海运业实现减少温室气体排放目标分析

王学敏 韩连任 张桂臣

（1.上海应用技术大学 机械工程学院 上海 201418；2.中船动力研究院有限公司 上海 200129；3.上海海事大学 商船学院 上海 201306）

0 引言

根据国际海事组织（international maritime organization,IMO）第4 次国际海运温室效应气体（greenhouse gas,GHG）排放研究报告[1]，海运业2018 年排放了10.76 亿t 温室气体，约占全球人为温室气体年排放总量的2.9%，占运输行业年排放总量的11%，该数据比2012 年增加了9.6%。报告预测：如果不进行任何改变，到2050 年，海运GHG 年排放量可能将达到15 亿t，占全球总排放量比例也将上升为4%～ 8%，远超2015 年12 月《巴黎协定》商定的限制温室气体减排水平。海运业已被认为是全球经济中温室气体增长最快的行业之一[2]。

IMO 作为联合国下属机构，负责制定限制船舶碳排放法规。2018 年4 月，IMO 海洋环境保护委员会（maritime environment protection committee,MEPC）第72 届会议通过了《IMO 船舶温室气体减排初步战略》[3]（以下简称“初步战略”）。该“初步战略”包括了脱碳的总体愿景、2050 年温室气体减排目标，以及为实现这些目标而可能采取的短期、中期、长期措施清单、实现目标的障碍、帮助目标实现的支持措施与审查标准等。“初步战略”于2023 年7月在MEPC 第80 届会议[4]完成了第1 次修订，通过了《2023年IMO船舶温室气体（GHG）减排战略》，并规定每5 年审查1 次。

根据“初步战略”减排目标时间表，实现2030 年减排目标必须通过短期措施（也可能包括部分中期措施）完成，短期措施也将有助于海运业尽快实现2050 年减排目标甚至碳达峰。文献[5]对“初步战略”实现减少温室气体排放目标的短期措施清单进行了分类，分为“直接努力”和“间接努力”2 种。“间接努力”旨在鼓励相关国家或地区自愿制定政策支持，但实现减碳目标主要需依靠“直接努力”。本文重点对“初步战略”短期措施中的“直接努力”相关措施进行减碳分析，为海运业实现2030 年减排目标提供参考。

1 “初步战略”主要内容

1.1 适应背景

（1）与海洋法（包括《联合国海洋法公约》）、气候变化（包括《联合国气候变化框架公约》）及其相关法律文书（包括《巴黎协定》）等有关的其他现有文书;

（2）IMO 在制定、通过和协助实施适用于国际航运的环境法规方面的主导作用；

（3）IMO 大会在2017 年12 月第13 届会议上通过的“应对气候变化”战略方向和联合国《2030年可持续发展议程》。

1.2 愿景

IMO 继续致力于减少国际海运的温室气体排放，当务之急是在21 世纪内逐步实现国际海运温室气体零排放。

1.3 减碳目标

（1）通过对新船进一步落实能效设计指数（energy efficiency design index,EEDI）要求，保证船舶的碳强度下降，同时加强以提高船舶能效设计为目标的审查，并根据实际情况确定每种船型下一阶段的改进百分比。

（2）国际海运碳强度下降。与2008 年相比，到2030 年争取将国际航运单次运输任务的CO2排放量至少降低40%，到2050 年力争降低70%。

（3）国际海运的温室气体排放量达到峰值。根据最新修订，到2030 年，国际航运温室气体年度排放总量相比于2008 年应至少降低20%，到2040 年力争降低80%，同时还增加零/近零GHG排故技术、燃料和/或能源的应用，减排要求符合《巴黎协定》的控温目标。

2 短期减排“直接努力”措施

2.1 能效设计指数

2.1.1 基本介绍

2013年1月生效的防止船舶污染公约（maritime agreement regarding oil pollution,MARPOL）附则VI第21 条要求所有400 总吨及以上船舶达到的EEDI不得超过规定的要求。EEDI 涵盖了MARPOL 附则VI 中定义的各类船型，通过使用IHS Fairplay 数据库中10 年（从 1999 年1 月1 日至2009 年1 月1 日）的交付船舶数据来计算其能效的回归值，计算方法见参考文献[5]；要求从2015 年1 月开始，第1 阶段的EEDI 折减系数设定为 10%，并以每5 年为周期收紧1 次，到2025 年第3 阶段的EEDI 折减系数达到30%。

