中國國際海運溫室氣體排放預(yù)測＊

顧偉紅 徐瑞華

（上海海事大學(xué)交通運輸學(xué)院1） 上海 201306） （同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院2） 上海 201804）

0 引 言

2009年國際海事組織（IMO）發(fā)布關(guān)于船舶溫室氣體排放的第二份研究報告（以下簡稱《2009研究報告》）［1］，數(shù)據(jù)表明，1990～2007年間，全球海運溫室氣體排放平均年遞增3.75%.如果不采取任何政策或措施，2050年海運溫室氣體排放量可能會較2007年排放水平增長2～3倍.為應(yīng)對全球氣候變化，保護環(huán)境，航運業(yè)自身降低碳排放要求強烈.

目前，海運業(yè)溫室氣體減排問題的談判在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》以及國際海事組織這2個框架下同時進行.其中國際海事組織擬對國際海上運輸?shù)臏厥覛怏w排放采取包括技術(shù)、營運和市場機制方面的一系列措施加以限制，國際海運業(yè)減排壓力驟然上升.

本文研究了影響海運溫室氣體排放量的因素，采用情景模擬預(yù)測法，對2020～2050年中國國際海運溫室氣體排放量進行預(yù)測，揭示了中國國際海運溫室氣體排放量發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，該結(jié)果可以為評估中國在可能實施的國際海運溫室氣體減排市場機制中的成本提供依據(jù).

1 影響海運溫室氣體排放量的因素

自船舶排放的溫室氣體主要來源于4個途徑，即船舶廢氣排放、所載運貨物的排放、制冷劑的排放以及其他排放.IMO《2009研究報告》稱CO2是海運溫室氣體中的主要成分，占整個海運溫室氣體排放的96%.所以本文主要以CO2排放為主要研究對象.

測量溫室氣體排放的最常用的方法學(xué)是把有關(guān)人類活動發(fā)生程度的信息（稱作“活動數(shù)據(jù)”）與量化單位活動的排放量或清除量的系數(shù)結(jié)合起來［2］（這些系數(shù)稱作“排放因子”）.因此，基本方程為

在海運部門，燃料消費量構(gòu)成活動數(shù)據(jù)，而每單位被消耗燃料排放的CO2的質(zhì)量作為一個排放因子加以計算.可見，一定時期內(nèi)海運溫室氣體排放量與海運燃油消耗量及所用燃料種類有關(guān)，而燃料消耗量取決于海運運輸周轉(zhuǎn)量和船舶能效.其相互間的關(guān)系為

研究數(shù)據(jù)表明，海運運輸周轉(zhuǎn)量與經(jīng)濟增長高度相關(guān).1992～2008年間，世界經(jīng)濟GDP年均增長率為2.94%，同期世界海運年均增長率為4.04%（見圖1）.船舶運輸量取決于國際貿(mào)易對海上運輸?shù)男枨?，它和一定時期內(nèi)國際經(jīng)貿(mào)活動的規(guī)模以及運輸需求在不同運輸方式之間的分配有關(guān).具體而言，國際經(jīng)濟活動、原材料的地理分布、最終消費和生產(chǎn)組織決定了運輸需求的流量和流向；海運運輸成本、運價以及它在多種運輸方式中的競爭能力決定了它從總運輸需求中得到的份額.

圖1 世界海運量增長率與世界經(jīng)濟增長率的對比

船舶能效取決于船舶設(shè)計能效和船舶營運組織能效這2個因素.船舶設(shè)計能效與船舶類型（例如，船舶發(fā)動機類型，船體大小和形狀）及各種節(jié)能技術(shù)的采用有很大關(guān)系，國際海運界有關(guān)提高船舶能效的強制性規(guī)定以及實施時間也是一個非常重要的影響因素；而船舶技術(shù)性能是影響船舶營運能效的技術(shù)關(guān)鍵，所以做好船舶的維護保養(yǎng)工作對于提高船舶能效有很好的保證作用；此外，船東還會根據(jù)運輸市場供給狀況（如租金水平）、船隊規(guī)模以及燃料價格等因素，以降低能耗為目標，對現(xiàn)有船隊在船舶運行組織方式、營運航速以及航線配船等方面尋求最佳的配置.

