基于船舶日志的船舶主機碳排放核查

薛樹業

（上海海事大學商船學院、船舶能效數據中心，上海 201306）

0 引言

國際航運碳減排是全球應對氣候變化行動的一個重要方面，而船舶碳排放相關數據的收集、報告、核查是航運碳減排的一項重要措施和基礎工作。國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）海上環境保護委員會（Marine Environment Protection Committee，MEPC）第76 屆會議通過的2021 年《防污公約》附則VI 修正案（第MEPC.328(76)號決議）規定的收集和報告船舶燃油消耗數據相關機制和我國的《船舶能耗數據收集管理辦法》已于2019 年1 月1 日起實施。

根據《防污公約》，主管機關須根據《2022 年船舶燃油消耗數據和營運碳強度主管機關驗證導則》（第MEPC.348（78）號決議）核查船舶報告的相關數據，而該導則提出為便于數據驗證，主管機關可核查船舶官方日志等文件。《2022 年船舶能效管理計劃編制導則》（第MEPC.346（78）號決議）強烈建議（船舶）定期進行碳排放監測，以核查數據的一致性以及協助驗證；應使用每日報告（如中午報告）或更高頻率的數據來監測船舶的燃料消耗等碳排放數據。船舶日志記錄了相關數據，因此可基于船舶日志來核查船舶每日或更高頻率的碳排放數據。

船舶主機作為主要的碳排放源，其碳排放數據的核查評估對整艘船舶至關重要。目前，船舶主機一般為主柴油機（以下統稱主機），因此，通過研究主機、螺旋槳的特性，基于航海日志和輪機日志等船舶日志記錄的船舶每日營運參數，利用功率、油耗率之間的關系，估算船舶主機每日的油耗量等碳排放數據，結合船舶裝載、污底、深/淺水航區、窄水道、風浪流等情況對船機槳配合的影響，判斷主機相關運行參數是否在工作范圍內，可為評估船舶日志記錄的主機碳排放數據的合理性提供依據，供相關方參考。

1 主機、螺旋槳的相關特性

主機的動力性指標包括平均指示壓力pi、指示功率pi、機械效率ηm、平均有效壓力pe、有效功率Pe等；經濟性指標包括指示油耗率gi、指示熱效率ηi、有效油耗率ge和有效熱效率ηe等。柴油機ηi、gi、ηe、ge、ηm的范圍見表1 所示[1]。

表1 柴油機ηi、gi、ηe、ge、ηm 的范圍

主機的pe和轉速n是互相獨立的參數，因此根據pe和n的變化情況，主機特性可分為速度特性、負荷特性、推進特性、調速特性、限制特性等。在不同特性下，主機的動力性指標和經濟性指標會有不同的變化規律，并在一定范圍內波動。主機允許工作范圍是由一組特定的特性曲線限定的，如圖1 中陰影部分所示，主機正常運轉時pe和n應落在陰影部分區域內。圖1 中：橫坐標為主機轉速相對額定轉速的百分比，縱坐標為主機功率相對額定功率的百分比；曲線l為等排氣溫度限制線，曲線3 為等扭矩限制線；曲線2 為全負荷速度特性線，曲線4 為超負荷速度特性線曲線，曲線8為最低負荷速度特性線；曲線5 為額定功率下的調速特性線，曲線6 為超負荷功率下的調速特性線；曲線7 為恒定的額定轉速下的功率線，曲線9 最低穩定轉速下的功率線，曲線10 為最低運轉轉速下的功率線；曲線11 為推進特性曲線[1]。

圖1 主機允許工作范圍

主機在穩定運轉時發出的功率與螺旋槳的吸收功率相等，因此主機的工況變化規律與螺旋槳有著相同的特性曲線11，即主機發出功率、螺旋槳吸收功率分別與轉速成三次方比例關系；當船舶阻力增大時，該特性曲線變得陡峭、比例系數變大，反之則變得平坦、比例系數變小。在船舶阻力改變的工況下，如風浪流、深/淺水航區、窄水道、裝載、船舶污底以及船舶轉向等，以及調距槳槳葉角度發生改變時，螺旋槳的運行工況影響主機的功率和轉速，使功率與轉速三次方比例關系發生變化，并在一定范圍內波動。

綜上，根據主機、螺旋槳的相關特性、允許工作范圍及機槳的配合，即功率、轉速之間的關系，基于船舶日志中記錄的各項參數值（尤其是主機運行參數、船舶外部工況參數），結合主機技術文件中的有效油耗率，估算主機每日的油耗量等碳排放數據，可用來推斷船舶日志記錄的主機油耗量、轉速等是否合理。

2 船舶日志中的碳排放相關記錄

船舶日志主要包括航海日志和輪機日志，是反映船舶生產活動的原始記錄和法定文件，其中記錄的多項參數和事項與船舶碳排放息息相關，是船舶報告的碳排放相關數據的重要來源。根據船舶日志記錄的每日各項營運信息，可以估算主機日油耗，因此船舶日志記錄可為核查評估船舶日志中記錄的主機日油耗等碳排放數據提供數據支撐，幫助判斷其記錄的合理性，是船舶碳排放數據核查的重要依據。

