。

表1 参考航速的计算参数

（4）燃油消耗量与碳排放量的转换因数（CFME，CFAE）

对于非常规柴油电力推进豪华邮轮，CFME为主机使用燃料种类的碳排放量转换因数，取默认值3.114。CFAE为柴油机NOx技术文件中对应的使用燃料种类的碳排放量转换因数，取值见表2。

表2 CFAE碳排放量转换因数表

（5）装载量系数（f i）

如有对于装载量的技术和规定限制，该系数取1.0；对于冰区加强船舶，冰级和装载量修正系数的计算公式见表3。

表3 冰区加强船舶装载量修正系数计算

2.Required EEXI

根据MARPOL公约附则VI第25条，Required EEXI计算公式为

Required EEXI=（1-Y/100）·RLV （4）式中：Y为折减系数，无量纲；RLV（Reference Line Value）为EEDI基线值，g/（t·n mile）。

（1）折减系数（Y）

MARPOL公约附则VI第25条中对各种船型的折减系数有着不同的规定，豪华邮轮折减系数见表4。

表4 用于豪华邮轮Required EEXI计算的折减系数

根据表4，整理得折减系数Y为

（2）EEDI基线值（RLV）

RLV=a·b-c，该计算公式由MARPOL公约附则VI第24条规定。对于非常规柴油电力推进方式豪华邮轮，由MARPOL公约附则VI第24条，其EEDI基线值影响因数见表5。

表5 豪华邮轮的EEDI基线值影响因数

由式（4）和式（5）计算可得出豪华邮轮的Required EEXI与该类型船舶的尺度关系，如图1所示。

图1 豪华邮轮（大于25 000总吨）Required EEXI趋势

可见豪华邮轮的Required EEXI随着其总吨位的增加，要求愈加严格。对于大于等于400总吨且小于25 000总吨的豪华邮轮，虽然不适用Required EEXI的计算要求，但是仍需要计算Attained EEXI并提供EEXI技术文件。对于适用的豪华邮轮，必须满足Attained EEXI≤Required EEXI方可满足履约要求，即该船型计算的Attained EEXI值位于图1中Required EEXI趋势线的下方。给定的某总吨位豪华邮轮如果其Attained EEXI不满足要求，则需要从EEXI计算公式的分子四个方面的影响因素来分析，采取措施以降低相应部分的CO2排量。

三、豪华邮轮EEXI的履约对策

船舶Attained EEXI的计算结果如果不满足要求，航运公司必须对其采取措施，主要的技术措施有推进功率限制、柴油机改装、应用节能设备、加装适用低碳燃料系统等。在使用低碳替代燃料方面，近年来得益于发动机技术取得较大突破，但受限于技术复杂和高成本等因素，现有船舶采用这一办法进行船舶动力装置改造来应对EEXI既不现实，也难以大规模推广。豪华邮轮营运有其特殊性，还需要考虑船舶整体设计的美观和乘客体验的舒适等，其改造选择具有很多局限。

（一）推进功率限制

推进功率限制是履约成本相对较低的一种方式，通过非永久性限制推进功率的最大功率，减少燃料使用，从而减少CO2排量。最大持续功率在EEXI计算中占很高比重，减少计算公式中其使用值将减少输出的EEXI值。豪华邮轮的营运往往对船舶的航速有较高的要求，采用限制推进功率的措施来应对EEXI的可用空间并不是很大。

（二）柴油机改装

柴油机改装一般是对柴油机相关部件及系统进行改造，从而降低柴油机燃油消耗率。主要方式包括优化柴油机喷油形式、凸轮轴更新等，预计可降低油耗0%～2%，具体可行性与提升效果应咨询柴油机厂商，且改装后燃油消耗率数值应经验证[2]。此种方式受限于柴油机的技术条件，同时需要考虑改造的收益和成本。

（三）节能措施

碳排放控制的实施，也助推了船舶设备节能技术的创新。船舶节能措施一般通过增加节能设备来提升船舶的综合能效，具体包括推进改善装置、球鼻艏改装、使用减阻涂层、船体空气润滑、风力助航等。单一节能措施的减排能力在0% ～10%之间，具体效果视节能装置与船舶的匹配情况而定，当同时使用多种节能措施时，需要对节能总效率进行实际验证[2]。