圖2歸納了影響船舶CO2排放的主要因素及其與排放量之間的直接或間接的關(guān)系.

2 海運溫室氣體排放情景模擬預(yù)測法

由于對2013～2050年海運溫室氣體排放的估測是一個非常長的時期，很多因素無法確定，因此采用情景模擬預(yù)測法來預(yù)測.情景模擬預(yù)測法是全球應(yīng)對氣候變化排放預(yù)測研究中常用的方法，該法首先預(yù)設(shè)計未來可能出現(xiàn)的、有代表性的社會經(jīng)濟活動場景，然后結(jié)合燃料性質(zhì)和能源效率水平，對這些場景下可能的溫室氣體排放進行預(yù)測.

圖2 影響海運溫室氣體排放量的因素

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在其《2000年IPCC排放情景特別報告》［3］（以下簡稱《IPCC SRES》）中公布了一組新的情景設(shè)計用以更好地描述未來全球環(huán)境變化，這組情景具體標記為 A1，A2，B1和B2（見表1），分別代表了未來經(jīng)濟全球化還是區(qū)域化發(fā)展、以發(fā)展經(jīng)濟為導(dǎo)向還是以環(huán)境保護為導(dǎo)向的幾種可能的模式組合，在這個設(shè)計中主要考慮了人口、經(jīng)濟、技術(shù)、能源、土地使用和農(nóng)業(yè)狀況等因素.

表1 IPCC排放情景特別報告中的情景設(shè)計

其中，情景A1代表著一個經(jīng)濟增長非?？斓奈磥硎澜?，全球人口在本世紀中葉，即2050年，達到高峰之后開始下降，迅速引進新的和更有效的技術(shù)；以經(jīng)濟、文化的融合和能力建設(shè)為發(fā)展主題，人均收入地區(qū)差異大幅減少；在這個世界里，人們追求個人財富，而不是環(huán)境質(zhì)量.根據(jù)未來可能的化石能源需求狀況，又將A1情景族進一步劃分為3種情景：分別代表化石燃料加強型A1FI情景、非化石燃料占主導(dǎo)地位的A1T情景以及能源平衡的A1B情景.

情景A2.一個極不均衡的世界，經(jīng)濟發(fā)展面向區(qū)域，自給自足，保持當?shù)靥厣?；各地域間生產(chǎn)力方式的趨同異常緩慢，人口持續(xù)增長；與其他情景相比，經(jīng)濟增長較為分散而緩慢.

情景B1.一個趨同的世界，有著與A1故事情節(jié)中一樣的全球人口數(shù)，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)向服務(wù)和信息經(jīng)濟迅速轉(zhuǎn)變，材料強度降低，并引進清潔和資源高效的技術(shù).

情景B2.一個著力于尋找關(guān)于經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的當?shù)氐慕鉀Q方案的世界，不斷增加的人口（低于情景A2）以及中等的經(jīng)濟發(fā)展狀況.

對中國國際海運溫室氣體排放的預(yù)測將根據(jù)《IPCC SRES》中設(shè)置的6種經(jīng)濟發(fā)展情景，預(yù)測中國國際海運周轉(zhuǎn)量，再結(jié)合船舶規(guī)模效益以及船舶技術(shù)能效進步因素，預(yù)測2020～2050年中國國際海運溫室氣體的排放軌跡.

3 主要參數(shù)的確定

3.1 中國國際海運運輸周轉(zhuǎn)量

1）基于世界海運同步增長水平的周轉(zhuǎn)量預(yù)測 IMO《2009研究報告》就6種模擬情景下未來世界海運周轉(zhuǎn)量進行預(yù)測，在這6個情景中，A1B情景下未來海運周轉(zhuǎn)量增長最快，年增長率為3.3%；B2情景下未來海運周轉(zhuǎn)量增長最緩慢，年增長率為2.7%.

