豪華郵輪EEXI的履約要求與對策

趙春林

一、引言

為應(yīng)對全球氣候變暖，減少航運(yùn)業(yè)的溫室氣體排放，國際海事組織（IMO）提出碳排放控制目標(biāo)：到2030年CO2排放強(qiáng)度與2008年相比至少降低40%，2050年CO2年度總排放量與2008年相比至少減少50%、CO2排放強(qiáng)度要降低70%，并努力在本世紀(jì)盡早實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)零碳排放宏偉目標(biāo)[1]。

IMO第四次溫室氣體研究報(bào)告表明，2018年全球航運(yùn)CO2排放總量達(dá)10.56億t，與2012年相比增長了9.3%，占全球人為CO2排放量的比例也從2012年的2.76%上升至2.89%。該報(bào)告預(yù)測未來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的消耗，到2050年，航運(yùn)業(yè)的碳排放量仍會顯著上升。若以2008年的CO2排放量為基準(zhǔn)，2050年的CO2排放量將達(dá)到2008年的90%～130%，航運(yùn)業(yè)實(shí)現(xiàn)2030年和2050年碳減排目標(biāo)面臨巨大的挑戰(zhàn)。豪華郵輪產(chǎn)業(yè)一直都走在碳排放控制的最前沿，碳排放控制新技術(shù)也在豪華郵輪上不斷得到應(yīng)用。本文介紹豪華郵輪現(xiàn)有船舶能效指數(shù)（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）的履約要求和計(jì)算方法，分析影響豪華郵輪達(dá)到的EEXI（Attained EEXI）的各項(xiàng)因素及其要求的EEXI（Required EEXI）的變化趨勢，提出現(xiàn)有豪華郵輪適用的各項(xiàng)履約措施，為豪華郵輪營運(yùn)管理相關(guān)方提供參考。

二、豪華郵輪EEXI

（一）豪華郵輪EEXI的履約要求

EEXI是衡量船舶能效的技術(shù)指標(biāo)之一。根據(jù)MEPC.328（76）修訂的MARPOL公約附則VI規(guī)則23，豪華郵輪EEXI履約要求包括：

（1）適用于2023年1月1日之前交付或重大改建的400總噸及以上的非常規(guī)推進(jìn)的郵輪（不包括普通客船）。（2）每艘船舶應(yīng)按MEPC.350（78）要求計(jì)算Attained EEXI，并附上EEXI技術(shù)案卷。技術(shù)案卷應(yīng)包含計(jì)算Attained EEXI所必要的信息并顯示計(jì)算的過程。Attained EEXI需要船級社根據(jù)MEPC.351（78）EEXI驗(yàn)證導(dǎo)則進(jìn)行驗(yàn)證。（3）如船舶的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（Energy Efficiency Design Index，EEDI）已經(jīng)驗(yàn)證，且其Attained EEDI小于或等于Required EEXI，則Attained EEDI可作為Attained EEXI。在這種情況下，Attained EEXI可根據(jù)EEDI技術(shù)案卷進(jìn)行驗(yàn)證。（4）船舶應(yīng)在2023年1月1日之后，結(jié)合第一次船舶國際防止空氣污染證書的年度、中間或換證檢驗(yàn)（取早者）完成EEXI驗(yàn)證，并換發(fā)船舶國際能效證書。適用EEXI要求的重大改建船舶應(yīng)在完成重大改建后，對EEXI要求進(jìn)行驗(yàn)證并換發(fā)國際能效證書。

對于按照EEDI第二階段（Phase 2：2020年1月1日—2022年3月31日）、第三階段（Phase 3：2022年4月1日以后）的標(biāo)準(zhǔn)建造的豪華郵輪來說，大部分都可以滿足EEXI的要求，即使不滿足也僅需實(shí)施有限的技術(shù)改造即可達(dá)到。非EEDI適用的豪華郵輪應(yīng)對EEXI的履約可能會面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如果技術(shù)條件無法滿足，船舶將不得不停止?fàn)I運(yùn)。

