現(xiàn)有船能效指數(shù)和營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)對船舶的影響

蔡躍勝,楊春華,李巖

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

航運(yùn)(國際、國內(nèi)和漁業(yè))排放的溫室氣體(GHG)——包括CO、CH和CO，以COe表示，總量已從2012年的9.77億t增加到2018年的10.76億t(增長9.6%)。根據(jù)新的基于航程的國際航運(yùn)分配，同期CO排放量也從2012年的7.01億t增加到2018年的7.4億噸(增長5.6%)，但增長率低于航運(yùn)總排放量，且在這一時期全球CO排放量的占比大致恒定(約2%)。預(yù)計(jì)到2050年，排放量將從2018年約占2008年排放量的90%增加到2008年排放量的90%～130%。為實(shí)現(xiàn)國際溫室氣體減排的戰(zhàn)略目標(biāo)，船舶行業(yè)增加了EEXI和CII的實(shí)施。EEXI是對現(xiàn)有船舶達(dá)到的能效設(shè)計(jì)指數(shù)提出了要求，CII對船舶實(shí)際的營運(yùn)能效提出了要求。許多現(xiàn)存船舶的EEXI不符合要求，必須采取措施，否則將影響到船舶能否營運(yùn)。為此以一型通用型LNG船作為研究對象，結(jié)合國際海事組織最新發(fā)布的營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)CII指導(dǎo)文件開展CII指標(biāo)評級及對LNG船設(shè)計(jì)的影響分析。

1 EEXI介紹及應(yīng)對措施

1.1 EEXI簡介

EEXI是現(xiàn)有船能效指數(shù)，適用于2023年1月1日之前交付或重大改建的總噸位400及以上的散貨船、液貨船、集裝箱船等。每艘船舶應(yīng)該計(jì)算“達(dá)到的EEXI(Attained EEXI)”,并附上EEXI技術(shù)案卷并進(jìn)行驗(yàn)證。

達(dá)到的EEXI與達(dá)到的EEDI的計(jì)算公式完全一樣，參數(shù)定義也一樣，僅部分參數(shù)另有補(bǔ)充說明。要求的現(xiàn)存船舶能效指數(shù)也是基于新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)基線值進(jìn)行折減,其計(jì)算式如下。

(1)

式中：為折減系數(shù)，MEPC.328(76)對EEXI要求的折減系數(shù)基本等同于2022年4月1日生效的對新造船的要求(EEDI Phase2或Phase3，視船型而定)，但對部分船型有所放寬。

1.2 EEXI應(yīng)對措施

1)按照《為符合EEXI要求的軸/發(fā)動機(jī)功率限制系統(tǒng)及使用儲備動力指南(2021)》(MEPC.335(76))采取軸功率/主機(jī)功率限制措施來改善“達(dá)到的EEXI”，以滿足“要求的EEXI”。

2)采用節(jié)能減排技術(shù)來改善“達(dá)到的EEXI”，以滿足規(guī)范要求?？尚械姆桨赣校孩倮糜H環(huán)境能源，如低碳燃料LNG等，零碳能源如風(fēng)能、太陽能和氫能等，提高使用親環(huán)境能源的占比——改動大，成本高；②采用節(jié)能導(dǎo)管、低阻涂料和氣泡減阻等手段提高航速。

根據(jù)EEXI計(jì)算導(dǎo)則，簡化模型，以裝機(jī)功率小于10 000 kW，無冰區(qū)加強(qiáng)、無軸帶發(fā)電機(jī)和軸馬達(dá)的某型船為例，分析限制主機(jī)功率和提高航速分別對該EEXI的貢獻(xiàn)力度。

各限制功率下,基于原達(dá)到的EEXI的折減系數(shù)，新達(dá)到的EEXI的折減系數(shù)見表1、圖1。

表1 限制主機(jī)功率對于達(dá)到的折減系數(shù)的改善(裝機(jī)功率小于10 000 kW)

圖1 主機(jī)功率限制比R-達(dá)到的折減系數(shù)Y(裝機(jī)功率小于10 000 kW)

=(-0167 3+1031 5+0197 3)+

(16725 1-103152 2+80269 9)

