应对EEDI,EEXI 和CII 指数的措施

黄锦杰 蒋兆明 吕俊兵

（杨浦海事局，上海 200082）

0 引言

在全球化发展大背景下，船舶在海上运输上扮演着重要角色，有着不可替代的作用，在促进外贸运输发展的同时，也推动外贸经济增长，在诸多贸易经济方面发挥着越来越重要的作用。但是，船舶运输相较于其他运输方式来说，脱碳和减排是比较不容易实现的，在整个运输过程中，肯定会排放出数量较为庞大的二氧化碳温室气体。

据国外统计，船舶航运业的CO2排放总量从2013 年的9.09 亿 t 增加到2015 年的9.32 亿 t，增幅为2.46%。其中，国际船舶、国内船舶、渔业船舶排放量分别增长了1.39%、6.81%、16.97%。用2013 年和2015 年这两年的CO2排放数值来计算，船舶航运业的CO2有着一定的增长趋势，每年保持在2.5%左右。在2015 年，船舶航运排放的CO2总量占全球工业生产环节和化石燃料使用排放总量的2.61%。在船舶航运业当中，国际航运的排放量比重最大，大概是全年船舶CO2排放总量的86.98%。要是把全球航运界的CO2排放总量看成一个国家，在2015 年，全球的航运业CO2排放处在全球能源CO2排放的前十名，略高于德国全年CO2排放总量，数量是相当惊人[1]。

国际海事组织针对这一问题，也出台了相应强制措施，对船舶提出了脱碳减排目标，主要是通过国际船舶防止污染公约附录六《防止船舶空气污染》相关的规则来实现，其中就提出了国际航运碳强度规则下的新造船的能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)、现有船的能效指数(Energy Efficiency Existing Ship Index,EEXI)以及营运碳强度指标(Carbon Intensity Indicator,CII)等相关条款[2]，均对船舶提出强制性要求，见表1：

表1 国际航运碳强度规则下的强制性要求

在国际航运碳强度规则下的强制性要求中，EEXI 和CII指数在MEPC76次会议被采纳，在2022年11月1日生效，在2023 年1 月1 日开始实施，MPEC76 次会议通过了旨在提高营运船舶能效的船舶营运碳强度条款和四个技术导则，要求船舶在法规生效后的每一年都要计算年度的营运碳强度，并进行CII 等级评价。

国际海事组织还提出了船舶温室气体减排初步战略，提出了相关的阶段性量化目标（见表2），同时期望能在21世纪停止温室气体的排放。但是，目前还有许多现有船舶的EEDI、EEXI 和CII 不符合相关要求的，必须采取有效的应对措施来满足要求，否则将直接影响到船舶是否能正常营运。

表2 阶段性量化目标

1 国际社会现有的应对措施

为了满足新的要求，需要对船舶进行技术上的改造，不可避免地要投入大量费用，尤其是不符合要求的船舶，要么就优化和改造，要么就淘汰，这将大大增加财政支出。航运企业想必对此会产生不满，先不说新造船舶为了满足规则而采用的新技术和新设备导致造价提高，就说在之前订造而达不到EEDI 指数的众多船舶应如何应对。

根据美国船级社的调查，全球仅有21.7%的现役船队（油轮、集装箱船和散货船）符合EEXI 指数要求。其中，油轮合格率为30.38%，集装箱船合格率为25.59%，散货船合格率只有10.11%。

根据英国克拉克森研究公司估计，40%的油轮和散货船不符合EEXI 的要求。挪威船级社还直言地说，至少有3 万艘国际航行船舶不符合IMO 的新规定。所以无论是哪一种情况，不合格船舶的数量都是庞大的。当前，韩国船级社正在开发基于Web 的EEXI 和CII 计算程序，为了方便全世界船舶所有人，为他们提供“量身定制”的技术服务[3]。

