摘要：从船舶设计和营运的角度，通过对船舶碳排放指标采取设置限值或评级等措施，可逐步降低船舶碳排放水平，而相关措施的制定均须以相关指标的参考线值为基础。通过梳理、分析、对比国际海事组织关于能效设计指数、营运碳强度指标的参考线值计算方法，结合给定的相关参数值，以国际航行散货船为例，分析参考线值的关联性。结果表明：散货船营运碳强度指标的参考线值在能效设计指数的参考线值上下偏离，但偏离幅度不大；散货船大型化在一定限度内有利于提升设计和营运能效水平，且有利于实现营运能效水平优于设计能效水平。受限于船舶数据样本的不确定性，参考线值也有一定局限性，但可反映出一组特定船型船舶碳排放的技术和营运总体情况。
关键词：碳减排；散货船；能效设计指数；营运碳强度指标；参考线值
一、引言
国际海事组织 ( IMO ) 致力于推进船舶温室气体减排工作。IMO制定的针对新船的能效设计指数 ( Energy Efficiency Design Index，EEDI ) 限值要求的第0阶段已从2013年1月1日起实施，目前对于不同船型船舶的EEDI限值要求已进入到第2或第3阶段。根据IMO船舶温室气体减排初步战略，EEDI限值要求还会逐步提高。IMO海上环境保护委员会 ( MEPC ) 328 ( 76 ) 号决议——MARPOL公约附则VI 2021年修正案提出了基于目标的强制性技术和营运措施，已于2022年11月1日生效，其中要求现有船舶计算达到的能效指数，即现有船舶能效指数 ( Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI )，并采取措施满足限值要求；同时，还要求现有船舶根据收集到的燃料消耗数据计算达到的年度营运碳强度指标 ( Operational Carbon Intensity Indicator，OCII ) 和要求的年度OCII，并进行评级。
在对EEDI/EEXI、OCII提出限值要求或进行评级时，均涉及参考线值 ( Reference Line Value，RLV )。EEDI和EEXI的RLV是一致的，均是根据船舶设计参数计算得到的；而OCII的RLV是根据船舶实际营运数据计算得到的。通过梳理EEDI/EEXI、OCII的RLV计算方法，结合IMO给出的EEDI/EEXI和OCII的RLV参数值，以主力货运船型国际航行散货船为例，分析对比EEDI/EEXI和OCII的RLV，探讨其中的关联性，供主管机关、船舶所有人、船舶经营者、船上一线工作者等相关方参考。
二、EEDI的RLV
经2021年修订的MARPOL公约附则VI第24条 ( 要求的EEDI ) 为适用该条的每种船型船舶的EEDI设定了RLV，以提供一个公平的比较基础。EEDI的RLV按照船舶类型和尺寸确定了新造船舶的最低效率 ( 最高的碳排放限值 )，EEDI的RLV计算公式为
IEEDI，RLV=a×b-c ( 1 )
式中：IEEDI，RLV为EEDI的RLV，单位为g/( t·n mile ) 或g/( GT·n mile )；a、b、c 均为无量纲因数，其中a 和c 为通过中值回归曲线拟合确定的参数，b 为衡量船舶载运能力 ( 载重吨或总吨 ) 的值。
对于散货船，IEEDI，RLV的单位为g/( t·n mile )，a =961.79，c =0.477，b 为载重吨的值 ( 当载重吨>279 000 t时，b=279 000 )。
根据MEPC.231 ( 65 ) 号决议——2013年用于能效设计指数 ( EEDI ) 的参考线计算指南，EEDI的RLV是基于常规推进 ( 指主要以往复式内燃机为原动机并且直接或通过齿轮箱联结推进轴的推进方式 ) 船舶的估计指数值 ( Estimated Index Value，EIV ) 回归拟合得到的，表示一组特定船型船舶平均EIV的曲线，EIV的计算公式为
