我國中小型船舶CO2排放實(shí)際情況及排放標(biāo)準(zhǔn)的適用性分析

于巧嬋，駱義

(交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院 船舶運(yùn)輸技術(shù)研究中心，北京 100088)

我國中小型船舶CO2排放實(shí)際情況及排放標(biāo)準(zhǔn)的適用性分析

于巧嬋，駱義

(交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院 船舶運(yùn)輸技術(shù)研究中心，北京 100088)

結(jié)合各省上報(bào)及實(shí)地調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對全國中小型船舶噸位分布及油耗水平、中小型船舶能效狀況對于我國整體船舶能效水平的影響進(jìn)行分析，并通過實(shí)船樣本數(shù)據(jù)計(jì)算分析不同噸級船舶CO2排放水平、樣本離散程度。結(jié)果表明，目前我國中小型船舶實(shí)際排放情況與CO2排放限值要求差距較大，建議對相關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行調(diào)整，或針對中小型船舶進(jìn)行限值折減。

中小型船舶；CO2排放；實(shí)船計(jì)算；離散程度

2011年7月，MEPC(海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì))第62次會(huì)議通過《國際防止船舶造成污染公約》(The International Convention for the Prevention of Pollution From Ships，MARPOL)，其附則VI中的第4章為“新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)”(energy efficiency design index，EEDI)[1]，并宣布于2013年1月1日起對國際航行船舶強(qiáng)制實(shí)施。2012年9月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》[2]，規(guī)范了我國內(nèi)河及沿?？倗嵨?00及以上的干散貨船、集裝箱船和油船的CO2排放限值及驗(yàn)證方法。

對比國內(nèi)外2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對于船舶CO2排放指標(biāo)的計(jì)算原理是一致的，都是根據(jù)CO2排放量和貨運(yùn)能力的比值來表示船舶能效[3]。針對我國中小型船舶，論證其對于《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》的適應(yīng)性，為我國內(nèi)河及沿海船舶CO2排放相關(guān)政策的制定和調(diào)整提供參考。

1 我國中小型船舶規(guī)?，F(xiàn)狀

1.1 我國內(nèi)河及沿海運(yùn)輸船舶噸級分布

根據(jù)《2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，截止到2015年末，我國內(nèi)河及沿海運(yùn)輸船舶共計(jì)16.32萬艘，其中內(nèi)河船舶15.25萬艘，沿海船舶1.07萬艘[4]。

根據(jù)2015年26個(gè)省、自治區(qū)、直轄市上報(bào)交通運(yùn)輸部的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，截至2015年末，我國沿海船舶的平均噸位為5 370.92 t，內(nèi)河船舶的平均噸位為469.15 t。對各省不同噸位的船舶進(jìn)行分類，匯總整理后，得到表1的數(shù)據(jù)。

表1 2015年我國內(nèi)河及沿海船舶分噸級統(tǒng)計(jì)表

由表1可見，總噸位400以下的船舶數(shù)量規(guī)模最大，占全部船舶數(shù)量的60.3%，其噸位規(guī)模占全部船舶噸位的12.5%?？倗嵨淮笥?0 000的船舶數(shù)量規(guī)模最小，占全部船舶數(shù)量的0.9%，但船舶噸位占全部船舶噸位的27.0%，位居首位。

總噸位3 000以下的船舶，船舶數(shù)量規(guī)模占全部船舶數(shù)量的95.4%，其噸位規(guī)模占全部船舶噸位的52.1%。

1.2 我國內(nèi)河及沿海船舶年度耗油量分析

為統(tǒng)計(jì)我國內(nèi)貿(mào)船舶燃油消耗量，交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院于2015年對我國內(nèi)河和沿海的航運(yùn)公司、船民，以及輪機(jī)人員等進(jìn)行了包括實(shí)地調(diào)查、座談會(huì)、電話咨詢等多種方式的廣泛調(diào)研，最終計(jì)算得出我國內(nèi)河及沿海不同噸級船舶的年均燃油消耗量[5]，匯總整理后的數(shù)據(jù)見表2。

由表2可見，總噸位10 000以上的船舶，年度耗油量最多，占船舶總耗油量的34.2%，其次是總噸位401～1 000，和1 000～3 000的船舶，分別占船舶總耗油量的20.8%和19.1%，總噸位3 000以下船舶的年度耗油量，占船舶總耗油量的48.5%。

表2 2015年我國內(nèi)河及沿海船舶耗油量統(tǒng)計(jì)