此外，新规定的实施可能会在租约方面给船舶所有人和承租人带来商业和法律问题，例如签订长期租约，由哪一方承担因满足规则而产生的费用和责任；如何分担航次租船期间发生的风险：如何妥善处理CII 等级在遵守租船人合法就业过程中可能产生的影响：船舶所有人采取合规措施运营违反租船合同的赔偿和争议如何解决等。这些新问题需要通关海事组织和行业各方进一步拿出有效解决方案，使租约双方达成满意[3]。

基于这一考虑，波罗的海国际海运协会建议船舶所有人或承租人在现有和今后的租船合同中纳入EEXI相关条款[3]。的确，为了避免商业和法律纠纷，船舶所有人和承租人应本着互利共赢的理念，探索新的合作方式，就新船和现有船的实施进行有效沟通，严格起草租船合同条款，合理分配风险，避免成本高昂的分歧。事实上，目前已有不少船企采取措施。根据劳氏船级社的资料，许多船舶所有人曾就遵守新规则的内容和原则向他们咨询。一些德国船舶所有人公司对他们的船队进行了严格检查，以确保他们的船只符合规定。

由于CII 的概念刚刚提出，碳强度的研究才刚刚起步，该领域的研究相对成熟，只有在节能技术研究和控制温室气体排放方面。在新规的实施中，所有不切实际的想法都是负面的、不必要的。只有仔细研究国际海事组织提出的EEDI、EEXI 和CII 指数，提出相应的措施，提前规划合规修订，尽快融入新规才是首选之举。

2 EEDI,EEXI 和CII 指数介绍

随着2050 年温室气体战略的实施，国际海事组织制定了短、中、长期措施，而EEDI、EEXI 以及CII 正是其中短期措施，为了更好地应对这些短期措施，就要对这些指数深入了解。下面对这三者指数进行介绍，并对其计算公式进行剖析研究。

2.1 EEDI 简介

新造船舶能效设计指数（EEDI）适用于大多数商业新造船舶。EEDI 的参考标准是1999 年1 月到2009 年1 月期间主要船型新造船舶的平均能效。EEDI 自发展以来，就很受国际社会关注，这表达了IMO 减少航运行业温室气体排放的决心[1]。EEDI 是对设计和建造阶段每单位CO2排放量的预算，目的是使船舶的承载能力最大化，减少CO2排放量。该指标反映每种船型的功能和承载能力。EEDI 值越低，船舶能效越高。船舶EEDI 的计算公式如下：

式中：Capacity 为载重吨；Vref为特定负载和特定功率情况下的船舶航速，kn；SFC 为主机的燃油消耗量，kg/h；fi 是对Capacity 的修正系数；fl是对船舶载重量损失的修正系数；fw指波耐波性失速系数；fj指在冰区航行加强修正系数；feff是使用新技术和新设备的系数；P为船舶的消耗功率，单位：KW。PME和PAE分别指船舶主机和辅机，船舶上还有其他设备也会消耗功率，其功率布置如图1 所示[4]。

图1 船舶功率布置图[5]

2.2 EEXI 简介

上述所提到的EEDI 是在2013 年1 月开始实施的。但是，对于2013 年以前已经交付的船舶，不能再通过设计和建造来限制船舶的能效。据此得出了现行船舶能效指数（EEXI），这个指数是适用于2023 年1 月1 日前交付或大改建的总吨位400 t 以上的散货船、油轮、集装箱船等。

IMO 针对船舶设计和建造将船舶消耗的能量和有效能量分别换算成CO2排量后的比例指数，EEXI 与EEDI 的数学模型是完全一致的，都是用来衡量船舶能效水平的方法。EEXI 指数越低，船舶能效越高。参数定义也相同，但只是对部分参数做了补充。简而言之，现有船舶能效计算公式为单位运量所排放出的CO2重量，所需的EEXI 指数也是在EEDI 指数参考值基础上进行折减计算的，其计算公式为：