本文假定中國國際海運周轉(zhuǎn)量年增長速度與全球海運運輸需求同步增長，也就是說采用IMO 6種情景下的海運增長率作為中國國際海運運量增長率（見表2），表中基準值是它的平均值，高、低值分別是某種情景下可能出現(xiàn)的最高和最低增長率.

2）基于中國經(jīng)濟增長速度的周轉(zhuǎn)量預(yù)測第2種預(yù)測中國國際海運周轉(zhuǎn)量的方法是依據(jù)中國國際海運量與中國國民經(jīng)濟發(fā)展水平之間的相關(guān)關(guān)系進行.統(tǒng)計數(shù)據(jù)測得中國國際海運的發(fā)展與中國國民經(jīng)濟發(fā)展水平存在著高度相關(guān)性，如模型（3）所示.

式中：Qc為中國國際海運運輸量；GDPc為中國國民生產(chǎn)總值.

參照清華大學(xué)能源所2011年提出的未來中國國民生產(chǎn)總值的預(yù)測值，2010～2020年期間年均增長9%，2020～2035年期間年均增長6%，2035～2050年期間年均增長3.8%，根據(jù)相關(guān)系數(shù)模型（3），計算得到，2013～2019年期間，中國國際海運周轉(zhuǎn)量年均增長率為7.83%，2020～2034年期間為5.23%，2035～2050年期間為3.31%.

3.2 船舶綜合能效

IMO《2009研究報告》認為，基準情形下，2020年船舶能效可以提高12%，2050年可以提高39%.2007年中國國際海運船舶單位能耗值為2.479kg／（kt·km）（根據(jù)文獻［4］的數(shù)據(jù)測得）.按照這個基準，測得2008～2020年間中國國際船舶能效年均提高1.27%，2020～2050年間船舶能效年均提高1.21%，因此，2020年中國國際海運船舶相應(yīng)的單位能耗值為2.181 5kg／（kt·km），2050年為1.512 2kg／（kt·km）.

3.3 燃料碳排放因子

CO2排放因子是基于燃料品種含碳量以及燃料中碳的非氧化份額計算得到的.國際海運船舶主要是由大功率中低速柴油發(fā)動機驅(qū)動，航行時主要使用殘渣燃料油（重油），停泊時主要使用燃料油（輕油）.聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2006年《IPCC優(yōu)良做法指南》中建議采用由勞埃德船級社確定的排放因子，即：重油CO2排放因子為3 130kg／t燃油，輕油的CO2排放因子為3 190kg／t燃油.考慮到海運業(yè)在未來幾十年中還不可能大規(guī)模地采用其他清潔燃料，因此，在這個預(yù)測期內(nèi)，仍采用重油作為國際海運主要燃油.

4 未來中國國際海運業(yè)排放預(yù)測

依據(jù)上文分析，未來中國國際海運船隊CO2溫室氣體排放量將與未來中國海運貿(mào)易需求量、船舶能效進步水平以及所使用燃料的CO2排放因子有關(guān)，即

下文將依據(jù)模型（4），基于不同情景下的中國國際海運增長速度，估算2010～2050年中國國際海運業(yè)CO2排放量.

4.1 運輸需求平均增長速度下的排放

該情景假設(shè)中國國際海運量以世界運輸需求平均發(fā)展速度增長.計算結(jié)果表明，中國國際海運CO2排放量2050年之前沒有拐點.A1情景下，2020年中國國際海運CO2排放量將比2010年增長15%，2050年將比2010年增長111%；而A2，B1和B2情景下中國國際海運CO2排放量增長較緩.結(jié)果見表3.

表3 平均增長速度下中國國際海運CO2排放量萬t

4.2 運輸需求高速度增長下的排放

估算結(jié)果表明，運輸需求高速度增長情況下，中國國際海運CO2排放量不斷增長，2050年之前沒有拐點，其中，A1T情景下增長速度最大，2010～2050年間平均年增長3.68%，B2情景下平均年增長1.94%.預(yù)測結(jié)果見表4.