1.推进改善装置

推进改善装置是通过加装水动力节能装置，利用桨舵之间的有利干扰来减少尾流获得的能量，从而提高船舶推进器效率。推进改善装置一般分为前置整流导管、前置预旋导轮、前置导叶、毂帽鳍、舵球、舵附推力鳍等，采用单种及组合搭配设计，节能效果可达1%～10%不等[3]。水动力节能装置制造和安装相对简单，使用安全可靠，维修和保养也很方便。其他提高推进效率的方法是基于优化船舶流体动力的方式来提高船舶推进效率。

2.球鼻艏改装

通过改变船首的形状可以获取更好的船舶性能、优化船舶阻力性能和耐波性能，从而达到节省燃料的目的[4]。目前球鼻艏改进有翼状艏、斧型艏等适用不同船舶航行条件下的船首设计。翼状艏在测试及实际营运过程中均能有效减少约20%的动力/燃油消耗和温室气体排放[5]。在船舶低速航行条件下具有显著节能经济性的斧型艏[6]在豪华邮轮上已得到实际应用。

3.使用减阻涂层

船舶在海上航行一段时间后，大量的生物附着物会使船体表面光滑度大大降低，从而产生额外的阻力，降低船体效率。船体污垢和船体粗糙度的增加也加大了船舶燃料的消耗，一艘船舶的水动力阻力每年增加7%～10%，其改进潜力是巨大的。涂层减阻技术以操作简便、减阻效果明显等优点，成为船舶减阻技术研究的热点。清洁航运联盟估计，通过良好的船体管理使用好的船体涂层和船体清洁策略，可为全世界船队节省约10%的燃油消耗[7]。

4.船体空气润滑

船体空气润滑减阻系统从安装在船底前端的空气释放装置释放出均匀的微气泡，随着船舶行进覆盖在船的整个平坦的底部。通过改变水和船体之间的相互作用力从而降低船舶航行阻力，降低燃料消耗。经验证，对于豪华邮轮，吃水在8～9 m，船底平底面积占水线面面积的30%～35%，营运航速在10～20 kn的时候，船舶节能净收益可达5%～7%[8]。

5.风力助航

风力助航系统一般采用转筒帆或风筝帆的形式，依靠风能来实现辅助船舶推进。转筒帆的帆区面积小但却可产生相对较大的升力，效率比传统风帆高10倍左右。研究表明，该装置可以节省燃油消耗量约10%[9]。而风筝帆因设备及安装费用较高、适用条件相对苛刻、在船管理要求高及维修保养费用较高等诸多缺点并没有得到广泛应用。据报道，“Viking Grace”号在安装转筒帆运行的第一年进行了测量和分析，结果表明转筒帆每年可减少207～315 kW的能耗，相当于节省231～315 t燃料，同时确认该种风帆具有长期节省燃料的潜力[10]。

船舶应用上述节能措施的潜在节能效果见表6。

表6 潜在节能效果

四、总结与展望

新冠疫情对全球邮轮业造成了几乎致命的打击，2023年EEXI要求的正式实施，又给现有营运豪华邮轮带来了新的挑战，同时也推动了船舶控碳新技术的发展。现有适用EEXI的营运豪华邮轮，尤其是不满足EEXI要求的营运船舶，在2023年将迎来重大考验；对船东而言，需要关注在EEXI相关标准出台之后，通过何种措施对现有不满足EEXI要求的船舶进行改造升级，使其满足履约要求。在当前节能减排大背景下，双燃料发动机技术成为新建船舶的主流选择。随着技术的发展，碳捕捉技术有望突破在船布置、安全保障和能耗等关键性制约因素，应用潜力巨大。EEXI的履约是现有船舶对碳排放控制在技术层面上的一个承诺。不符合要求的豪华邮轮，对EEXI的履约需要付出巨大经济成本。船东和其船管公司不得不做出一些重大的投资决定，以使船队符合法规要求。有的新型节能技术的应用几乎是史无前例的，新造船计划也将受到相当大的影响，这也大大增加了船东的试错成本。