式中：IEIV为船舶EIV，单位为g/( t·n mile ) 或g/( GT·n mile )；PMEi 为第i 台主额定功率的75%，单位为kW；SFCMEi 为第i 台主机的单位燃料消耗率，统一取190 g/kWh；CFMEi 为第i 台主机所用燃料的碳转换系数，统一取3.114 4 gCO2 /( g燃料 )；PAE为副机功率，按照与PME之间的关系进行计算，单位为kW；SFCAE为副机的单位燃料消耗率，统一取215 g/kWh；CFME为副机所用燃料的碳转换系数，统一取3.114 4 gCO2/( g燃料 )；CDWT/GT为船舶载运能力，取船舶载重吨或总吨，对于散货船该参数取载重吨，单位为t；vref为船舶参考航速，单位为kn。计算EIV的数据来源为IHS Fairplay数据库中1999年1月1日至2009年1月1日400总吨及以上现有船舶的相关数据。
三、OCII的RLV
经2021年修订的MARPOL公约附则VI第28条 ( 营运碳强度 ) 要求为适用该条的每一种船型设立RLV。MEPC.353 ( 78 ) 号决议——2022年营运碳强度指标基线导则，提供了用于计算OCII的RLV的方法及特定船型船舶OCII的RLV。OCII的RLV为一条代表了一组特定船型船舶在2019年达到的OCII中位数的曲线，与EEDI的RLV一样，是以载运能力为自变量的函数，其计算公式为
IOCII，RLV=a×b-c ( 3 )
式中：IOCII，RLV为OCII的RLV，单位为g/( t·n mile ) 或g/( GT·n mile )；a、b、c 均为无量纲因数，其中a 和c 为通过中值回归曲线拟合确定的参数，b 为衡量船舶载运能力的值 ( 载重吨或总吨 )，以报告给IMO的经验证的2019年船舶燃料消耗数据计算得到的单艘船舶的OCII为样本。
对于散货船，IOCII，RLV的单位为g/( t·n mile )，a =4 745，c =0.622，b 为载重吨的值 ( 当载重吨>279 000 t时，b =279 000 )。
式中：IOCII为船舶达到的OCII，单位为g/( t·n mile ) 或g/( GT·n mile )；FCj 为报告期内船舶消耗的j 型燃料的总质量，单位为g；CFj 为j 型燃料的碳转换系数，单位为gCO2/( g燃料 )；CDWT/GT为船舶载运能力，取船舶载重吨或总吨，对于散货船取载重吨，单位为t；Dt为报告期内船舶向IMO报告的总航行距离，单位为n mile。
四、EEDI和OCII的RLV对比分析
( 一 ) 计算方法的对比
基于EEDI和OCII的RLV计算方法及适用范围，EEDI和OCII的RLV相关对比见表1。EEDI的RLV由样本船舶的设计参数决定，OCII的RLV由报告燃料消耗数据的船舶的营运状况和设计参数共同决定，而船舶营运状况受经济形势、公司营运策略、地理气象条件、船员操作、船舶技术状况等众多因素的共同影响，因而船舶实际营运的燃料消耗会偏离设计的燃料消耗，这会在EEDI和OCII的RLV对比中有所反映。在船舶实际营运的条件下，OCII的RLV应落在EEDI的RLV附近。从某种意义上讲，EEDI的RLV是船舶在假设的一种特殊营运状况下的RLV，船舶几乎不在EIV设定的船舶动力装置功率、船舶航速、吃水、气象等条件下营运。但可通过分析对比EEDI和OCII的RLV，看出当下船舶碳减排技术和营运之间的关联趋势。
表1 EEDI和OCII的RLV对比
( 二 ) 散货船EEDI和OCII的RLV分析对比
根据IMO给定的散货船EEDI和OCII的RLV参数绘制的RLV曲线如图1所示。由于OCII的RLV适用于5 000总吨及以上的船舶，因此图1只显示5 000总吨及以上的散货船EEDI和OCII的RLV曲线。根据经2021年修订的MARPOL公约附则VI第24条 ( 要求的能效设计指数 )，在EEDI折减系数 ( 按百分比 ) 第一阶段 ( 2015—2019年 )，10 000~20 000载重吨新造散货船的折减系数为0~10 ( 根据船舶载重吨，折减系数在0和10之间取线性插值，较低的折减系数适用于较小的船舶尺寸 )，20 000载重吨及以上新造散货船的折减系数为10，由此绘制的新造散货船的第一阶段要求的EEDI的RLV曲线见图1中的灰色线。
图1 散货船EEDI和OCII的RLV
1.EEDI的RLV折减分析
