基于“IMO凈零框架規則草葉”的單船雙燃料合規路徑計算

國際海事組織（IMO）在其2025年4月召開的海上環境保護委員會（MEPC）第83屆會議上批準了“IMO凈零排放框架修正案草案”（以下簡稱“凈零框架草案”）。“凈零框架草案”涉及船舶燃料溫室氣體標準（GFS）和溫室氣體（GHG）排放定價機制兩大核心內容。本文根據“凈零框架草案”關于GFS和定價機制的具體要求，計算單艘船舶使用雙燃料的合規路徑，以供相關方參考。

1船舶年度GFI達到值的計算1：

船舶在某一年度燃料溫室氣體強度（GFI）達到值應按公式（1）計算：

式中： GFI_?g（f） 表示船舶在某一年度GFI達到值，單位為gCO2eq/MJ; j 表示燃料類型； J 表示報告期內使用的燃料種類總數（需報告至IMO船舶燃油消耗數據庫）；EIj表示 j 類燃料的溫室氣體強度，單位為 gCO₂eqMJ ，按全生命周期計算，并考慮IMO制定的導則）；Energy表示船舶在報告期內消耗的 j 類燃料能量，單位為MJ； Energy_total 表示船舶在報告期內的總能耗（包括但不限于燃油、岸電，以及風能推進和太陽能等零排放能源），單位為MJ。

2年度GFI目標值的計算和要求

船舶年度GFI目標值由2個層級構成：

1）基礎年度GFI目標值，即基礎目標;2）直接合規年度GFI目標值，即直接合規目標。船舶年度GFI目標值按公式（2）計算：GFI_T=（1-Z_T/100）?GFI₂₀₀₈

式中： GFI_T 表示船舶年度GFI目標值； T 表示表1所指的日歷年度； GFI₂₀₀₈ 表示GFI基準值（即 93.3gCO₂eqMJ ），代表2008年國際航運的平均GFI值；表示年度GFI折減系數，用于確保船舶GFI的持續改進，包括基礎目標和直接合規目標的年度折減系數，其具體數值見表1。

表1相對于GFI基準值的年度GFI目標值折減系數

3 GFI合規余額的計算

船舶年度GFI合規余額按公式（3）計算：

CB_GFI=（GFI_DT-GFI_12514141）×Energy_total

式中： CB_GFI 表示船舶年度GFI合規余額，單位為tCO_2eq ， GFI_DT 表示年度GFI直接合規目標值，單位為gCO2eq/MJ， GFI_???||_? 表示船舶年度GFI達到值，單位為 gCO₂eqMJ 若GFI合規余額等于或大于零，則該船舶被視為直接合規，并可就其正向合規余額獲得盈余單位。

若GFI合規余額小于零，則該船舶被視為不合規，即船舶存在合規赤字（ComplianceDeficit，CD），須通過實施GFI合規方法來平衡其赤字。

4合規赤字的計算

船舶的合規赤字是其排放量超出年度GFI目標值相應層級的量化值（單位為 ），按如下方式確定：

（1）對于年度GFI達到值等于或優于基礎目標但未達到直接合規目標的船舶，其第I級合規赤字（無第ⅡI級）按公式（4）計算：

CD_GFI，i=（GFI_DT-GFI_35916i）×Energy_total

式中： CD_GFI，i 表示船舶第I級合規赤字，單位為 tCO_2eq^°

（2）對于年度GFI達到值未達到基礎目標的船舶，其第I級合規赤字按公式（5）計算：

CD_GFI，i=（GFI_DT-GFI_BT）×Energy_total

其第ⅡI級合規赤字按公式（6）計算：

式中： CD_GFI，II 表示船舶第Ⅱ級合規赤字，單位為t CO_2eq ， GFI_BT 表示船舶年度GFI基礎目標值，單位為 gCO_2eq（MJ

5合規赤字的平衡

1）第I級合規赤字的平衡。船舶通過向“IMO凈零基金”繳納溫室氣體排放定價攤款（GHGemissionspricingcontributions）獲取補救單位（Remedialunit，RU）（第I級補救單位單價為100美元 nCO_2eq ），來平衡其第I級合規赤字。相關交易記錄體現在IMOGFI登記處簽發的船舶賬戶對賬單中。