式中：Y 是折减系数，MEPC.76 对EEXI 的折减系数与2022 年4 月1 日生效的EEDI 第二、第三部分的要求相差不大，只是一些船型给出了一定的放宽要求[7]。主要区别在于，EEDI 将P_ME定义成船舶柴油机的额定装机功率MCR的75%。但是在EEXI 计算过程中，是可以在船舶主机上安装配备一个非永久性的“限功率装置”，这样船舶主机的MCR 就会变成MCRlim，进行了功率限制，PME也被定义为MCRlim的83%，两者取较小者。

EEXI 无疑是EEDI 的延伸。它们的计算公式相同，但计算方法不同，主要体现在以下方面：第一，EEXI 计算准则提供了运用装机功率和船型近似公式来推算出参考航速，当边界系数是5%，需要尽可能通过模型试验以进行验证。其次，EEXI 计算导则规定在使用实船测得的测试数据时，要报告船舶主机与燃油消耗比[3]。

2.3 CII 简介

CII 指船舶实际营运性碳强度指数，要求在每个日历年终，以每船载重量和每海里排放的CO2克数进行计算。这个规则在2023 年1 月实施，要求对5 000 t 以上船舶进行年度评估，其计算方法如下：

CII 是动态的指数，根据不同的年份，也给出来不同的折减系数，船舶要求的不同日历年的年度营运碳强度CIIreq计算式如下：

式中：CIIref为不同年度营运碳强度；Z/100 为对应每一年的折减系数，Z 在每一日历年所对应的数值如见表3。

表3 每一日历年Z 值的对应数值

达到的年度营运CII 指数，需根据要求的年度营运CII确定船舶的营运碳强度等级。营运碳强度被分为五个等级，从高到低分别为“A”，“B”，“C”，“D”，“E”。

3 EEDI,EEXI 和CII 的实施对船舶的影响

国际海事组织对温室气体排放和脱碳减排目标主要是通过《防止船舶污染国际公约》附录六中关于《防止船舶空气污染》的规则实现的，其中对船舶能效设计指数EEDI、EEXI 和CII 的强制性要求是最主要的手段。

鉴于减少船舶碳排放难度较大，船舶承担了大部分国际贸易产品，将温室气体减排目标设定为低于全球减排目标，尽管IMO 减排目标对航运业将构成重大挑战，与全球温室气体减排目标仍有较大差距，因此航运业即使达到IMO 减排目标，也会受到欧盟等地区减排法规的压力，比如能源税指令、排放权交易指令等，将对船舶运营产生直接的影响[10]。

图2 脱碳压力

3.1 EEDI 的实施对船舶的影响

根据EEDI 要求，从2013 年1 月1 日起，所有用于国际航行的400 t 以上新造船舶必须满足EEDI 标准要求。EEDI 对船舶设计和建造给出了新的要求，这将对造船业产生重大影响。从2013 年1 月起，所有新造船舶必须达到该型轮船标准。EEDI 标准分3 个阶段，具体要求如下：

EEDI 的实施将增加船舶的设计、制造和运营成本，加速不合格船舶的退出，进一步增加航运业成本，这给我国航运、造船以及相关配套产业在成本效益、技术和管理等方面的带来了挑战。因此，航运企业不得不重新分析成本效益，造船企业不断研究新技术，采取各种有效措施降低新造船舶的EEDI 值，使船舶成功获得市场准入资格。

EEDI 等的实施势在必行，但是我们也要认识到，新的标准需要对应新的市场结构，就会产生新的要求，这肯定会助力我国造船、航运及相关配套产业淘汰落后产能和老旧船舶的发展，必然会对船舶结构进行优化，加速船舶智能化发展进步，提升我国船队的国际竞争力，有助于我国碳交易机制和碳市场的建立和发展，有利于提高海事管理水平，有利于促进验船、金融、保险等配套产业的发展，加快建设造船强国和航运强国的战略目标[3]。