1.3 中小型船舶CO2排放實(shí)際情況說明

通過以上分析可以看出，我國內(nèi)河及沿海船舶中，總噸位3 000以下的中小型船舶，其數(shù)量占全部船舶數(shù)量的95.4%，船舶噸位占全部船舶總噸位的52.1%，船舶年度耗油量占全部船舶耗油量的48.5%。中小型船舶，無論從規(guī)模、噸位還是耗油量方面，都占有舉足輕重的地位。

根據(jù)《營運(yùn)船舶燃料消耗限值及驗(yàn)證方法》[6]，營運(yùn)船舶的燃料消耗指數(shù)FCI的計(jì)算式為

(1)

式中:nME為主機(jī)數(shù)量；PME為主機(jī)最大持續(xù)功率減去軸帶發(fā)電機(jī)功率后的75%；SFCME為主機(jī)最大持續(xù)功率下的燃油消耗率；RME為主機(jī)所用燃料相對標(biāo)準(zhǔn)油的轉(zhuǎn)換系數(shù)；nAE為輔機(jī)數(shù)量；PAE為海上最大負(fù)荷工況所要求提供的輔機(jī)功率；SFCAE為輔機(jī)額定功率下的燃油消耗率；RAE為輔機(jī)所用燃料相對標(biāo)準(zhǔn)油的轉(zhuǎn)換系數(shù)；Capacity為載重量；V為船舶航速。

根據(jù)《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》，營運(yùn)船舶CO2排放指數(shù)ICO2的計(jì)算公式包括主機(jī)排放、輔機(jī)排放、主機(jī)新型節(jié)能技術(shù)、輔機(jī)新型節(jié)能技術(shù)4部分，其中，新型節(jié)能技術(shù)主要包括廢熱回收系統(tǒng)、風(fēng)力助航、燃料電池、太陽能發(fā)電等，并需取得驗(yàn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)可。目前我國船舶節(jié)能技術(shù)處于起步階段，國內(nèi)沿海及內(nèi)河還沒有使用新型節(jié)能技術(shù)的船舶，因此，節(jié)能技術(shù)取值為0，ICO2可簡化為主機(jī)排放、輔機(jī)排放兩部分，計(jì)算式如下。

(2)

式中：nME為主機(jī)臺數(shù)；PME(i)為第i臺主機(jī)最大持續(xù)功率減去軸帶發(fā)電機(jī)功率后的75%；SFCME(i)為第i臺主機(jī)在額定功率下的燃油消耗率；CFME(i)為第i臺主機(jī)所用燃油的CO2轉(zhuǎn)換系數(shù)；PAE為船舶正常航行時(shí)所需的輔機(jī)功率，就本標(biāo)準(zhǔn)而言，輔機(jī)僅指航行所需的發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，不包括燃油鍋爐；SFCME為輔機(jī)的燃油消耗率；CFAE為輔機(jī)所用燃油的CO2轉(zhuǎn)換系數(shù)；CW為載重量；Vref為船舶航速。

從式(1)和式(2)可見，影響船舶燃油消耗和CO2排放的主要參數(shù)如表3所列。

也就是說，船舶CO2排放指數(shù)與船舶燃料消耗指數(shù)的計(jì)算原理相同，計(jì)算公式中除轉(zhuǎn)換系數(shù)和輔機(jī)功率取值范圍有所不同外，其他影響參數(shù)完全一致，船舶的CO2排放與船舶的燃油消耗呈線性關(guān)系。我國3 000總噸以下的中小型船舶，船舶年度耗油量占全部船舶耗油量的48.5%，相應(yīng)地，我國總噸位3 000以下的中小型船舶，船舶CO2排放量占全部船舶CO2排放量的近一半，因此，降低中小型船舶CO2排放量，對于提升我國內(nèi)河及沿海整體船舶能效具有十分重要的意義。

表3 響船舶燃油消耗和CO2排放的主要參數(shù)

2 我國船舶CO2排放水平實(shí)船計(jì)算

2.1 樣本船舶的選取

在交通運(yùn)輸部長江航務(wù)管理局的“長江標(biāo)準(zhǔn)船型管理系統(tǒng)”中，有長江干流沿線地區(qū)的青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海11個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)上報(bào)的相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總了長江干線91 450艘船舶的相關(guān)信息。按照《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》中的適用船型，研究選取總噸位400以上的干散貨船、油船、集裝箱船共計(jì)5 435艘作為計(jì)算分析的樣本船舶。樣本船舶的平均噸位為2 156.6 t，其中干散貨船、油船、集裝箱船的數(shù)量比例見圖1。