2）第ⅡI級合規赤字的平衡。船舶可通過以下一種或多種GFI合規方法來平衡其第ⅡI級合規赤字（相關操作應記錄在IMOGFI登記處簽發的船舶賬戶對賬單中）：

（1）從其他船舶轉讓的盈余單位；

（2）以往報告期存儲的盈余單位；

（3）通過向“IMO凈零基金”繳納溫室氣體排放定價攤款所獲取的補救單位（第ⅡI級補救單位單價為380美元/t CO_2eq ）。

6合規燃料選擇與計算

6.1合規路徑- -雙燃料

基于目前MAN、Wartsila、WinGD等船用發動機主流廠商的研制和應用情況，在一般情況下，船舶動力裝置系統能夠兼容使用2種類型燃料——雙燃料（即傳統燃料如重質燃料油等 + 新型替代燃料如生物柴油、液化天然氣、甲醇、氨等），但在任一時刻，只使用一種燃料（引燃油、生物柴油與傳統燃料混合物等情況除外）。本文中的雙燃料是指傳統燃料（用F表示）和新型替代燃料（用A表示），而不是具體的燃料種類。

由于船舶的GFI要求是逐步收緊的，船舶采用雙燃料合規路徑（2種類型燃料按一定能量比例使用）是較為經濟的模式。在討論合規燃料選擇時，將雙燃料能量比例作為重要參數變量。

6.2雙燃料合規比例計算

對于某一船舶S，在“IMO凈零框架規則”生效實施后的某一日歷年度Y（如2030年），船舶的用能情況假設如下：

假設船舶在日歷年內使用2種類型的燃料，一種為傳統化石燃料F，用能量為，單位為MJ；另一種為新型替代燃料A，用能量為，單位為MJ，雙燃料相關參數具體見表2。

表2雙燃料相關參數

船舶總用能 E_T （單位為MJ）為：

E_T=E_F+E_A

雙燃料（ F+A ）使用比例X（以替代燃料A能量百分比表示，單位為 % ）為：（204號 （20船舶 GFI_?g（||?|） （單位為 gCO₂eq/MJ ）為： ΔX 亦可表達為： 船舶的燃料用能單價 P_f （ F+A 的價格，單位為美元／

GJ）： 將 ΔX 作為變量，對Pf進行簡化：

I級RU價格（單位為美元/t CO_2eq ）：

RU_I=100

Ⅱ級RU價格（單位為美元 /tCO_2eq ）：

RU_II=380

（1）當船舶不滿足基礎目標，即： GFI_i±3/44gt;GFI_BT （20I級合規赤字（單位為 tCO_2eq ）：

D1=∣（GFI_DT-GFI_BT）×E_T∣+1000000

I級補救單位（RU）成本（單位為美元）：

C_RUI=∣（GFI_DT-GFI_BT）×E_T∣÷1000000×RU_I

I級RU燃料折算價格（單位為美元 /GJ ）：

（204號 （204

Ⅱ級合規赤字（單位為 tCO_2eq ）：

（204號

若僅采用購買RU合規，則ⅡI級RU成本（單位為美元）：（20 C_RUII=1 0 GFI_BT-GFI 達到值 ）×E_T∣÷1000000×RU_π （204號Ⅱ級RU燃料折算價格（單位為美元/GJ）：

（

船舶合規總成本C（單位為美元）：

C=E_g÷1000×P_F+E_A÷1000×P_A

（204號 +（GFI 達到值 .GFI_BT）×E_T÷1000000×RU_II （20最終，船舶燃料合規單價 P （單位為美元/GJ）：

P（EF+E）1000

P=（1-X）×P_F+X×P_A+（GFI_BT-GFI_DT）

（20 （204號

P=（1-X）×P_F+X×P_A+（GFI_BT-GFI_DT） （204號

×0.1+[（1-X）×GFI_F+X

×GFI_A-GFI_BT]×0.38 （202

可以看出，P為以X為變量的線性函數。

（2）當船舶達到基礎目標，即：

I級合規赤字（單位為 tCO_2eq ）：

D_I^-∣（GFI_DT-GFI_BT）×E_T∣÷1000000

I級RU成本（單位為美元）：

（204號 C_RUI=∣（GFI_DT-GFI_BT）×E_T∣÷1000000×RU_I

MarineTechnology

航海技術

I級RU燃料折算價格（單位為美元/GJ）：

船舶無ⅡI級合規赤字。

船舶合規總成本C（單位為美元）：

最終，船舶燃料合規單價P（單位為美元 /GJ ）：

（5）當船舶 GFI_?gH 低于直接合規目標： GFIDT船舶可獲得盈余單位（單位為 tCO_2eq ）： 假設盈余單位（ tCO_2eq ）價格（單位為美元 /tCO_2eq ）：P_SUs=RU_II=380 盈余單位燃料折算價格（單位為美元 /GJ ）： 船舶合規總成本C（單位為美元）： 最終，船舶燃料合規單價P（單位為美元/GJ）：