3.2 EEXI 的实施对船舶的影响

随着EEXI 指数的实施，每艘船舶应当计算达到的EEXI，并附上EEXI 技术案卷并加以计算验证，对于现有船舶在年度检验中达到EEDI 第二、第三阶段的要求指标(见表4)，并给符合标准的船舶发放国际能效证书[11]。现在大概有四分之一的散货船和油轮已经满足或者只要细微调整即可符合EEDII 第二、第三阶段标准，EEXI 和EEDI 最大区别是：EEDI 有订造日期的区分，而EEXI 是不受任何交船日期的限制，所有适用船舶的能效指数都必须和新船保持在同一水平，不然就要进行改装达标否则就会退出航运市场。

表4 EEDI 三阶段的具体要求

表5 EEXI 对船舶的具体要求

EEXI 是对船舶技术或设计效率的一次性考察，即法规实施后的第一次检验不管是中期检验、年度检验，所取得的EEXI 都要经过船旗国或认可组织独立认证，并颁发新的国际能源效益证书。

EEXI 规则中最大的变化可能是降低最大航速后新船和旧船对实际运行速度的影响。例如:假设到2023 年，船舶的平均航行速度为13 kn。对于新的船舶来说，要满足EEXI指数需要将最大速度从13.5 kn 降低到13.2 kn，而船舶的实际运行速度为13 kn，因此EEXI 对船舶的实际运行速度影响不大。对于需要将最大速度从13.5 kn 降低到12.5 kn 以满足EEXI 要求的老船来说，这将对这些船的实际运行速度造成很大影响。

EEXI 是EEDI 的升级版，所以比EEDI 要求得更高、更严格。换句话说，大多数符合EEDI 第一、第二阶段要求的船舶都不能完全达到EEXI 要求。这样一来，技术优化和安装新设备的额外成本必然转移到船舶制造成本上。对于增加来额外成本，未来运费也会进一步上涨，这将加剧航运行业得竞争力，增加市场调整或下跌的可能性，所有这些都将给航运业带来更多变数，成为船舶所有人的担忧。

3.3 CII 的实施对船舶的影响

CII 是船舶实际运行的碳强度指数，以每艘船的载重量和每海里排放的CO2克数来衡量。本规定实施后，船舶年营运CII 值越小，在只使用含碳燃料的情况下，船舶营运碳强度越低，船舶能效水平越好。

CII 对船舶也有直接影响，2023 年1 月1 日前交付或重大改装的船舶，应于2023 年1 月1 日前完成船舶能效管理计划的相关修订；2023 年1 月1 日或之后交付或重大改装的船舶，在交付或重大改装时，应当具备满足IMO 要求的船舶能效管理计划,要求船舶制定实施计划，说明怎样满足未来三年年度运营CII 的要求，以及自我评估和持续改进的程序，并列出未来三年所需的年度运营CII 值，而且向主管机关报告已实现年度营运CII 的计算方法[8]。

根据船舶年度CII 值和要求，所有5 000 t 以上国际航行船舶的年航运碳强度指数从A 级到E 级，A 级为最佳，E级为最差。因此，船舶所有人需要加强船舶运输的能效管理计划。包括遵守CII 标准并经船旗国或经认可组织批准的计划的实现。D 级和E 级船舶还要提出船舶能效改进措施。

为了方便对船舶CII 进行评级，确定了五级评级机制的4 个评级边界参数(见表6)，这4 个边界分别为上上边界、上边界、下边界和下下边界。边界值是额定边界参数与所需年度营运CII 值的积。通过比较船舶年营运CII 值和边界值，确定船舶营运的CII 等级[12]。

表6 各类船型营运CII 评级边界

图3 要求的年度营运碳强度CII_req 的向量[13]