EEDI 计算公式如下页式（1）所示。

式中：CF为燃料消耗量转化为CO2排放量的无量纲转换系数；PME(i)为每台主机75%负荷时的功率，kW；PAE为正常最大海况下所需的辅机功率，kW；PPTI(i)为每台轴带发电机额定功率除效率后的75%功率值，kW；PAEff(i)为采用能效创新使主机功率减少的效能功率的75%，kW；Peff(i)为采用能效创新使辅机功率减少的效能功率的75%，kW；SFC为单位油耗值，g/（kW·h）；Capacity为装载量，t；Vref为航速，kn；下标ME（i）、AE分别表示主机、辅机；feff(i)为创新能效技术因子，如余热回收系统为1.0；fj、fw、fi为考虑不同海况下的修正系数。

2.1.2 发展现状

EEDI 措施执行10 年来，船舶能效明显提升。根据2012 年至2020 年间的EEDI 数据显示，散货船和油轮的能效改善尤其显著。这主要归功于船型设计的改进而非航速的降低[7]，进入市场的许多船舶达到的EEDI 值明显优于MARPOL 附则VI 中的要求。

不同船型2019 年的EEDI 水平[7-8]如表1 所示。5 种主要船型中，除散货船外，船舶达到的EEDI平均值均已满足第2 阶段要求，约10%最佳船舶甚至已超过了第3 阶段的折减要求，且大型油轮（>225 000 载重吨）和散货船（>175 000 载重吨）比小型船舶更接近EEDI 要求的参考线[3]。

表1 不同船型2019 年的EEDI 水平%

2.1.3 加强措施

MARPOL 附则VI 第21.6 条要求IMO 在第1 阶段开始（2015 年1 月1 日）和第2 阶段中点（2022年7 月1 日）前审查 EEDI 技术发展状况，通过修改时间段、相关船型的EEDI 参考线值和折减率措施来进一步加强实施EEDI，其中IMO 第1 次审查已完成。2020 年11 月17 日，MEPC 第75 届会议[9]通过了对超大型散货船的EEDI 基线修订和对部分船型修改EEDI 第3 阶段实施时间及实施要求的MARPOL 附则VI 修正案，内容主要包括：将集装箱船、杂货船、LNG 运输船、特殊推进系统的豪华邮轮和大型气体运输船（>15 000 载重吨）这5 种船型的EEDI 第3 阶段所要求的生效日期，从2025 年1 月1 日提前至2022 年4 月1 日；对于不同大小的集装箱船，将采用阶梯式的标准，小型集装箱船需降低30%，超大型集装箱船要求降低50%；此外，对满足EEDI 要求存在困难的超大型散货船，经过MEPC 会议讨论确认，大型散货船（>279 000 载重吨）的EEDI 参考基准线将维持不变，仍按照279 000载重吨计算，而不考虑实际载重吨位。

2.2 船舶能效管理计划

2.2.1 基本介绍

船舶能效管理计划（ship energy efficiency mana-gement program,SEEMP）由以下3 个部分组成：

（1）SEEMP 第I 部分

2011 年7 月MEPC.203（62）会 议[10]首次将SEEMP 纳入MAPROL 73/78 公约附则VI，并于2013 年1 月1 日生效。从事国际航行的400 总吨及以上船舶应配备SEEMP 文件，即SEEMP 第I 部分。

（2）IMO DCS 和 SEEMP 第II 部分

为配合IMO 燃油数据收集系统（fuel data collection system,DCS）要求的实施，2016 年通过的 MARPOL 附则 VI 修正案[11]要求从事国际航行的 5 000 总吨及以上的船舶，自2019 年起收集并向主管机关或认可组织（recognized organization,RO）报告其燃油消耗数据。受IMO DCS 约束的船舶需要制定船舶燃油消耗数据收集计划，即SEEMP 第II部分，该计划应由主管机关或RO 确认。

（3）CII 评级和 SEEMP 第III 部分

为了适应IMO 营运碳强度（operational carbon intensity indicator,CII）及其相关要求的落地，2021年MEPC 第76 届会议[12]通过了对MARPOL 附则 VI的进一步修订：自2023 年1 月1 日起，每艘船根据年度燃料消耗引入CII 等级（A、B、C、D 或 E），E 等级或D 等级的船舶需要修订船舶能效管理计划，即 SEEMP 第III 部分，包括“CII 计算方法”、“未来3 年所需CII 值”、“实现所需CII 的实施计划”和“自我程序-评估和改进”，且应由主管机关或RO 确认。

