船舶能效設計指數和營運碳強度指標參考線值分析
——以國際航行散貨船為例*

薛樹業

一、引言

國際海事組織（IMO）致力于推進船舶溫室氣體減排工作。IMO制定的針對新船的能效設計指數（Energy Efficiency Design Index，EEDI）限值要求的第0階段已從2013年1月1日起實施，目前對于不同船型船舶的EEDI限值要求已進入到第2或第3階段。根據IMO船舶溫室氣體減排初步戰略，EEDI限值要求還會逐步提高。IMO海上環境保護委員會（MEPC）328（76）號決議——MARPOL公約附則VI 2021年修正案提出了基于目標的強制性技術和營運措施，已于2022年11月1日生效，其中要求現有船舶計算達到的能效指數，即現有船舶能效指數（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI），并采取措施滿足限值要求；同時，還要求現有船舶根據收集到的燃料消耗數據計算達到的年度營運碳強度指標（Operational Carbon Intensity Indicator，OCII）和要求的年度OCII，并進行評級。

在對EEDI/EEXI、OCII提出限值要求或進行評級時，均涉及參考線值（Reference Line Value，RLV）。EEDI和EEXI的RLV是一致的，均是根據船舶設計參數計算得到的；而OCII的RLV是根據船舶實際營運數據計算得到的。通過梳理EEDI/EEXI、OCII的RLV計算方法，結合IMO給出的EEDI/EEXI和OCII的RLV參數值，以主力貨運船型國際航行散貨船為例，分析對比EEDI/EEXI和OCII的RLV，探討其中的關聯性，供主管機關、船舶所有人、船舶經營者、船上一線工作者等相關方參考。

二、EEDI的RLV

經2021年修訂的MARPOL公約附則VI第24條（要求的EEDI）為適用該條的每種船型船舶的EEDI設定了RLV，以提供一個公平的比較基礎。EEDI的RLV按照船舶類型和尺寸確定了新造船舶的最低效率（最高的碳排放限值），EEDI的RLV計算公式為

式中：IEEDI，RLV為EEDI的RLV，單位為g/（t·n mile）或g/（GT·n mile）；a、b、c均為無量綱因數，其中a和c為通過中值回歸曲線擬合確定的參數，b為衡量船舶載運能力（載重噸或總噸）的值。

對于散貨船，IEEDI，RLV的單位為g/（t·n mile），a=961.79，c=0.477，b為載重噸的值（當載重噸>279 000 t時，b=279 000）。

根據MEPC.231（65）號決議——2013年用于能效設計指數（EEDI）的參考線計算指南，EEDI的RLV是基于常規推進（指主要以往復式內燃機為原動機并且直接或通過齒輪箱聯結推進軸的推進方式）船舶的估計指數值（Estimated Index Value，EIV）回歸擬合得到的，表示一組特定船型船舶平均EIV的曲線，EIV的計算公式為

式中：IEIV為船舶EIV，單位為g/（t·n mile）或g/（GT·n mile）；PMEi為第i臺主機額定功率的75%，單位為kW；SFCMEi為第i臺主機的單位燃料消耗率，統一取190 g/kWh；CFMEi為第i臺主機所用燃料的碳轉換系數，統一取3.114 4 gCO2/（g燃料）；PAE為副機功率，按照與PME之間的關系進行計算，單位為kW；SFCAE為副機的單位燃料消耗率，統一取215 g/kWh；CFME為副機所用燃料的碳轉換系數，統一取3.114 4 gCO2/（g燃料）；CDWT/GT為船舶載運能力，取船舶載重噸或總噸，對于散貨船該參數取載重噸，單位為t；vref為船舶參考航速，單位為kn。計算EIV的數據來源為IHS Fairplay數據庫中1999年1月1日至2009年1月1日400總噸及以上現有船舶的相關數據。

