現有船能效指數和營運碳強度指標對船舶的影響

蔡躍勝,楊春華,李巖

(滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129)

航運(國際、國內和漁業)排放的溫室氣體(GHG)——包括CO、CH和CO，以COe表示，總量已從2012年的9.77億t增加到2018年的10.76億t(增長9.6%)。根據新的基于航程的國際航運分配，同期CO排放量也從2012年的7.01億t增加到2018年的7.4億噸(增長5.6%)，但增長率低于航運總排放量，且在這一時期全球CO排放量的占比大致恒定(約2%)。預計到2050年，排放量將從2018年約占2008年排放量的90%增加到2008年排放量的90%～130%。為實現國際溫室氣體減排的戰略目標，船舶行業增加了EEXI和CII的實施。EEXI是對現有船舶達到的能效設計指數提出了要求，CII對船舶實際的營運能效提出了要求。許多現存船舶的EEXI不符合要求，必須采取措施，否則將影響到船舶能否營運。為此以一型通用型LNG船作為研究對象，結合國際海事組織最新發布的營運碳強度指標CII指導文件開展CII指標評級及對LNG船設計的影響分析。

1 EEXI介紹及應對措施

1.1 EEXI簡介

EEXI是現有船能效指數，適用于2023年1月1日之前交付或重大改建的總噸位400及以上的散貨船、液貨船、集裝箱船等。每艘船舶應該計算“達到的EEXI(Attained EEXI)”,并附上EEXI技術案卷并進行驗證。

達到的EEXI與達到的EEDI的計算公式完全一樣，參數定義也一樣，僅部分參數另有補充說明。要求的現存船舶能效指數也是基于新船能效設計指數基線值進行折減,其計算式如下。

(1)

式中：為折減系數，MEPC.328(76)對EEXI要求的折減系數基本等同于2022年4月1日生效的對新造船的要求(EEDI Phase2或Phase3，視船型而定)，但對部分船型有所放寬。

1.2 EEXI應對措施

1)按照《為符合EEXI要求的軸/發動機功率限制系統及使用儲備動力指南(2021)》(MEPC.335(76))采取軸功率/主機功率限制措施來改善“達到的EEXI”，以滿足“要求的EEXI”。

2)采用節能減排技術來改善“達到的EEXI”，以滿足規范要求。可行的方案有：①利用親環境能源，如低碳燃料LNG等，零碳能源如風能、太陽能和氫能等，提高使用親環境能源的占比——改動大，成本高；②采用節能導管、低阻涂料和氣泡減阻等手段提高航速。

根據EEXI計算導則，簡化模型，以裝機功率小于10 000 kW，無冰區加強、無軸帶發電機和軸馬達的某型船為例，分析限制主機功率和提高航速分別對該EEXI的貢獻力度。

各限制功率下,基于原達到的EEXI的折減系數，新達到的EEXI的折減系數見表1、圖1。

表1 限制主機功率對于達到的折減系數的改善(裝機功率小于10 000 kW)

圖1 主機功率限制比R-達到的折減系數Y(裝機功率小于10 000 kW)

=(-0167 3+1031 5+0197 3)+

(16725 1-103152 2+80269 9)

(2)

新折減系數首次增加5，則限制的主機功率大約在84%MCR左右；限制功率低于90.36%MCR后，限制功率每降低1%MCR折減系數增加0.7左右，等，可依此進行快速評估所需限制功率的設置點。

3)通過節能裝置提高航速，效果評估見表2。

表2數據顯示，安裝節能裝置提高航速，對于EEXI改善有限，很難達到預期目標。假設主機功率限制在85%MCR，安裝節能效果5%的節能裝置后，新的EEXI較初始EEXI可降低6.3%=(1-4.7%)(1-1.07%)；但如果將主機功率重新限制在80.75%MCR(85%MCR×(1-5%)),則EEXI可降低7.9%。因此，可通過采用限制主機功率與安裝節能裝置結合的方式，節能效果反應在主機功率的限制上，可以更好地降低EEXI。

表2 節能效果對于達到的折減系數的改善

2 CII實施影響及應對措施

2.1 CII簡介

CII適用船型與EEXI適用船型相同，但適用于5 000總噸及以上的船舶。CII的制定是為了實現平均碳強度的戰略指標，以2019年船舶燃油消耗的數據收集和報告系統(IMO DCS)數據為基礎制定了不同船型及不同噸位船舶的“要求的年度營運CII(Required annual operational CII)”基線，且每年進行折減。船舶年度(每年的1月1日—12月31日)營運碳強度計算式如下。

(3)