2024 年及之后每年年初，船舶需要根据IMO(DSC)数据计算上一年度12 个月完成的年度营运CII 并提交给主管部门。如果出现连续三年运营碳强度等级为“E”或“D”的船舶，公司必须修订SEEMP，并将改进计划纳入其中，描述怎样实施改进计划以达到碳强度等级评级标准。由于CII 是以船舶实际年运行数据为标准来评估当年达到的CII等级水平，因此本文建立了理论运行模型来评估CII 的影响。

3.4 小 结

从EEDI 的实践来看，这一规定对CO2减排产生了明显的效果，因此EEXI 的实施将使船舶CO2减排再上新台阶。CII 相对来说是航运界最难、最头疼的问题。正如业内人士所言，EEXI 只是提高能效的入场券，CII 指数是真正的挑战，因为CII 是动态的，需要在2023 年到2030 年期间大幅降低CII 值。随着时间的推移，怎样帮助船舶所有人和经营者适应新法规并使其顺利实施，这不仅是国际海事组织需要解决的问题，也是航运业需要直接面对的现实。可想而知，无论是新造船舶还是旧船舶都是不可避免。

随着EEDI、EEXI 及CII 的生效，二手船交易市场新旧船价差将进一步扩大。老旧船舶的降速航行也将在一定程度上缓解运力供给压力。对于一些高油耗的老旧船舶，只能走国内贸易运输，甚至进入拆船市场。

4 应对措施

在国际海事组织的严格限制下，航运业节能减排势在必行。随着EEDI、EEXI 和CII 规则的发布，人们对这三个指数的研究已从书面理论转向与实船相关的技术和设备领域。本文也在实船相关的改进技术及应用设备方面提出了应对措施，助力研发寻找新的绿色低碳能源，促进船舶在低碳、零碳技术方面的创新和应用。

4.1 EEDI 的应对措施

根据以上对EEDI 指数公式的分析，船舶载荷、航速和相应的装机功率是影响EEDI 指数的主要因素，降低EEDI指数是实现新造船舶节能减排的必要过程，可采取以下措施降低EEDI 指数[4]。

（1）对空船重量进行了研究，在强度允许的条件下，优化船舶结构，能够最大限度地减轻船舶重量，提高装船舶载能力；

（2）船舶可以选用与船体性能一致，且拥有优良指标的主机；

（3）通过对船型的合理优化能够有效降低航行阻力的影响，提高柴油机的热能效率，从而降低新造船舶的设计速度，能够有效地降低EEDI 指数。

图4 降低EEDI 值措施[4]

4.2 EEXI 的应对措施

因为影响EEXI 的因素与EEDI 相同，所以降低EEDI指数的方法对能够对降低EEXI 指数有很大效果，只不过EEX 指数是对现有船舶实施的，因此有一定限制。根据《为符合EEXI 要求的轴/发动机功率限制系统及使用储备动力指南(2021)》的要求，可通过以下三个方面的优化来降低EEXI 指数。

（1）可以采用节能减排技术，降低EEXI 指数，达到规范要求。有效措施如下。①通过采用节能管道、气泡减阻和低阻涂料，来提高船舶航行速度；②使用低碳燃料LNG等绿色能源，风能、太阳能、氢气等零碳能源，增加新型绿色能源比重。

（2）采取轴功率/主机功率限制措施，再结合安装节能装置，将节能效果反应在主机功率的限制上，可能够有效降低EEXI 指数；

（3）我们要更高水平地追求和加强替代燃料发动机和新能源船舶的研发。

EEXI 的实施只是船舶“双碳目标”的短期措施，限制主机功率和安装节能装置只是目前成熟的做法。从远期目标和减排效果来看，未来LNG 动力船、甲醇动力船、氨动力船、纯电船、氢动力船等低碳零动力船将主导航运业[3]。所以，船厂和船舶配送企业应以此为切入点。在当前采取有效应对措施获取市场利益的前提下，要对高能效、新燃料技术及应用方案进行研究，引进减排效果更好的船用主机和船型，为未来实施温室气体减排措施赢得机会。