三、OCII的RLV

經2021年修訂的MARPOL公約附則VI第28條（營運碳強度）要求為適用該條的每一種船型設立RLV。MEPC.353（78）號決議——2022年營運碳強度指標基線導則，提供了用于計算OCII的RLV的方法及特定船型船舶OCII的RLV。OCII的RLV為一條代表了一組特定船型船舶在2019年達到的OCII中位數的曲線，與EEDI的RLV一樣，是以載運能力為自變量的函數，其計算公式為

式中：IOCII，RLV為OCII的RLV，單位為g/（t·n mile）或g/（GT·n mile）；a、b、c均為無量綱因數，其中a和c為通過中值回歸曲線擬合確定的參數，b為衡量船舶載運能力的值（載重噸或總噸），以報告給IMO的經驗證的2019年船舶燃料消耗數據計算得到的單艘船舶的OCII為樣本。

對于散貨船，IOCII，RLV的單位為g/（t·n mile），a=4 745，c=0.622，b為載重噸的值（當載重噸>279 000 t時，b=279 000）。

根據MEPC.352（78）號決議——2022年營運碳強度指標和計算方法導則，船舶達到的OCII計算公式為

式中：IOCII為船舶達到的OCII，單位為g/（t·n mile）或g/（GT·n mile）；FCj為報告期內船舶消耗的j型燃料的總質量，單位為g；CFj為j型燃料的碳轉換系數，單位為gCO2/（g燃料）；CDWT/GT為船舶載運能力，取船舶載重噸或總噸，對于散貨船取載重噸，單位為t；Dt為報告期內船舶向IMO報告的總航行距離，單位為n mile。

四、EEDI和OCII的RLV對比分析

（一）計算方法的對比

基于EEDI和OCII的RLV計算方法及適用范圍，EEDI和OCII的RLV相關對比見表1。EEDI的RLV由樣本船舶的設計參數決定，OCII的RLV由報告燃料消耗數據的船舶的營運狀況和設計參數共同決定，而船舶營運狀況受經濟形勢、公司營運策略、地理氣象條件、船員操作、船舶技術狀況等眾多因素的共同影響，因而船舶實際營運的燃料消耗會偏離設計的燃料消耗，這會在EEDI和OCII的RLV對比中有所反映。在船舶實際營運的條件下，OCII的RLV應落在EEDI的RLV附近。從某種意義上講，EEDI的RLV是船舶在假設的一種特殊營運狀況下的RLV，船舶幾乎不在EIV設定的船舶動力裝置功率、船舶航速、吃水、氣象等條件下營運。但可通過分析對比EEDI和OCII的RLV，看出當下船舶碳減排技術和營運之間的關聯趨勢。

表1 EEDI和OCII的RLV對比

（二）散貨船EEDI和OCII的RLV 分析對比

根據IMO給定的散貨船EEDI和OCII的RLV參數繪制的RLV曲線如圖1所示。由于OCII的RLV適用于5 000總噸及以上的船舶，因此圖1只顯示5 000總噸及以上的散貨船EEDI和OCII的RLV曲線。根據經2021年修訂的MARPOL公約附則VI第24條（要求的能效設計指數），在EEDI折減系數（按百分比）第一階段（2015—2019年），10 000～20 000載重噸新造散貨船的折減系數為0～10（根據船舶載重噸，折減系數在0和10之間取線性插值，較低的折減系數適用于較小的船舶尺寸），20 000載重噸及以上新造散貨船的折減系數為10，由此繪制的新造散貨船的第一階段要求的EEDI的RLV曲線見圖1中的灰色線。