式中：=×年度CO排放總量；為燃油品種；為IMO DCS中燃油品種j年度消耗總量，g；為燃油品種的CO轉換因子；=×年度運輸工作量；為運載能力，定義同EEDI，但集裝箱船也取夏季吃水時的載重噸(DWT);為IMO DCS數據的年度總航程，n mile。

以2019年各船型的營運碳強度指數制定的碳強度參考線計算式如下。

=×Capacity-

(4)

式中：為營運碳強度參考值；Capacity為運載能力；和參數依船型不同而數值不同。定義液化天然氣運輸船參考線參數見表3，液化天然氣運輸船的參考線見圖2。

表3 定義液化天然氣運輸船CIIref參考線的參數

圖2 液化天然氣運輸船的CIIref參考線

船舶要求的年度營運碳強度計算式如下。

=(1-100)×

(5)

式中：為參考的年度營運碳強度；/100為折減系數，2023年為5%，2024年為7%，2025年為9%，2026年為11%，2027年及以后待定。

達到的年度營運CII，需根據要求的年度營運CII確定船舶的營運碳強度等級。營運碳強度等級從高到低分“A”“B”“C”“D”“E”5個等級，各營運碳強度等級的邊界偏離要求的年度營運碳強度的向量見圖5。

圖3中所示各邊界與要求的年度營運碳強度的計算式如下。

圖3 向量dd與要求的年度營運碳強度CIIReq

(6)

式中：、、和分別表示如圖3所示上界、下邊界、上邊界和下界；、、和表示如圖3所示邊界與的偏離向量。

向量依船型不同而數值不同，表4僅列出了LNG船的，圖4顯示了10萬載重t以下的LNG船達到的CII與各年度要求的CII比值等級邊界。

表4 決定液化天然氣運輸船CII等級各邊界的向量dd

圖4 10萬t以下LNG船達到的CII與 各年度要求的CII的比值邊界

2.2 CII實施影響及應對措施

CII于2023年1月1日生效。適用CII的船舶，2023年1月1日之前交付或重大改建的，應在2023年1月1日之前完成船舶能效管理計劃(SEEMP)的修訂；2023年1月1日及以后交付或重大改建的船舶，應在船舶交付或重大改建完成時，為船舶配備符合IMO要求的SEEMP。船舶SEEMP應包含的內容如下。

1)描述計算達到的年度營運CII的方法及將計算報告給主管機關的流程。

2)列出船舶未來3年要求的年度營運CII。

3)制定一個實施計劃描述如何滿足未來三年的要求的年度營運CII。

4)制定一個自我評估及持續改進的程序。

2024年及之后的每年年初，船舶應該根據IMO DSC數據計算上一年度12個月期間達到的年度營運CII，并提交主管機關。營運碳強度評級為“E”或連續三年評級為“D”的船舶，公司應修訂SEEMP，納入改進措施計劃，描述如何通過實施改進措施計劃達到營運碳強度等級。

因為CII是船舶實際年度營運數據為基礎來評估該年度達到的CII評級等級，為此，通過建立理論營運模式來評估CII的影響。

1)以某型通用型LNG船為研究對象，計算達到的CII，并對營運碳強度進行評級，結果見表5。

表5 某LNG船營運碳強度評級預測表

表5表明：該型船采用燃油模式，以20.5 kn航速運營，2023年至2025年的營運碳強度評級將連續3年評為“D”,2026年將必須進行改善——如降速以19.0 kn營運即可評級為“C”。但如果采用燃氣模式營運，則CII評級多數為最高級別的“A”，最差也達到了級別“B”，可見使用CO2低排放燃料的減排效果明顯。

3 結論

1)影響EEXI與EEDI的因素一樣，因此提高EEDI的措施同樣可實施于需提高EEXI的船舶。但因為EEXI實施的對象為現有營運船舶，有一定的限制，如線型優化、低碳燃油(雙燃料主機)等措施可行性太差。

2)對于營運船舶，改善EEXI能效指數最容易實現的措施之一是限制主機功率，降速營運；長遠有效的措施是限制主機功率+增加節能裝置改善船舶推進性能，EEXI的改善措施，同樣可以改善船舶的CII指標評級。當然也可以通過降低載貨量的營運方式降低能耗，從而減少CO排放，滿足CII指數評級要求。

3)對于新造船舶，EEXI與EEDI計算完全一致，只要EEDI指標滿足第三階段要求即可，新船的EEDI越低，營運后的達到高CII評級級別越容易，但新造船運營后，CII指標評級要求是逐年提高的。

4)對于雙燃料船舶，運營中采用CO排放較低的清潔燃料,比如LNG，可有效提高營運碳強度CII的評級水平。