(2)

新折減系數(shù)首次增加5，則限制的主機(jī)功率大約在84%MCR左右；限制功率低于90.36%MCR后，限制功率每降低1%MCR折減系數(shù)增加0.7左右，等，可依此進(jìn)行快速評估所需限制功率的設(shè)置點(diǎn)。

3)通過節(jié)能裝置提高航速，效果評估見表2。

表2數(shù)據(jù)顯示，安裝節(jié)能裝置提高航速，對于EEXI改善有限，很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。假設(shè)主機(jī)功率限制在85%MCR，安裝節(jié)能效果5%的節(jié)能裝置后，新的EEXI較初始EEXI可降低6.3%=(1-4.7%)(1-1.07%)；但如果將主機(jī)功率重新限制在80.75%MCR(85%MCR×(1-5%)),則EEXI可降低7.9%。因此，可通過采用限制主機(jī)功率與安裝節(jié)能裝置結(jié)合的方式，節(jié)能效果反應(yīng)在主機(jī)功率的限制上，可以更好地降低EEXI。

表2 節(jié)能效果對于達(dá)到的折減系數(shù)的改善

2 CII實(shí)施影響及應(yīng)對措施

2.1 CII簡介

CII適用船型與EEXI適用船型相同，但適用于5 000總噸及以上的船舶。CII的制定是為了實(shí)現(xiàn)平均碳強(qiáng)度的戰(zhàn)略指標(biāo)，以2019年船舶燃油消耗的數(shù)據(jù)收集和報告系統(tǒng)(IMO DCS)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制定了不同船型及不同噸位船舶的“要求的年度營運(yùn)CII(Required annual operational CII)”基線，且每年進(jìn)行折減。船舶年度(每年的1月1日—12月31日)營運(yùn)碳強(qiáng)度計(jì)算式如下。

(3)

式中：=×年度CO排放總量；為燃油品種；為IMO DCS中燃油品種j年度消耗總量，g；為燃油品種的CO轉(zhuǎn)換因子；=×年度運(yùn)輸工作量；為運(yùn)載能力，定義同EEDI，但集裝箱船也取夏季吃水時的載重噸(DWT);為IMO DCS數(shù)據(jù)的年度總航程，n mile。

以2019年各船型的營運(yùn)碳強(qiáng)度指數(shù)制定的碳強(qiáng)度參考線計(jì)算式如下。

=×Capacity-

(4)

式中：為營運(yùn)碳強(qiáng)度參考值；Capacity為運(yùn)載能力；和參數(shù)依船型不同而數(shù)值不同。定義液化天然氣運(yùn)輸船參考線參數(shù)見表3，液化天然氣運(yùn)輸船的參考線見圖2。

表3 定義液化天然氣運(yùn)輸船CIIref參考線的參數(shù)

圖2 液化天然氣運(yùn)輸船的CIIref參考線

船舶要求的年度營運(yùn)碳強(qiáng)度計(jì)算式如下。

=(1-100)×

(5)

式中：為參考的年度營運(yùn)碳強(qiáng)度；/100為折減系數(shù)，2023年為5%，2024年為7%，2025年為9%，2026年為11%，2027年及以后待定。

達(dá)到的年度營運(yùn)CII，需根據(jù)要求的年度營運(yùn)CII確定船舶的營運(yùn)碳強(qiáng)度等級。營運(yùn)碳強(qiáng)度等級從高到低分“A”“B”“C”“D”“E”5個等級，各營運(yùn)碳強(qiáng)度等級的邊界偏離要求的年度營運(yùn)碳強(qiáng)度的向量見圖5。

圖3中所示各邊界與要求的年度營運(yùn)碳強(qiáng)度的計(jì)算式如下。

圖3 向量dd與要求的年度營運(yùn)碳強(qiáng)度CIIReq

(6)

