豪華郵輪EEXI的履約要求與對策

趙春林

一、引言

為應對全球氣候變暖，減少航運業的溫室氣體排放，國際海事組織（IMO）提出碳排放控制目標：到2030年CO2排放強度與2008年相比至少降低40%，2050年CO2年度總排放量與2008年相比至少減少50%、CO2排放強度要降低70%，并努力在本世紀盡早實現航運業零碳排放宏偉目標[1]。

IMO第四次溫室氣體研究報告表明，2018年全球航運CO2排放總量達10.56億t，與2012年相比增長了9.3%，占全球人為CO2排放量的比例也從2012年的2.76%上升至2.89%。該報告預測未來隨著經濟發展對能源的消耗，到2050年，航運業的碳排放量仍會顯著上升。若以2008年的CO2排放量為基準，2050年的CO2排放量將達到2008年的90%～130%，航運業實現2030年和2050年碳減排目標面臨巨大的挑戰。豪華郵輪產業一直都走在碳排放控制的最前沿，碳排放控制新技術也在豪華郵輪上不斷得到應用。本文介紹豪華郵輪現有船舶能效指數（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）的履約要求和計算方法，分析影響豪華郵輪達到的EEXI（Attained EEXI）的各項因素及其要求的EEXI（Required EEXI）的變化趨勢，提出現有豪華郵輪適用的各項履約措施，為豪華郵輪營運管理相關方提供參考。

二、豪華郵輪EEXI

（一）豪華郵輪EEXI的履約要求

EEXI是衡量船舶能效的技術指標之一。根據MEPC.328（76）修訂的MARPOL公約附則VI規則23，豪華郵輪EEXI履約要求包括：

（1）適用于2023年1月1日之前交付或重大改建的400總噸及以上的非常規推進的郵輪（不包括普通客船）。（2）每艘船舶應按MEPC.350（78）要求計算Attained EEXI，并附上EEXI技術案卷。技術案卷應包含計算Attained EEXI所必要的信息并顯示計算的過程。Attained EEXI需要船級社根據MEPC.351（78）EEXI驗證導則進行驗證。（3）如船舶的能效設計指數（Energy Efficiency Design Index，EEDI）已經驗證，且其Attained EEDI小于或等于Required EEXI，則Attained EEDI可作為Attained EEXI。在這種情況下，Attained EEXI可根據EEDI技術案卷進行驗證。（4）船舶應在2023年1月1日之后，結合第一次船舶國際防止空氣污染證書的年度、中間或換證檢驗（取早者）完成EEXI驗證，并換發船舶國際能效證書。適用EEXI要求的重大改建船舶應在完成重大改建后，對EEXI要求進行驗證并換發國際能效證書。

對于按照EEDI第二階段（Phase 2：2020年1月1日—2022年3月31日）、第三階段（Phase 3：2022年4月1日以后）的標準建造的豪華郵輪來說，大部分都可以滿足EEXI的要求，即使不滿足也僅需實施有限的技術改造即可達到。非EEDI適用的豪華郵輪應對EEXI的履約可能會面臨著巨大的挑戰，如果技術條件無法滿足，船舶將不得不停止營運。

（二）豪華郵輪EEXI計算

1.Attained EEXI

EEXI是EEDI概念對現有船舶的擴展，計算公式、驗證程序等與EEDI基本相同，僅對有限的設計參數選取進行了調整。除另有規定外，EEDI計算公式中的參數定義均適用EEXI計算中涉及的參數。EEXI計算導則和EEDI計算導則給出了Attained EEXI計算公式及計算參數的解釋，分子部分為船舶航行過程中消耗的燃油轉化成的CO2的排放量，分母部分為裝載量修正系數，EEXI計算公式為

由式（1）可知，影響船舶EEXI的因素有四個方面：船舶以單位載運能力行駛1 n mile主推進裝置所排放的CO2量；船舶以單位載運能力行駛1 n mile輔機所排放的CO2量；在船舶配有軸帶電動機（PTI）/軸帶發電機（PTO）與發電機節能系統等條件下，船舶以單位載運能力行駛1 n mile，上述設備對發電機軸功率的貢獻所折算的CO2排量；在采用新節能技術條件下，船舶以單位載運能力行駛1 n mile所帶來的船舶能效的提高折算的CO2排量。

對于未安裝軸帶電動機（PTI）/軸帶發電機（PTO）和任何節能技術的非常規柴油電力推進豪華郵輪來說，式（1）可簡化為

式中：SFCME為主機的單位燃油消耗量，取近似值190 g/kWh；SFCAE為每臺柴油機NOx技術文件中柴油機50%的MCR（最大持續功率）或者額定扭矩時的燃油消耗量的加權平均值；f j為冰區加強船舶功率修正系數，豪華郵輪船型取1.0；f c為立方容積修正系數，一般取1.0；f w為特定海況下航速降低的無量綱系數，一般取1.0；f m為船舶有IA Super和IA冰級的系數，當船舶具有IA Super和IA冰級符號時取1.05，其他情況時取1.0；f l為貨物相關因素，一般取1.0。