圖1 散貨船EEDI和OCII的RLV

1.EEDI的RLV折減分析

隨著新造船舶大型化和節能減排技術的發展，由于船隊更新（高效新船替代舊船）、現有船舶節能減排改造，加之新造船EEDI折減要求、新造船舶達到的EEDI相對要求的EEDI有一定裕度等，實際的EEDI的RLV可能會落在原EEDI的RLV（圖1中橘色線）和第一階段要求的EEDI的RLV（圖1中灰色線）之間，甚至會落在第一階段要求的EEDI的RLV下方，這需要收集大量的EEDI相關數據去驗證。目前IMO已啟動EEDI數據收集工作，經2021年修訂的MARPOL公約附則VI第24.3條對收集EEDI相關數據作了要求，詳見經MEPC.332（76）號決議修訂的MEPC.308（73）號決議——2018年新造船所達到的能效設計指數（EEDI）計算方法導則，相關方每年也會評估EEDI的有關要求。預計隨著2020—2024年EEDI折減進入第二階段（或第三階段）和2023年EEXI折減要求的實施，原EEDI的RLV會有較大幅度下降。隨著船舶節能減排技術的發展、船舶推進方式由常規向非常規的轉變、低碳零碳燃料及負碳技術的應用，建議IMO根據收集到的EEDI/EEXI相關數據重新評估EIV，制定新的EEDI的RLV。

2.EEDI和OCII的RLV分析對比

隨著船舶載重噸的增大，船舶的設計和營運能耗會逐步降低，這在圖1中EEDI和OCII的RLV曲線上得到充分體現。隨著船舶載重噸增大，雖然EIV和OCII不斷降低，但降低的幅度相對載重噸的增量來說變小，RLV曲線變得平緩，即RLV曲線的導數趨于零，船舶大型化帶來的能耗優勢逐漸消失。對于散貨船，當載重噸大于27 900 t時，EEDI和OCII的RLV為常數。

由表1可知，計算EEDI和OCII的RLV的基礎數據年份相差至少10年，因此為方便比較相近時期內的EEDI和OCII的RLV，假設所有船舶EIV均按照第一階段折減要求執行，且忽略船舶推進方式等的差異，基于此分析比較第一階段要求的EEDI的RLV和OCII的RLV。

當散貨船載重噸在10 000～279 000 t范圍內時：第一階段要求的EEDI的RLV和OCII的RLV的最大偏差值為3.54 g/（t·n mile），OCII的RLV偏離第一階段要求的EEDI的RLV的最大幅度約為29.76%，交匯點在125 000載重噸左右。總體來看：當散貨船載重噸小于125 000 t時，船舶營運能效值要高于設計能效值，即營運能效水平不如設計能效水平，且載重噸越小，營運能效與設計能效的差值越大，營運能效水平越低；反之，當散貨船載重噸大于125 000 t時，船舶營運能效值要低于設計能效值，即營運能效水平優于設計能效水平，且載重噸越大，營運能效與設計能效的差值越大，營運能效水平越高。因此，散貨船大型化不僅有利于提升設計和營運能效水平，而且有利于實現營運能效水平優于設計能效水平，即抵御船舶本身之外的因素對營運能效水平干擾的能力強。

五、總結與展望

IMO控制船舶溫室氣體排放的力度正逐步加強，其中控制新船的EEDI、現有船的EEXI和OCII的限值會越來越嚴格，本文分析了與這些限值密切相關的參考線值問題。隨著近年來船舶數字化、船舶大型化、船舶營運策略優化、船舶能效技術改進、船舶推進方式轉變以及低碳零碳燃料與負碳技術等的應用，實際的參考線值也應不斷地調整變化，以反映航運技術和營運的碳減排趨勢。然而受限于船舶數據樣本的不確定性，參考線值也有一定局限性，但可反映出一組特定船型船舶的總體情況。本文僅分析了散貨船的參考線值，對其他船型船舶的特定參考線值未作分析。目前IMO的船舶碳評級只針對營運碳強度指標，隨著能效設計指數相關數據的收集，未來可基于參考線值針對能效設計指數開展評級，或同時結合營運碳強度指標和能效設計指數，對船舶進行技術和營運的綜合碳評級，以更好地促進船舶碳減排。