式中：、、和分別表示如圖3所示上界、下邊界、上邊界和下界；、、和表示如圖3所示邊界與的偏離向量。

向量依船型不同而數(shù)值不同，表4僅列出了LNG船的，圖4顯示了10萬載重t以下的LNG船達(dá)到的CII與各年度要求的CII比值等級邊界。

表4 決定液化天然氣運(yùn)輸船CII等級各邊界的向量dd

圖4 10萬t以下LNG船達(dá)到的CII與 各年度要求的CII的比值邊界

2.2 CII實(shí)施影響及應(yīng)對措施

CII于2023年1月1日生效。適用CII的船舶，2023年1月1日之前交付或重大改建的，應(yīng)在2023年1月1日之前完成船舶能效管理計(jì)劃(SEEMP)的修訂；2023年1月1日及以后交付或重大改建的船舶，應(yīng)在船舶交付或重大改建完成時，為船舶配備符合IMO要求的SEEMP。船舶SEEMP應(yīng)包含的內(nèi)容如下。

1)描述計(jì)算達(dá)到的年度營運(yùn)CII的方法及將計(jì)算報告給主管機(jī)關(guān)的流程。

2)列出船舶未來3年要求的年度營運(yùn)CII。

3)制定一個實(shí)施計(jì)劃描述如何滿足未來三年的要求的年度營運(yùn)CII。

4)制定一個自我評估及持續(xù)改進(jìn)的程序。

2024年及之后的每年年初，船舶應(yīng)該根據(jù)IMO DSC數(shù)據(jù)計(jì)算上一年度12個月期間達(dá)到的年度營運(yùn)CII，并提交主管機(jī)關(guān)。營運(yùn)碳強(qiáng)度評級為“E”或連續(xù)三年評級為“D”的船舶，公司應(yīng)修訂SEEMP，納入改進(jìn)措施計(jì)劃，描述如何通過實(shí)施改進(jìn)措施計(jì)劃達(dá)到營運(yùn)碳強(qiáng)度等級。

因?yàn)镃II是船舶實(shí)際年度營運(yùn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來評估該年度達(dá)到的CII評級等級，為此，通過建立理論營運(yùn)模式來評估CII的影響。

1)以某型通用型LNG船為研究對象，計(jì)算達(dá)到的CII，并對營運(yùn)碳強(qiáng)度進(jìn)行評級，結(jié)果見表5。

表5 某LNG船營運(yùn)碳強(qiáng)度評級預(yù)測表

表5表明：該型船采用燃油模式，以20.5 kn航速運(yùn)營，2023年至2025年的營運(yùn)碳強(qiáng)度評級將連續(xù)3年評為“D”,2026年將必須進(jìn)行改善——如降速以19.0 kn營運(yùn)即可評級為“C”。但如果采用燃?xì)饽Ｊ綘I運(yùn)，則CII評級多數(shù)為最高級別的“A”，最差也達(dá)到了級別“B”，可見使用CO2低排放燃料的減排效果明顯。

3 結(jié)論

1)影響EEXI與EEDI的因素一樣，因此提高EEDI的措施同樣可實(shí)施于需提高EEXI的船舶。但因?yàn)镋EXI實(shí)施的對象為現(xiàn)有營運(yùn)船舶，有一定的限制，如線型優(yōu)化、低碳燃油(雙燃料主機(jī))等措施可行性太差。

2)對于營運(yùn)船舶，改善EEXI能效指數(shù)最容易實(shí)現(xiàn)的措施之一是限制主機(jī)功率，降速營運(yùn)；長遠(yuǎn)有效的措施是限制主機(jī)功率+增加節(jié)能裝置改善船舶推進(jìn)性能，EEXI的改善措施，同樣可以改善船舶的CII指標(biāo)評級。當(dāng)然也可以通過降低載貨量的營運(yùn)方式降低能耗，從而減少CO排放，滿足CII指數(shù)評級要求。

3)對于新造船舶，EEXI與EEDI計(jì)算完全一致，只要EEDI指標(biāo)滿足第三階段要求即可，新船的EEDI越低，營運(yùn)后的達(dá)到高CII評級級別越容易，但新造船運(yùn)營后，CII指標(biāo)評級要求是逐年提高的。

4)對于雙燃料船舶，運(yùn)營中采用CO排放較低的清潔燃料,比如LNG，可有效提高營運(yùn)碳強(qiáng)度CII的評級水平。