表4 高速度增長下中國國際海運CO2排放量萬t

4.3 運輸需求低速度增長下的排放

運輸需求低速度增長情況下，2010～2050年期間，A1情景下中國國際海運CO2排放量增幅不大，平均年增長0.1%，A2，B1和B2情景下，海運CO2排放量逐年下降，其中B2情景排放水平最低，平均年遞增－0.45%，這是由于運輸需求年均增長1%左右，而船舶能效不斷提高所致.預(yù)測結(jié)果見表5.

表5 低速度增長下中國國際海運CO2排放量萬t

4.4 中國速度下的排放

考慮到中國經(jīng)濟增長速度平均高于世界經(jīng)濟發(fā)展水平，與經(jīng)濟高度相關(guān)的國際海運發(fā)展速度也是如此.因此，本文測算了基于中國經(jīng)濟發(fā)展速度下的中國國際海運溫室氣體排放，結(jié)果顯示其趨勢與世界海運高速度發(fā)展下的情景相似（見圖3）.具體而言，2010～2050年間中國國際海運CO2排放量平均年增長3.35%，2040年前高于高運輸需求下A1T情景的排放量，2040～2050年間發(fā)展速度比高運輸需求A1T情景低，結(jié)果見表6.

圖3 中國速度下的相應(yīng)排放量與高運輸需求下的預(yù)測值對比

表6 中國速度下中國國際海運CO2排放量 萬t

5 結(jié) 論

影響海運CO2排放量的主要因素是船舶活動強度、船舶綜合能效和船用燃料的進步狀況，其中，中國國際航行船舶活動強度深受世界經(jīng)濟貿(mào)易發(fā)展水平、中國對外貿(mào)易規(guī)模和格局的影響.由于這些因素與未來社會經(jīng)濟的發(fā)展模式密切相關(guān)，因此，本文采用情景模擬的方法研究多種情景下未來中國國際海運CO2排放趨勢.

結(jié)果表明，如果運輸需求以高速、平均速度以及中國速度這3種情況發(fā)展，2020～2050年中國國際海運CO2排放呈不斷增長趨勢，2050年之前沒有峰值；如果運輸需求以低速水平發(fā)展，A1情景排放量增長緩慢，平均年增長0.1%，而A2，B1和B2情景下海運CO2排放量逐年下降，B2情景排放水平最低，平均年遞增－0.45%.由此可以看出，未來經(jīng)濟發(fā)展模式對海運排放的影響很大，改變經(jīng)濟發(fā)展的模式，發(fā)展以服務(wù)業(yè)為主、促進更多的區(qū)域貿(mào)易的經(jīng)濟，改變經(jīng)濟發(fā)展對運輸?shù)膹娏乙蕾?，將有助于運輸業(yè)的減排.

研究結(jié)果還表明，未來中國國際海運CO2排放量增長勢頭比世界海運更快，減排形勢不容樂觀.以運輸高速發(fā)展模式為例，A1T情景下，2020年中國國際海運CO2排放量比2007年增加39.3%，2050年將增加355%；而相同經(jīng)濟模式下，全球海運CO2排放量2020年比2007年增長21.6%.如果未來在全球范圍內(nèi)實施限制國際海運CO2排放量的相關(guān)市場機制，中國國際海運業(yè)將承受較大的壓力.

［1］International Maritime Organization（IMO）.Second IMO GHG study.［EB／OL］.https：／／webaccounts.imo.org／Common／.2009.

［2］Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）.2006IPCC Guidelines／Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories.［DB／CD］.2006.

［3］Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC）.IPCC special report on emissions scenarios.［DB／OL］.http：／／www.grida.no／climate／ipcc／emission／

［4］中華人民共和國交通部.公路水路交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，2007－2011年各年公報.［EB／OL］.http：／／www.moc.gov.cn／zhuzhan／tongjigongbao／fenxigongbao／hangyegongbao／201104／t20110428 ＿937558.html.2011