對CO2排放指數的探討

李 路 吳聚豐 高 晶

（上海船舶研究設計院,上海 200032）

0 前言

國際海事組織第56屆海安會 （IMO MEPC 56）首次提出了新造船CO2排放指數的概念，并為其實現推廣制定了詳細的時間表。這個時間表在MEPC 57之后有所更改。丹麥在MEPC 57提交了對CO2指數初步的技術報告（MEPC 57/INF.12），之后在溫室氣體第1工作組（GHG-WG-1），丹麥又根據進一步的研究結果和其他國家的意見，提交了正式提案（GHG-WG 1/2/1）。

上海船舶研究設計院接到上級通知后，隨即對相關提案進行研究，提出了意見和建議。為了便于讀者閱讀，本文首先對原提案作一個簡單的介紹。

1 相關提案簡介

1.1 提案編號：MEPC 57／INF.12

2007年12月21日，丹麥提交了名為《防止來自船舶的空氣污染-對新造船舶強制性CO2排放設計指數》（PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-A mandatory CO2Design Index for new ships）的技術報告。該報告研究了CO2指數與船舶設計參數的關系，提出了CO2指數基準線的生成機制。并提出以下觀點：

1）CO2指數取決于船舶尺度（載重量）及船舶類型。

2）對于不同類型的船舶分別制定由載重量決定（而不是用無量綱量）的基準線。

3）根據新造船舶的相關參數計算得到的CO2指數必須低于基準線，這個基準線來源于對現在的船舶數據的分析計算，但尚無國際公認的標準。

4）設定目標CO2指數可以使給定尺度下的船舶的航速得到優化、能源利用率得到提高。

根據以上研究成果，MEPC 57/INF.12提出了如下CO2排放指數的簡單計算模型。油耗估算公式：

CO2排放指數估算公式：

上式中：FC為計算油耗；AFC為平均油耗；POWER為主機MCR下的功率；3.17是單位燃油燃燒排放的CO2量；DWT為載重量；SPEED為航速。

1.2 提案編號：MEPC 57/4/12

2008年1月25日，日本提交了名為《防止來自船舶的空氣污染-單位航運量下的CO2排放指數》（PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPSCO2emissions index per unit shipping capacity）的技術報告，主要提出了輔機燃油消耗和考慮海況的系數k1、k2來較精確地計算CO2指數的方案，并闡述了日本的研究計劃與研究進展。

1.3 提案編號：GHG-WG 1/2/1

2008年5月29日，丹麥以MEPC 57/INF.12為理論基礎，提交了名為《新造船舶CO2排放設計指數的開發-為船舶設定目標CO2排放指數》（DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Assigning an attained and a required design CO2index to a ship）的提案，其數據庫是1995年1月1日至2004年12月31日交付使用的船舶。主要改進了CO2指數計算公式，進一步根據船舶類型及其CO2指數的平均值確定CO2指數基準線，并提出了CO2指數公約的草案。

在該提案中，丹麥意識到如果最后要滿足定量的排放要求，那么，MEPC 57/INF.12提案中公式（1）和（2）中的三個簡單常數“0.85”、“0.10”和“3.17”是不夠的。

于是，丹麥在提案GHG-WG 1/2/1中提出了CO2指數的改進公式（3）。AttainedDesignCO2Index

圖1 根據載重量擬合CO2基準線的示例

另外，丹麥提出根據現有船舶的數據，以載重量為變量來擬合CO2指數基準線的初步方案。圖1是一個示例。進一步的工作就是區分船型把相應的曲線一一擬合出來。

表1 CO2指數基準線參數表

丹麥在GHG-WG 1／2／1提案中明確了這個基準線公式：

并且對于不同船型，經過數據統計，計算出了各自擬合曲線的參數值，如表1所示。

同時，提出了對于新船CO2指數的要求，

X的值將會根據船舶建造時間來定。

2 對于上述提案的探討

2.1 對于CO2排放指數計算公式的意見

2.1.1 功率

丹麥的新提案GHG-WG 1/2/1對于參數P,與原提案MEPC 47/INF.12相比，在功率的考慮上已經完善了許多，不僅考慮到了重要輔機的貢獻，同樣也考慮到實際的營運狀態下的主機負荷率，但提案所列是不符合實際設計和營運情況的。通常在實際設計過程中，設計航速時的主機功率P是根據主機額定功率MCR考慮功率儲備C1，然后考慮海況裕度C2得到的，計算公式為 P= （1-C1）·MCR/（1+C2），而不是P=C1·MCR·C2進行計算。 其中C1為功率儲備，C2為海況裕度。不同的船東對這兩個系數的選擇范圍是很大的，C1從0到15%,C2從0到25%都有可能。

2.1.2 航速

GHG-WG 1/2/1中的參數Vref容易產生異議。由于設計初期,有很多時候存在兩個吃水：一個是設計吃水，一個是結構吃水，其中設計航速是對應設計吃水，而載重量是對應結構吃水。根據我們的理解，現在公式中的航速應該是針對最大載重量下時結構吃水對應的航速，而不應該是常規的設計吃水下時對應的設計航速，因此，Vref究竟是指哪個航速需在提案中予以明確。

2.1.3 折減

鑒于冰區加強或冷藏箱的船舶對社會的貢獻，因此，GHG-WG 1/2/1對其CO2排放指數給予了適當的折減，這是很好的。但是，只考慮冰區加強和冷藏箱是不夠的，還需要更多更細致的研究，舉例來說：

1）目前世界上航行于SECA（硫排放控制區域）船舶，為了減少柴油機排放對于環境的影響，降低SOx,NOx排放，要求使用低硫油；另有些情況則是為了達到低排放的要求，以提高油耗為代價。因此，對于這種情況建議也可以提供折減。