2.2 船舶CO2排放計(jì)算

根據(jù)《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》，營運(yùn)船舶的CO2排放指數(shù)限值的計(jì)算公式為：

LimitCO2=a×DWT-c

(3)

式中的各項(xiàng)參數(shù)見參考文獻(xiàn)[2]。

2.2.1 分船型計(jì)算

根據(jù)公式(2)、(3)，計(jì)算所有樣本船舶的CO2排放指數(shù)與限值，并按照船型進(jìn)行分類，得到如下結(jié)果。

在5 435艘船舶中，CO2排放指數(shù)低于排放限值的船舶，即CO2排放滿足標(biāo)準(zhǔn)的船舶，共有2 462艘，也就是說，共有45.3%的船舶滿足CO2排放限值。分別計(jì)算干散貨船、油船、集裝箱船這3類船舶的CO2排放限值滿足率，其中油船的限值滿足率最低，僅為40.89%；集裝箱船的限值滿足率最高，達(dá)到73.67%。具體結(jié)果見表4。

表4 分船型CO2排放限值計(jì)算

2.2.2 分噸級計(jì)算

根據(jù)式(2)、(3)，計(jì)算所有樣本船舶的CO2排放指數(shù)與限值，并按照船舶噸位進(jìn)行分類，得到不同噸級船舶的CO2排放限值滿足率，見表5。

由表5可見，總噸位400～1 000的船舶，CO2排放限值的滿足率最低，僅為38.6%；總噸位9 001～10 000的船舶，CO2排放限值的滿足率最高，達(dá)到90.9%；其次為總噸位8 001～9 000的船舶，CO2排放限值滿足率為77.8%。

表5 分噸級船舶CO2排放限值計(jì)算

由圖2可見，船舶CO2排放限值滿足率隨著船舶噸位的上升呈逐步上升趨勢。

3 船舶CO2排放適應(yīng)性說明

3.1 船舶噸位與CO2排放適應(yīng)性分析

通過上述計(jì)算可知，在符合《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》適用范圍的3大船型中，集裝箱船的CO2排放指標(biāo)最好，限值滿足率達(dá)到73.67%；其次為干散貨船，為44.24%；油船的CO2限值滿足率為40.89%，位列第三。

對于不同噸位的船舶，其CO2排放的限值滿足率總體上隨船舶噸位的提高而呈上升趨勢，總噸位8 000以上的船舶，其CO2排放限值滿足率達(dá)到77.6%，而總噸位400～1 000 t的船舶，其CO2排放限值滿足率僅為38.6%?？倗嵨? 000以下的中小型船舶，其CO2排放限值滿足率為40.3%，對于《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》計(jì)算指標(biāo)與限值的適應(yīng)性不強(qiáng)。

將圖2進(jìn)行多項(xiàng)式曲線擬合，擬合曲線見圖3。

交通運(yùn)輸部在制定船舶CO2排放基線時(shí)，選取70%符合率作為基線[7]。按照圖7中擬合曲線的公式計(jì)算，當(dāng)船舶CO2排放限值滿足率為70%時(shí)，對應(yīng)的船舶噸位為8 256 t，也就是說，在本研究所選取的樣本船舶中，總噸位8 256以上的船舶，可以保證有70%的船舶其CO2排放指數(shù)符合限值要求。

3.2 離散程度分析

為進(jìn)一步深入分析不同噸位船舶對于CO2排放限值的適應(yīng)性，分噸級計(jì)算船舶CO2排放的離散程度，其中包括三部分，第一部分為不同噸位船舶整體CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差，和“0”之間的離散程度；第二部分為不同噸位船舶CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差為正數(shù)的部分，和“0”之間的離散程度；第三部分為不同噸位船舶CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差為負(fù)數(shù)的部分，和“0”之間的離散程度。離散程度越大，則表明觀測變量各取值與0的差異程度越大。見表6、圖4。

由圖4可見，不同噸位船舶整體CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差，和“0”之間的離散程度，隨船舶噸位增大呈不規(guī)則變化；不同噸位船舶CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差為正數(shù)的部分，和“0”之間的離散程度，隨船舶噸位增大，整體上呈上升趨勢。也就是說，隨著船舶噸位增大，不僅CO2排放限值的滿足率上升，且其排放指標(biāo)小于排放限值的程度也越來越大。