（二）豪華郵輪EEXI計(jì)算

1.Attained EEXI

EEXI是EEDI概念對現(xiàn)有船舶的擴(kuò)展，計(jì)算公式、驗(yàn)證程序等與EEDI基本相同，僅對有限的設(shè)計(jì)參數(shù)選取進(jìn)行了調(diào)整。除另有規(guī)定外，EEDI計(jì)算公式中的參數(shù)定義均適用EEXI計(jì)算中涉及的參數(shù)。EEXI計(jì)算導(dǎo)則和EEDI計(jì)算導(dǎo)則給出了Attained EEXI計(jì)算公式及計(jì)算參數(shù)的解釋，分子部分為船舶航行過程中消耗的燃油轉(zhuǎn)化成的CO2的排放量，分母部分為裝載量修正系數(shù)，EEXI計(jì)算公式為

由式（1）可知，影響船舶EEXI的因素有四個(gè)方面：船舶以單位載運(yùn)能力行駛1 n mile主推進(jìn)裝置所排放的CO2量；船舶以單位載運(yùn)能力行駛1 n mile輔機(jī)所排放的CO2量；在船舶配有軸帶電動機(jī)（PTI）/軸帶發(fā)電機(jī)（PTO）與發(fā)電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)等條件下，船舶以單位載運(yùn)能力行駛1 n mile，上述設(shè)備對發(fā)電機(jī)軸功率的貢獻(xiàn)所折算的CO2排量；在采用新節(jié)能技術(shù)條件下，船舶以單位載運(yùn)能力行駛1 n mile所帶來的船舶能效的提高折算的CO2排量。

對于未安裝軸帶電動機(jī)（PTI）/軸帶發(fā)電機(jī)（PTO）和任何節(jié)能技術(shù)的非常規(guī)柴油電力推進(jìn)豪華郵輪來說，式（1）可簡化為

式中：SFCME為主機(jī)的單位燃油消耗量，取近似值190 g/kWh；SFCAE為每臺柴油機(jī)NOx技術(shù)文件中柴油機(jī)50%的MCR（最大持續(xù)功率）或者額定扭矩時(shí)的燃油消耗量的加權(quán)平均值；f j為冰區(qū)加強(qiáng)船舶功率修正系數(shù)，豪華郵輪船型取1.0；f c為立方容積修正系數(shù)，一般取1.0；f w為特定海況下航速降低的無量綱系數(shù)，一般取1.0；f m為船舶有IA Super和IA冰級的系數(shù)，當(dāng)船舶具有IA Super和IA冰級符號時(shí)取1.05，其他情況時(shí)取1.0；f l為貨物相關(guān)因素，一般取1.0。

其他參數(shù)的選取原則如下：

（1）主機(jī)功率（PME）

PME為83%MPP（或MPPlim）除以電效率，即PME＝0.83×MPP/η。MPP為推進(jìn)電機(jī)額定功率，kW；η為電推系統(tǒng)電效率，默認(rèn)為91.3%；MPPlim為推進(jìn)電機(jī)限定功率，kW。

（2）輔機(jī)功率（PAE）

對于豪華郵輪，采用MEPC.308（73）EEDI計(jì)算導(dǎo)則中2.2.5.6.1至2.2.5.6.3的算法計(jì)算所得的PAE值，往往與正常航行時(shí)使用的總功率差異很大，應(yīng)以船舶以參考航速航行時(shí)消耗的電功率（不包括推進(jìn)功率，見電功率表）除以所有發(fā)電機(jī)功率加權(quán)平均效率估算PAE值。對于非EEDI適用的豪華郵輪，如果無電功率表，PAE取近似值，即PAE，app=0.119 3×GT+1 814.4。

（3）參考航速（vref）

MEPC.350（78）EEXI計(jì)算導(dǎo)則中對vref的取值提供了多種參考。對于非EEDI適用的豪華郵輪，可用如下兩種替代方式獲取航速vref：

①從《2022年現(xiàn)有船舶達(dá)到的能效指數(shù)（EEXI）檢驗(yàn)和發(fā)證指南》（MEPC.351（78））中定義的估算航速-功率曲線獲得。