2.2.2 发展现状

2022 年6 月，MEPC 第78 届会议[13]批准了SEEMP 第 I、第 II 和第 III 部分的最终样本和计算方法。2022 新修订版SEEMP 制定导则补充了对SEEMP 第III 部分的制定要求，明确SEEMP 3 个不同部分的目的和基本要求，新版导则还对第I 和第II 部分的相关内容进行了协同，以便CII 要求能够贯穿船舶能效管理的始终；此届会议还通过了针对SEEMP 第III 部分的验证导则，以配合这部分内容的审核及相关符合确认书和符合声明的签发；文件中也对SEEMP 第III 部分审核中各方的责任以及SEEMP 第III 部分的初次验证、周期验证、附加验证和公司审核内容给出了具体的要求，并规定第III 部分的审核可以与国际安全管理（international safety management code,ISM）审核相结合；此外，导则在附件中还提供了符合确认书的格式模板。

根据IMO 规定：无论船舶是否在航行中或使用何种燃烧动力类型，SEEMP 都应收集船舶全年使用的所有燃油消耗量、航行距离和航行时间等数据；每个自然年之后，必须将收集的所有数据报告给主管机关或RO 进行验证；数据查验后，管理部门需要将数据传输到IMO，并将其存储在一个集中的数据库中；根据这些数据，IMO 将向MEPC 委员会提供年度报告并总结收集到的数据，以便MEPC委员会更好地掌握船舶GHG 排放情况；对于CII表现不佳（年度CII 评级为E 或者连续3 年评级为D）的船舶，还需在SEEMP 第III 部分中纳入能效改进计划，才能获得燃油消耗报告和CII 评级的年度符合声明。

2.2.3 加强措施

在MARPOL 公约框架下制定了以SEEMP 为核心的船舶能效管理规则，构建了“设计建造EEDI+营运管理SEEMP+持续改进CII”的全生命周期监管模式，通过EEDI 准入门槛实现船舶“造得好”，通过执行SEEMP 制定的能效管理措施实现船舶“管得好”，通过CII 在营运周期内“持续改进”。对于能效较差的船舶，船东可以通过减小船体粗糙度、加强日常管理维护、采用经济航速等措施制定能效改进计划，具体包括：定期清理船体减小阻力、减少海上燃料锅炉使用、改进航次计划以及设置恒定的优化轴功率等。

2.3 现有船舶能效指数&营运碳强度

2.3.1 基本介绍

2021 年6 月MEPC 第76 届会议[12]通过了MARPOL 附则VI 的修正案，引入了降低国际航运碳强度的技术和营运措施，对现有船舶能效指数（energy efficiency existing ship index,EEXI）和CII 提出了具体指标及量化评估标准。该规定将于2023年1 月1 日生效，船东及管理公司需要评估船舶EEXI 与CII 是否满足规则要求。如果通过降功率措施影响船舶营运却仍不能满足EEXI 要求的船舶，船东和管理公司需要谋求通过资金或时间成本的其他能效提高技术，若不能在规定时间内获得能效证书（international energy efficiency certificate,IEEC），船舶将不得不退出国际航运市场[14]，且船舶CII 等级划分范围是根据“初步战略”中减碳目标逐年折减的，2023 年首个核查年度的折减率为5%。

2.3.2 发展现状

EEXI 是用于确定400 总吨以上的在役船舶的设计效率，本质上是EEDI 计算规则在现役船舶中的应用。船舶应在2023 年1 月1 日以后第1 次申请国际防止空气污染证书（international air pollution prevention certificate,IAPP）检验之前，计算出达到的 EEXI，并编制EEXI 技术案卷。对于已持有EEDI 技术案卷且其达到的 EEDI 小于需要的 EEXI，则该轮的EEDI 技术案卷可被接受作为EEXI 技术案卷。对2013 年7 月1 日之前建造的没有EEDI 技术案卷的船舶，如果计算出其达到的EEXI 大于需要的 EEXI，则需按要求采取相应措施（如限制主机功率/降速等），并准备相关技术文件和船上营运管理计划SEEMP，唯有符合EEXI 的要求才能获得IEEC 能效证书。