其他參數的選取原則如下：

（1）主機功率（PME）

PME為83%MPP（或MPPlim）除以電效率，即PME＝0.83×MPP/η。MPP為推進電機額定功率，kW；η為電推系統電效率，默認為91.3%；MPPlim為推進電機限定功率，kW。

（2）輔機功率（PAE）

對于豪華郵輪，采用MEPC.308（73）EEDI計算導則中2.2.5.6.1至2.2.5.6.3的算法計算所得的PAE值，往往與正常航行時使用的總功率差異很大，應以船舶以參考航速航行時消耗的電功率（不包括推進功率，見電功率表）除以所有發電機功率加權平均效率估算PAE值。對于非EEDI適用的豪華郵輪，如果無電功率表，PAE取近似值，即PAE，app=0.119 3×GT+1 814.4。

（3）參考航速（vref）

MEPC.350（78）EEXI計算導則中對vref的取值提供了多種參考。對于非EEDI適用的豪華郵輪，可用如下兩種替代方式獲取航速vref：

①從《2022年現有船舶達到的能效指數（EEXI）檢驗和發證指南》（MEPC.351（78））中定義的估算航速-功率曲線獲得。

②如無航速-功率曲線或試航報告中不包含EEDI或設計裝載吃水工況，參考船速vref取近似值，即

式中：vref，app=A×BC，為給定船型和船舶尺寸的航速分布的統計均值，kn；MPPavg=D×EF，為給定船型和船舶尺寸的電機MPPS分布的統計均值；mv為船舶的性能裕量，取vref，avg的5%或1 kn中較低者。

對于非常規柴油電力推進豪華郵輪，B、E為船舶總噸，其他參數的取值見表1。

表1 參考航速的計算參數

（4）燃油消耗量與碳排放量的轉換因數（CFME，CFAE）

對于非常規柴油電力推進豪華郵輪，CFME為主機使用燃料種類的碳排放量轉換因數，取默認值3.114。CFAE為柴油機NOx技術文件中對應的使用燃料種類的碳排放量轉換因數，取值見表2。

表2 CFAE碳排放量轉換因數表

（5）裝載量系數（f i）

如有對于裝載量的技術和規定限制，該系數取1.0；對于冰區加強船舶，冰級和裝載量修正系數的計算公式見表3。

表3 冰區加強船舶裝載量修正系數計算

2.Required EEXI

根據MARPOL公約附則VI第25條，Required EEXI計算公式為

Required EEXI=（1-Y/100）·RLV （4）式中：Y為折減系數，無量綱；RLV（Reference Line Value）為EEDI基線值，g/（t·n mile）。

（1）折減系數（Y）

MARPOL公約附則VI第25條中對各種船型的折減系數有著不同的規定，豪華郵輪折減系數見表4。

表4 用于豪華郵輪Required EEXI計算的折減系數

根據表4，整理得折減系數Y為

（2）EEDI基線值（RLV）

RLV=a·b-c，該計算公式由MARPOL公約附則VI第24條規定。對于非常規柴油電力推進方式豪華郵輪，由MARPOL公約附則VI第24條，其EEDI基線值影響因數見表5。

表5 豪華郵輪的EEDI基線值影響因數

由式（4）和式（5）計算可得出豪華郵輪的Required EEXI與該類型船舶的尺度關系，如圖1所示。

圖1 豪華郵輪（大于25 000總噸）Required EEXI趨勢

可見豪華郵輪的Required EEXI隨著其總噸位的增加，要求愈加嚴格。對于大于等于400總噸且小于25 000總噸的豪華郵輪，雖然不適用Required EEXI的計算要求，但是仍需要計算Attained EEXI并提供EEXI技術文件。對于適用的豪華郵輪，必須滿足Attained EEXI≤Required EEXI方可滿足履約要求，即該船型計算的Attained EEXI值位于圖1中Required EEXI趨勢線的下方。給定的某總噸位豪華郵輪如果其Attained EEXI不滿足要求，則需要從EEXI計算公式的分子四個方面的影響因素來分析，采取措施以降低相應部分的CO2排量。

三、豪華郵輪EEXI的履約對策

船舶Attained EEXI的計算結果如果不滿足要求，航運公司必須對其采取措施，主要的技術措施有推進功率限制、柴油機改裝、應用節能設備、加裝適用低碳燃料系統等。在使用低碳替代燃料方面，近年來得益于發動機技術取得較大突破，但受限于技術復雜和高成本等因素，現有船舶采用這一辦法進行船舶動力裝置改造來應對EEXI既不現實，也難以大規模推廣。豪華郵輪營運有其特殊性，還需要考慮船舶整體設計的美觀和乘客體驗的舒適等，其改造選擇具有很多局限。

（一）推進功率限制

推進功率限制是履約成本相對較低的一種方式，通過非永久性限制推進功率的最大功率，減少燃料使用，從而減少CO2排量。最大持續功率在EEXI計算中占很高比重，減少計算公式中其使用值將減少輸出的EEXI值。豪華郵輪的營運往往對船舶的航速有較高的要求，采用限制推進功率的措施來應對EEXI的可用空間并不是很大。