2）由于世界對環境關注度的不斷提高，我們在設計中也越來越感覺到船東正在想方設法通過采用節能裝置，如：將軍帽鰭（propeller boss cap fin）、舵球、導管槳等來提高推進效率、降低油耗；采用軸發、透平發電機來有效節能、提高經濟性。因此，如果通過這種折減，可以形成一種激勵機制來激勵船東去采用各種節能裝置、減少船舶營運對環境的影響。建議這于這種情況也可以考慮對其提供折減。

2.1.4 營運系數

比較日本和丹麥提出的CO2排放指數的提案，日本提出的CO2排放指數計算公式中指出需考慮船舶具體的營運狀態，還是很有道理的。

首先，根據他們的研究，發現如果不考慮營運的情況，計算出的CO2指數是有很大局限性的，甚至對于同一條船，由于營運狀態不同，CO2的排放也會有很大的差別。雖然到目前為止，日本還沒有形成一個進行計算的經驗公式，但顯然對營運情況是需要進行考慮的。

另外，由于營運的條件不同，對相同或相似噸位的船舶，其船型也千差萬別，如大湖型散貨船與普通靈便型散貨船相比、大型散貨船與大型礦砂船相比，由于載運貨物不同，造成的船型差異很大，這些在丹麥GHG-WG 1/2/1的CO2指數計算公式中，都未能得到科學反映。

2.2 對于CO2排放指數基準定義的意見

2.2.1 樣本的選擇

對于丹麥的提案，我們認為其對于確定基準的樣本的選取方面還有以下幾點不足：

1）現在丹麥提案GHG-WG 1/2/1中提交的樣本船型都是1995年到2004年之間的船型，但實際上這些船型并不能完全反映當前及今后的船隊狀況。由于IMO對于船舶安全及污染的日益重視，因此SOLAS、MARPOL等對于船舶結構、防污染方面的新要求層出不窮，最典型的包括油船雙底雙殼的要求、CSR共同規范的提出、燃油艙保護規則的適用，這都對新設計的船舶提出了更高的要求，也導致與以前的船相比，同樣載重量的船舶，空船重量都會有一定幅度的增加，從而導致整個設計制造都發生了很大的變化，因此現在提出的Baseline基準顯然不太合適。

2）GHG-WG 1/2/1及 MEPC 47/INF.12是分別根據英國船級社（LR）和挪威船級社（DNV）的船型數據庫進行的數據分析和回歸得出的，我們認為這不能完全代表世界上船隊的當前狀態，分析的樣本數據應至少來自世界上各主要船級社的船型。

3）從GHG-WG 1/2/1的研究報告可以看出，對于同一種船型，不同噸位船舶的數量有很大的差別，因此，各種噸位段樣本數量的差異對結論科學性的影響，也值得探討。

2.2.2 油耗

GHG-WG 1/2/1中提交的Baseline計算公式，主機油耗是根據190 g/kW·h來計算的，我們認為不太合適，原因有二：

1）由于不同船型的主機既可能是低速機，也可能是中速機，還可能是高速機，這三種機型的油耗差別是很大的，低速機可以達到170 g/（kW·h）或更低， 中速機通常在 180 g/（kW·h）～200 g/（kW·h）之間，而高速機則一般在 200 g/（kW·h）以上。

2)即使是相同廠商的柴油機，不同功率的油耗也是有很大差別的。如MAN B&W的中速機，最低油耗可達174 g/（kW·h），但最高油耗也可以達到190 g/（kW·h）。

因此，在計算的過程中，所有的主機和輔機采用一個平均油耗不太合理，應考慮其具體的油耗差異。

2.2.3 集裝箱船和多用途船

由于集裝箱船和多用途船對于艙容是非常敏感的，其影響甚至高于載重量。因此，采用載重量作為該兩型船的衡量標準，還有待研究。GHG-WG 1/2/1中的研究結果，也顯示對于該兩種船型，樣本的離散性太大，與其他船型的分析相比有較大的差異，因此，我們認為對于集裝箱船和多用途船型，不太適合用載重量來作為衡量標準。

圖2 集裝箱船的基準線

4 結語

隨著全世界厄爾尼諾現象顯現和氣候條件的惡化，人們對溫室效應的關注越來越多，因此，在船舶領域引入船舶CO2排放指數限制是有積極意義的，IMO已經做了大量的工作。下一步對如何引入、以什么樣的標準來引入從而不會導致對于整個船舶領域，包括船型設計、船舶建造以及船型經濟性等各個方面帶來不利影響，確實是一個需要全世界都要慎重考慮的問題。

由于時間緊迫和作者水平限制，如有理解和表述不當之處，衷心歡迎各位專家同行賜教。

［參考資料］

［1］MEPC 56／23， REPORT OF THE MARINE ENVIRONMENT PROTECTION COMMITTEE ON ITS FIFTY-SIXTH SESSION， 2007.7.30.

［2］MEPC 57／INF.12， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-A mandatory CO2Design Index for new ships， Denmark， 2007.12.21.

［3］MEPC 57／4／11， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-Development of an index for CO2emissions per unit shipping capacity in actual operational conditions，Japan， 2008.1.25.

［4］MEPC 57／4／12， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-CO2emissions index per unit shipping capacity， Japan， 2008.1.25.

［5］GHG-WG 1／1／1， ADOPTION OF THE AGENDAAnnotation to the provisional agenda， Secretariat， 2008.5.12.

［6］GHG-WG 1／2／1， DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Assigning an attained and a required design CO2index to a ship， Denmark， 2008.5.29.

［7］GHG-WG 1／2／2， DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Draft Guidelines for assigning the CO2design index to new ships， Japan， 2008.5.30.