表6 不同噸位船舶離散程度表

4 結(jié)論

1)船舶CO2排放限值滿足率整體上隨船舶噸位的上升而呈上升趨勢，且隨著船舶噸位增大，船舶CO2排放限值與CO2排放指標(biāo)之差為正數(shù)的部分，和“0”之間的離散程度越來越大，即船舶CO2排放指標(biāo)小于排放限值的程度越來越大。

2)EEDI針對國際航行海船，我國《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》中對于船舶CO2排放限值固定參數(shù)a、c的選取雖與EEDI不同，但計(jì)算原理相同，僅將CO2排放限值與船舶載重噸之間建立聯(lián)系。海船平均凈載重噸為29 350 t[4]，而我國內(nèi)河船的平均凈載重噸為819 t，差距巨大，運(yùn)用同一原理的CO2排放限值公式并不合理，不能真實(shí)反映中小型船舶CO2排放水平。

3)通過計(jì)算可知，總噸位3 000以下的中小型船舶，其CO2排放限值滿足率僅為40.3%，進(jìn)一步驗(yàn)證了《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》計(jì)算指標(biāo)與限值對于中小型船舶的適用性不強(qiáng)。而在我國內(nèi)河及沿海的運(yùn)輸船舶中，中小型船舶無論從規(guī)模、噸位還是耗油量方面，都占有舉足輕重的地位，是我國內(nèi)河航運(yùn)市場運(yùn)輸船舶中的主導(dǎo)力量。提高中小型船舶CO2排放水平，對于提升我國內(nèi)河及沿海整體船舶能效，具有十分重要的意義。

4)在EEDI的相關(guān)要求中，對于中小型船舶，如載重量為2萬t以下的散貨船和液貨船，1萬t以下的氣體運(yùn)輸船等，注明其可以在0到相應(yīng)降低指標(biāo)之間根據(jù)噸位插值執(zhí)行，且船型越小，允許要求的降低指標(biāo)越低[8]。這是因?yàn)橹行⌒痛皥?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)存在較大難度。因此，在我國的《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》中，應(yīng)考慮對相關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行調(diào)整，或針對中小型船舶進(jìn)行限值折減。

[1] MEPC.203(62). Annex19: resolution chapter4:regulations on energy efficiency for ships[R], International Convention for the Prevention of Pollution from Ships,1973/1978.).IMO,2011.

[2] 營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法JT/T827—2012[S].北京：交通運(yùn)輸部,2012.

[3] 嚴(yán)新平,新能源在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展及展望[J].船海工程,2010(6)：111-115.

[4] 2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[Z].北京:交通運(yùn)輸部，2015.

[5] 李清.中石化燃料油公司內(nèi)貿(mào)船加油網(wǎng)點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃[R].北京:交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，2015.

[6] 營運(yùn)船舶燃料消耗限值及驗(yàn)證方法JT/T826—2012[S].北京：交通運(yùn)輸部,2012.

[7] 彭傳勝,談我國的《營運(yùn)船舶CO2排放限值及驗(yàn)證方法》[J].航海技術(shù),2013(1):67-69.

[8] 國際海事組織海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì).國際防止船舶造成污染公約附則Ⅵ修正案決議MEPC.203(62)船舶能效要求[S].2011-07-15.

[9] MEPC.203(62), Annex1:draft guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index for new ships[R],International Convention for the Prevention of Pollution from Ships,1973/1978.IMO,2011.

The Actual Situation of CO2Emissions of Small-medium-sized Ship and Adaptability Analysis for Emission Standards in China

YU Qiao-chan, LUO Yi

(Institute of Waterborne Transport, Ministry of Transportation, Beijing 100088, China)

Through data sorting and field survey, the tonnage distribution and fuel consumption level of small-medium-sized ships were analyzed, as well as the influence of small-medium-sized ships’ energy efficiency level in our country. By sample calculation method, the CO2emission level in different tonnages, and the sample dispersion degree were studied. It was conclude that there is a large gap between the actual emissions of small-medium-sized ships with the CO2emission limit, so the calculation method should be adjusted, or the limit standard for small-medium-sized ships should be reduced.

small-medium sized ships; CO2emission; ship calculation; dispersion degree

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.021

2016-09-14

于巧嬋(1987—)，女，碩士，助理研究員

U692.1

A

1671-7953(2017)02-0088-05

修回日期：2016-09-28

研究方向:船舶節(jié)能減排技術(shù)