CII 适用于5 000 总吨及以上的船舶，是衡量船舶运输货物或乘客效率的操作指标，实质上是根据船舶运输货物或乘客的效率，对船舶进行年度评级（范围从A 到E），计算涵盖单位货物运载能力乘以海里数的等效CO2排放量。计算船舶达到的年度营运CII 的正式指标尚未正式确定，能源效率运营指标（energy efficiency operating indicators,EEOI）和年效率比（annual efficiency ratio,AER）是目前2 种主要计算方法，且AER 数据可以通过IMO DCS 系统随时获得。

2.3.3 加强措施

EEXI 和CII 分别是表征船舶等效CO2排放量的设计能效和营运能效指标，可以通过技术改进措施来降低船舶达到的EEXI，多数情况下也可以同时提高船舶CII 指标。设计阶段改进措施包括：降低航速或限制发动机功率、螺旋桨改进、使用替代燃料（氨、甲醇或合成燃料）和安装节能装置[15]（例如余热利用、风帆）等，营运阶段还可选择最短或最快的航行线路、减少货物单位体积载重量等措施改善船舶CII。

3 短期措施对减排目标实现影响

3.1 单一措施评估

文献[6]通过GloTraM 模型预测，在不考虑其他因素的情况下，新造船EEDI 对2030 年减排目标的贡献率仅为1%～ 3%，对减少温室气体排放的影响也有限，主要原因是新船的EEDI 措施只影响船队中的一小部分；该文献还同时对多种加强SEEMP 的措施进行了分析，结果表明其贡献率为2%～ 8%。根据IMO 第4 次国际海运温室气体研 究[1]，2018 年的国际航运碳强度相对于2008 年的AER 下降了22%，但要实现“初步战略”2030年的减排目标，未来几年碳强度还需再额外减少18%，因此仅通过单一的短期措施很难满足2030 年 的减碳要求。

3.2 组合措施

为实现海运业“初步战略”中温室气体减排目标，IMO 加强了MARPOL 附则VI 修正案的修订，MEPC 第76 届会议[12]通过了EEXI 和CII 相关指导性文件，并完成了顶层设计。该修正案对所有400 总吨以上和5 000 总吨以上的营运船舶均规定了能效目标，并且能效折减系数是根据“初步战略”中的减碳目标动态调整的，避免了折减系数与实际效果之间的偏差问题，并按照IMO DCS和欧盟委员会制定的航运温室气体排放的“三可”要求，即可检测、可报告和可核实（measurable,reportable and verifable,MRV）强制性法规，要求船舶上报燃料消耗量、行驶距离和航行小时数等年度监测数据，以此作为对船舶CII 评级的监管措施保证评级的真实性。MEPC 第80 届会议要求增加的零/近零技术的应用也体现了该思想。EEOI 和AER 是量化CII 的方法，对CII 评级较差的船舶要求在SEEMP 修订计划中采用新技术提升能效指标。最新的MARPOL 附则Ⅵ修正案工作流程如下页图1 所示。

图1 最新MARPOL 附则VI 修正案工作流程

IMO 将以该工作流程的组合措施来倒逼船运公司提升船舶能效，最终促进“初步战略”减碳目标的实现。虽然目前修正案中并未对能效较差的船舶给出惩戒措施，但考虑到修正案中的后审议机制，不排除后续强制性惩罚措施会被纳入MARPOL 附则VI 修正案中。建议我国船舶行业在营运阶段采用已公布的能效指标方法（如EEOI、AER 等）对船队能效进行摸底，如果能效指标偏离VI 修正案要求，应在采用提升营运能效措施和改进能效管理等方面提前进行规划，并在必要时提前部署好船队更新的战略，以适应IMO 船舶温室气体减排的法规要求。

4 结语

海运是全球货物运输的主要方式，船舶如果不采取措施控制温室气体排放，随着经济的发展，海运业将成为温室气体排放增长最快的行业。MEPC第72 届会议通过了减少船舶温室气体排放的“初步战略”MEPC 第80 届会议对“初步战略”进行了修订。本文对“初步战略”短期措施清单中“直接努力”的主要措施进行了评估，结果表明单一减排措施对“初步战略”的减排目标成效有限。

IMO 最新的MARPOL 附则VI 修正案通过了EEXI 和CII 组合措施相关指导性文件，本文对其工作流程进行了分析，并对我国相关船舶公司提前规划船队更新的战略部署提出建议。