根據《GB 18093-2000 航海日志》，航海日志中航行、氣象/海況部分須至少按每班記錄，2 次（即2 h 一次）的頻率記錄規定的內容，中午測算部分在每日中午由二副統計填入，記事欄部分須據實按時間順序填寫有關船舶動態現象及動作，重大事項記錄部分由船長或大副記載船上非經常性及重大事件。其中與船舶碳排放密切相關的項目有：計程儀讀數、實測時速、推進器轉速、氣象海況（包括風、波浪、氣溫等）、抵離港前船首尾吃水、中午測算（包括重油/輕油的消耗量、添加量、現存量，晝夜航程、晝夜平均航速）、影響船舶能耗的事件（包括保障船舶安全或救助海上人命事件、冰區航行）等。

根據《GB 18436-2022 輪機日志和車鐘記錄簿》，Auto-0 級機艙的內燃機船輪機日志應每天至少記錄3 個班次，其中與主機碳排放核查密切相關的項目有：主機平均轉速、負荷指示、工作時間，主機燃料油/柴油的今日消耗、上日存結，以及正午報告中的理論航速、實際航速、滑失率、風向、風力、海況等。

3 主機碳排放核查評估

忽略燃油品種、環境因素修正等變量的影響，不考慮主機老化、性能下降以及燃油中的雜質、不完全燃燒等因素，對于營運中的船舶，主機在一定穩定運行工作時間內的油耗量可按式（1）計算：

式中：Q主主為主機在一定穩定運行工作時間內的油耗量，t；P主主為主機在時間T 內平均有效輸出功率，其值為輪機日志中記錄的負荷指示與主機額定功率的乘積，kW；T 為輪機日志中記錄的主機運行工作時間，h；ge為主機在P主主下的有效耗油率，g/（kW·h）。對于ge值的獲取，可通過查閱船舶主機氮氧化物技術案卷或船舶試航報告等技術資料，得到主機在25%、50%、75%、100%額定功率工況下的有效耗油率，再通過線性插值的方法，獲取P主下的有效耗油率ge。

參考《2022 年船舶燃油消耗數據和營運碳強度主管機關驗證導則》中規定的差異范圍為±5%，超過此范圍則為重大差異，綜合考慮船舶日志中記錄值的測量誤差、記錄頻次以及主機油耗量估算值受燃油品種、環境、主機性能、油耗率取值、燃油燃燒轉化效率、燃油中的雜質等多種因素影響，可將主機油耗量估算值相對船舶日志記錄值的合理絕對偏差定為5%以內，否則為不合理，需要進一步核查評估。

如某滿載船舶，其主機額定功率為9 500 kW，在某航次期間的某日24h 的時間段內，輪機日志記錄的主機負荷指示為54%，主機正常運行，各項參數正常。查閱船舶技術資料并通過插值法得到主機在該負荷下使用船用柴油的有效耗油率ge為180g/（kW·h），則在該日24h 內主機消耗的船用柴油的質量可估算為Q主=9500kW×54%×24h×180g/（kW·h）×〖10〗^(-6)=22.16t，同時根據船用柴油和重質燃料油的低熱值比例關系（船用柴油和重質燃料油的低熱值分別取42 700、40 200kJ/kg），將估算得到的主機消耗的船用柴油的質量轉換為23.54 t 重質燃料油。而船舶輪機日志中記錄的該日主機重質燃料油消耗量為23.93 t，估算值相對記錄值的絕對偏差為1.6%，在合理范圍內，可以接受。查閱該日航海日志，無異常事件，船舶航行在大洋上，風為東南向、3～4 級，浪為東南向、2～3 級，推進器轉速（即主機轉速）為85 r/min，主機功率和轉速符合柴油機和螺旋槳的相關特性，與船舶滿載靜水試航報告中的主機功率、轉速（航速）曲線相比，在相同主機功率下，主機轉速相對較小，這是因為船舶受氣象海況、船體清潔度等的影響，船舶阻力增大，主機推進特性曲線變得相對陡峭。綜上，該船舶輪機日志上記錄的主機該日的油耗量等碳排放數據是合理的。

4 總結與展望

根據《防污公約》及相關導則的要求，基于主機特性、船舶日志，提出一種簡易的估算船舶主機油耗量的方法，進而與船舶日志記錄的油耗量相比，結合船舶營運狀況，來核查評估船舶主機營運碳排放情況。由于主機油耗量的估算值受多種因素影響，其與記錄值的絕對偏差可定在5%以內。未來可綜合考慮主機油耗量估算值的各種影響因素，根據更多的主機碳排放相關數據，結合專家經驗值，提出更加準確的計算評估模型，確定合理的估算值相對記錄值的偏差范圍，為主機碳排放核查提供理論依據。