随着新造船舶大型化和节能减排技术的发展，由于船队更新 ( 高效新船替代旧船 )、现有船舶节能减排改造，加之新造船EEDI折减要求、新造船舶达到的EEDI相对要求的EEDI有一定裕度等，实际的EEDI的RLV可能会落在原EEDI的RLV ( 图1中橘色线 ) 和第一阶段要求的EEDI的RLV ( 图1中灰色线 ) 之间，甚至会落在第一阶段要求的EEDI的RLV下方，这需要收集大量的EEDI相关数据去验证。目前IMO已启动EEDI数据收集工作，经2021年修订的MARPOL公约附则VI第24.3条对收集EEDI相关数据作了要求，详见经MEPC.332 ( 76 ) 号决议修订的MEPC.308 ( 73 ) 号决议——2018年新造船所达到的能效设计指数 ( EEDI ) 计算方法导则，相关方每年也会评估EEDI的有关要求。预计随着2020—2024年EEDI折减进入第二阶段 ( 或第三阶段 ) 和2023年EEXI折减要求的实施，原EEDI的RLV会有较大幅度下降。随着船舶节能减排技术的发展、船舶推进方式由常规向非常规的转变、低碳零碳燃料及负碳技术的应用，建议IMO根据收集到的EEDI/EEXI相关数据重新评估EIV，制定新的EEDI的RLV。
2.EEDI和OCII的RLV分析对比
随着船舶载重吨的增大，船舶的设计和营运能耗会逐步降低，这在图1中EEDI和OCII的RLV曲线上得到充分体现。随着船舶载重吨增大，虽然EIV和OCII不断降低，但降低的幅度相对载重吨的增量来说变小，RLV曲线变得平缓，即RLV曲线的导数趋于零，船舶大型化带来的能耗优势逐渐消失。对于散货船，当载重吨大于27 900 t时，EEDI和OCII的RLV为常数。
由表1可知，计算EEDI和OCII的RLV的基础数据年份相差至少10年，因此为方便比较相近时期内的EEDI和OCII的RLV，假设所有船舶EIV均按照第一阶段折减要求执行，且忽略船舶推进方式等的差异，基于此分析比较第一阶段要求的EEDI的RLV和OCII的RLV。
当散货船载重吨在10 000~279 000 t范围内时：第一阶段要求的EEDI的RLV和OCII的RLV的最大偏差值为3.54 g/( t·n mile )，OCII的RLV偏离第一阶段要求的EEDI的RLV的最大幅度约为29.76%，交汇点在125 000载重吨左右。总体来看：当散货船载重吨小于125 000 t时，船舶营运能效值要高于设计能效值，即营运能效水平不如设计能效水平，且载重吨越小，营运能效与设计能效的差值越大，营运能效水平越低；反之，当散货船载重吨大于125 000 t时，船舶营运能效值要低于设计能效值，即营运能效水平优于设计能效水平，且载重吨越大，营运能效与设计能效的差值越大，营运能效水平越高。因此，散货船大型化不仅有利于提升设计和营运能效水平，而且有利于实现营运能效水平优于设计能效水平，即抵御船舶本身之外的因素对营运能效水平干扰的能力强。
五、总结与展望
IMO控制船舶温室气体排放的力度正逐步加强，其中控制新船的EEDI、现有船的EEXI和OCII的限值会越来越严格，本文分析了与这些限值密切相关的参考线值问题。随着近年来船舶数字化、船舶大型化、船舶营运策略优化、船舶能效技术改进、船舶推进方式转变以及低碳零碳燃料与负碳技术等的应用，实际的参考线值也应不断地调整变化，以反映航运技术和营运的碳减排趋势。然而受限于船舶数据样本的不确定性，参考线值也有一定局限性，但可反映出一组特定船型船舶的总体情况。本文仅分析了散货船的参考线值，对其他船型船舶的特定参考线值未作分析。目前IMO的船舶碳评级只针对营运碳强度指标，随着能效设计指数相关数据的收集，未来可基于参考线值针对能效设计指数开展评级，或同时结合营运碳强度指标和能效设计指数，对船舶进行技术和营运的综合碳评级，以更好地促进船舶碳减排。
作者简介：
薛树业，上海海事大学商船学院、船舶能效数据中心，工程师。
*上海市科技计划“上海船舶智能运维与能效监控工程技术研究中心”项目资助（20DZ2252300）。
本文刊发于《世界海运》2022年第12期，转发须注明作者和原文出处。
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