（二）柴油機改裝

柴油機改裝一般是對柴油機相關部件及系統進行改造，從而降低柴油機燃油消耗率。主要方式包括優化柴油機噴油形式、凸輪軸更新等，預計可降低油耗0%～2%，具體可行性與提升效果應咨詢柴油機廠商，且改裝后燃油消耗率數值應經驗證[2]。此種方式受限于柴油機的技術條件，同時需要考慮改造的收益和成本。

（三）節能措施

碳排放控制的實施，也助推了船舶設備節能技術的創新。船舶節能措施一般通過增加節能設備來提升船舶的綜合能效，具體包括推進改善裝置、球鼻艏改裝、使用減阻涂層、船體空氣潤滑、風力助航等。單一節能措施的減排能力在0% ～10%之間，具體效果視節能裝置與船舶的匹配情況而定，當同時使用多種節能措施時，需要對節能總效率進行實際驗證[2]。

1.推進改善裝置

推進改善裝置是通過加裝水動力節能裝置，利用槳舵之間的有利干擾來減少尾流獲得的能量，從而提高船舶推進器效率。推進改善裝置一般分為前置整流導管、前置預旋導輪、前置導葉、轂帽鰭、舵球、舵附推力鰭等，采用單種及組合搭配設計，節能效果可達1%～10%不等[3]。水動力節能裝置制造和安裝相對簡單，使用安全可靠，維修和保養也很方便。其他提高推進效率的方法是基于優化船舶流體動力的方式來提高船舶推進效率。

2.球鼻艏改裝

通過改變船首的形狀可以獲取更好的船舶性能、優化船舶阻力性能和耐波性能，從而達到節省燃料的目的[4]。目前球鼻艏改進有翼狀艏、斧型艏等適用不同船舶航行條件下的船首設計。翼狀艏在測試及實際營運過程中均能有效減少約20%的動力/燃油消耗和溫室氣體排放[5]。在船舶低速航行條件下具有顯著節能經濟性的斧型艏[6]在豪華郵輪上已得到實際應用。

3.使用減阻涂層

船舶在海上航行一段時間后，大量的生物附著物會使船體表面光滑度大大降低，從而產生額外的阻力，降低船體效率。船體污垢和船體粗糙度的增加也加大了船舶燃料的消耗，一艘船舶的水動力阻力每年增加7%～10%，其改進潛力是巨大的。涂層減阻技術以操作簡便、減阻效果明顯等優點，成為船舶減阻技術研究的熱點。清潔航運聯盟估計，通過良好的船體管理使用好的船體涂層和船體清潔策略，可為全世界船隊節省約10%的燃油消耗[7]。

4.船體空氣潤滑

船體空氣潤滑減阻系統從安裝在船底前端的空氣釋放裝置釋放出均勻的微氣泡，隨著船舶行進覆蓋在船的整個平坦的底部。通過改變水和船體之間的相互作用力從而降低船舶航行阻力，降低燃料消耗。經驗證，對于豪華郵輪，吃水在8～9 m，船底平底面積占水線面面積的30%～35%，營運航速在10～20 kn的時候，船舶節能凈收益可達5%～7%[8]。

5.風力助航

風力助航系統一般采用轉筒帆或風箏帆的形式，依靠風能來實現輔助船舶推進。轉筒帆的帆區面積小但卻可產生相對較大的升力，效率比傳統風帆高10倍左右。研究表明，該裝置可以節省燃油消耗量約10%[9]。而風箏帆因設備及安裝費用較高、適用條件相對苛刻、在船管理要求高及維修保養費用較高等諸多缺點并沒有得到廣泛應用。據報道，“Viking Grace”號在安裝轉筒帆運行的第一年進行了測量和分析，結果表明轉筒帆每年可減少207～315 kW的能耗，相當于節省231～315 t燃料，同時確認該種風帆具有長期節省燃料的潛力[10]。

船舶應用上述節能措施的潛在節能效果見表6。

表6 潛在節能效果

四、總結與展望

新冠疫情對全球郵輪業造成了幾乎致命的打擊，2023年EEXI要求的正式實施，又給現有營運豪華郵輪帶來了新的挑戰，同時也推動了船舶控碳新技術的發展。現有適用EEXI的營運豪華郵輪，尤其是不滿足EEXI要求的營運船舶，在2023年將迎來重大考驗；對船東而言，需要關注在EEXI相關標準出臺之后，通過何種措施對現有不滿足EEXI要求的船舶進行改造升級，使其滿足履約要求。在當前節能減排大背景下，雙燃料發動機技術成為新建船舶的主流選擇。隨著技術的發展，碳捕捉技術有望突破在船布置、安全保障和能耗等關鍵性制約因素，應用潛力巨大。EEXI的履約是現有船舶對碳排放控制在技術層面上的一個承諾。不符合要求的豪華郵輪，對EEXI的履約需要付出巨大經濟成本。船東和其船管公司不得不做出一些重大的投資決定，以使船隊符合法規要求。有的新型節能技術的應用幾乎是史無前例的，新造船計劃也將受到相當大的影響，這也大大增加了船東的試錯成本。