4.3 CII 的应对措施

EEDI 和EEXI 可以通过船舶结构优化和增添新技术设备来满足要求，而CII 就没那么简单了，是因为CII 作为船舶营运能效指数，在很大程度上受到气象环境、管理水平、营运方式等因素的影响，由于影响CII 的特性不是单一因素，它为船舶所有人和行业各方提供了多种解决方案，包括：

（1）采用新的附加推力；

（2）实施合理有效的营运管理，如航线规划、船速控制、气候管理、控制卸货以及监控燃油加热等；

（3）改善船舶水动力性能；

（4）使用低碳和蓝绿燃料；

（5）直接在船舶进行碳捕集等[10]。

通过以上措施能够有效应对CII 的实施对船舶带来对影响，随着科技的发展，智能船舶的诞生，也是能够有效应对CII 指数，是因为智能船舶是基于大数据获取船舶实时排放数据的技术和模块，通过提供基于船舶自身营运数据的数字化船舶能效优化管理系统，都是能够成为船舶应对CII 规则的必备功能，通过这些优势弥补传统船舶管理的缺陷[3]。据推测，随着新规的深入实施，特别是智能船舶的研发投入将空前增加，智能船舶的大规模推广应用也将成为现实，船舶智能将出现跨越式发展。建立科学有效的船舶碳强度综合评估机制，开发船舶综合节能减排技术是今后应对CII 指数的重点。

5 结论

国际海事组织采取了降低国际航运碳强度的技术和营运措施（EEDI、EEXI 和CII 指数），这预示着营运船舶的碳强度要求的加强和航运碳强度新时代的到来。制定整体脱碳战略，在船舶燃料方面考虑脱碳、零碳技术，在通过新的评价标准提升船舶市场竞争力，进一步推动船舶航运业绿色低碳发展，成为当前船舶需要共同面对的新课题。

本文介绍了国际海事组织提出的EEDI、EEXI 和CII指数的含义及数学模型，并以船舶为主要载体，分析了EEDI、EEXI 和CII 指数对船舶的影响，提出来几种有效的应对措施：

（1）降低EEDI 指数最简单的措施就是限制主机功率，降低航行速度，在船舶空船总重量、船型、主机选型等方面进行优化，增加节能装置，以提高船舶推进性能，能够有效降低EEDI 指数；

（2）满足EEXI 要求的技术途径主要有3 种：船舶功率限制、燃料优化升级、节能技术应用，其中船舶功率限制安装时间短、执行成本低，是大多数船舶所有人处理EEXI的共同选择，还可以选择安装节约燃料的螺旋桨附件、空气润滑减阻系统、船载直流供电系统、太阳能设备和风帆设备等应对EEXI 措施；

（3）CII 与EEXI 相互关联，但EEXI 的改进措施也可以改善船舶的CII 指数等级，但CII 的要求更高、更复杂。因为CII 受到商业和外部因素的影响，包括航行时间要求、船舶航行速度、航线规划、海况和天气等。因此，要达到CII 级别，不仅要应用新技术，还要配套激励措施。

由于船舶性能和节能设备的研发已经非常充分，但是仍无法满足最终碳排放要求，随着脱碳技术的发展，必然也会运用大数据进行数据采集分析、传输和集中计算，从而实现船舶的智能化管理，进一步实现节能减排。此外，需要开发替代燃料主机和新能源船舶，将可再生能源利用起来。从长远目标和减排效果来看，LNG 船、甲醇船、氨燃料船等零低碳船舶是今后船舶航运业的主宰。在采用现阶段合规、有效应对的措施争取市场红利的前提下，还应开展新方案、新技术、高能效和新燃料的研究，推出减排效果更好的措施来应对IMO 的节能减排短期目标，也为未来应对温室气体减排中、长期目标打下基础。