（3）當船舶 GFI_???|{? 在基礎目標與直接合規目標之間，即： GFI_DT

I級合規赤字（單位為 tCO_2eq ）：級RU成本（單位為美元）： I級RU燃料折算價格（單位為美元 /GJ ）： 船舶無 II 級合規赤字。船舶合規總成本C（單位為美元）：C=E_F÷1000×P_F+E_A÷1000×P_A ÷1000000×RU_I （204號最終，船舶燃料合規單價 P （單位為美元/GJ）： （4）當船舶達到直接合規目標，即： 船舶無I級、ⅡI級合規赤字。船舶合規總成本C（單位為美元）：C=E_F÷1000×P_F+E_A÷1 000×P_A 最終，船舶燃料合規單價P（單位為美元 /GJ ）：

7計算實例

7.1雙燃料假設條件

以2030年為例，計算單艘船舶的雙燃料合規路徑。假設船舶在2030日歷年內使用雙燃料——傳統化石燃料F和新型替代燃料A，相關參數具體見表 3^[1] 。

表3雙燃料相關參數假設

7.2雙燃料合規計算

（1）船舶基礎目標和直接合規目標值2030年船舶GFI基礎目標值為：GFI_2030DT=85.8360gCO_2eq/MJ 2030年船舶GFI直接合規目標值為：GFI_2030DT=73.7070gCO_2eqMJ 若船舶僅使用F類燃料，則 X=0 ， ，與此同時，

P_?RUI=1.2129 美元 /GJ ， P_RU=3.1023 美元 /GJ ， P=17.3152 美元/

GJ。此時，船舶是不能滿足基礎目標的。因此，船舶須同

時使用F類和A類燃料來滿足合規要求，同時節省燃料成本。

（2）當船舶GFI達到基礎目標當船舶達到基礎目標，即： 令：

求得 X=13.8373% ，則 P_f=15.7675 美元 /GJ 。此時，P_?RUI=1.2129 美元/GJ， P=16.9804 美元 /GJ_o

（3）當船舶GFI在基礎目標與直接合規目標之間

當船舶在基礎目標與直接合規目標之間，即 73.7070gCO_2eq/ MJi≤iJ|iilt;85.8360gCO_2eqMJ°

=（1-X）×GFI_F+X×GFI_A

lt;85.8360gCO_2eq/MJ

求得 13.8373%f lt;19.8790 美元/GJ，此時 P_?RUI=1.2129 美元/GJ，16.9804美元 /GJ

（4）當船舶GFI達到直接合規目標

當船舶 GFI_???||? 接合規目標，即： GFI_i±≡0Mi?=73.7070gCO_2eq/ MJ （204號

求得 X=34.3949% ，則 Pf=19.8790 美元 /GJ_o 此時， P=P_f =19.8790 美元/GJ（無燃料獎勵）。

綜上，當船舶同時使用F類和A類燃料，隨著替代燃料A能量百分比X的提高，船舶逐漸降低，而船舶燃料合規單價P也隨著 ΔX 、單種燃料價格和排放因子、I/II級RU

價格，以及SU價格、相關獎勵等變化。在單種燃料價格和排放因子、I/II級RU價格等不變的情況下，在X的固定區間內，P與X呈線性關系。

8總結與展望

基于燃料溫室氣體標準和溫室氣體排放定價機制，計算了單船雙燃料（傳統化石燃料和新型替代燃料）的合規路徑。結果顯示：在假設條件下，當船舶不合規，X在（ 0，138373% ）時，P隨X呈線性下降關系，P在（17.3152，16.9804）；當船舶滿足基礎目標但不滿足直接合規目標，X在（ 13.8373%，34.3949% ）時，P隨X呈線性上升關系，P在（16.9804，19.8790）當船舶優于直接合規目標，X在（ 34.3949%，100% ）時，P隨X呈線性下降關系（暫不考慮SU交易和燃料獎勵）。

IMO通過制定并實施“IMO凈零框架規則”，明確了航運脫碳的未來發展路徑與方向，促使航運業實現能源轉型，逐步淘汰船用重/輕質燃料油、重/輕柴油、液化天然氣體、液化石油氣等化石燃料的使用，進而轉向基于全生命周期的零或近零溫室氣體排放的船用可持續燃料/能源/技術的使用，使航運業達到溫室氣體凈零排放。未來各方還須重點關注IMO對“凈零框架草案”各條款（如GFI折減因子、基金分配等）的協商結果，以及配套導則（如GFI計算導則、可持續燃料認證計劃導則）的制定進展，在燃料合規的條件下，盡量降低燃料成本。

參考文獻

[1]IMO.Highlights.[EB/OL]. [2025-05-05].https：// futurefuels.imo.org/.

本論文得到上海市科技計劃“上海船舶智能運維與能效監控工程技術研究中心”項目資助，項目編號：20DZ2252300。

作者簡介：

薛樹業，上海海事大學商學院、上海海事大學綠色航運研究院，工程師