②如無航速-功率曲線或試航報(bào)告中不包含EEDI或設(shè)計(jì)裝載吃水工況，參考船速vref取近似值，即

式中：vref，app=A×BC，為給定船型和船舶尺寸的航速分布的統(tǒng)計(jì)均值，kn；MPPavg=D×EF，為給定船型和船舶尺寸的電機(jī)MPPS分布的統(tǒng)計(jì)均值；mv為船舶的性能裕量，取vref，avg的5%或1 kn中較低者。

對于非常規(guī)柴油電力推進(jìn)豪華郵輪，B、E為船舶總噸，其他參數(shù)的取值見表1。

表1 參考航速的計(jì)算參數(shù)

（4）燃油消耗量與碳排放量的轉(zhuǎn)換因數(shù)（CFME，CFAE）

對于非常規(guī)柴油電力推進(jìn)豪華郵輪，CFME為主機(jī)使用燃料種類的碳排放量轉(zhuǎn)換因數(shù)，取默認(rèn)值3.114。CFAE為柴油機(jī)NOx技術(shù)文件中對應(yīng)的使用燃料種類的碳排放量轉(zhuǎn)換因數(shù)，取值見表2。

表2 CFAE碳排放量轉(zhuǎn)換因數(shù)表

（5）裝載量系數(shù)（f i）

如有對于裝載量的技術(shù)和規(guī)定限制，該系數(shù)取1.0；對于冰區(qū)加強(qiáng)船舶，冰級和裝載量修正系數(shù)的計(jì)算公式見表3。

表3 冰區(qū)加強(qiáng)船舶裝載量修正系數(shù)計(jì)算

2.Required EEXI

根據(jù)MARPOL公約附則VI第25條，Required EEXI計(jì)算公式為

Required EEXI=（1-Y/100）·RLV （4）式中：Y為折減系數(shù)，無量綱；RLV（Reference Line Value）為EEDI基線值，g/（t·n mile）。

（1）折減系數(shù)（Y）

MARPOL公約附則VI第25條中對各種船型的折減系數(shù)有著不同的規(guī)定，豪華郵輪折減系數(shù)見表4。

表4 用于豪華郵輪Required EEXI計(jì)算的折減系數(shù)

根據(jù)表4，整理得折減系數(shù)Y為

（2）EEDI基線值（RLV）

RLV=a·b-c，該計(jì)算公式由MARPOL公約附則VI第24條規(guī)定。對于非常規(guī)柴油電力推進(jìn)方式豪華郵輪，由MARPOL公約附則VI第24條，其EEDI基線值影響因數(shù)見表5。

表5 豪華郵輪的EEDI基線值影響因數(shù)

由式（4）和式（5）計(jì)算可得出豪華郵輪的Required EEXI與該類型船舶的尺度關(guān)系，如圖1所示。

圖1 豪華郵輪（大于25 000總噸）Required EEXI趨勢

可見豪華郵輪的Required EEXI隨著其總噸位的增加，要求愈加嚴(yán)格。對于大于等于400總噸且小于25 000總噸的豪華郵輪，雖然不適用Required EEXI的計(jì)算要求，但是仍需要計(jì)算Attained EEXI并提供EEXI技術(shù)文件。對于適用的豪華郵輪，必須滿足Attained EEXI≤Required EEXI方可滿足履約要求，即該船型計(jì)算的Attained EEXI值位于圖1中Required EEXI趨勢線的下方。給定的某總噸位豪華郵輪如果其Attained EEXI不滿足要求，則需要從EEXI計(jì)算公式的分子四個(gè)方面的影響因素來分析，采取措施以降低相應(yīng)部分的CO2排量。

三、豪華郵輪EEXI的履約對策

船舶Attained EEXI的計(jì)算結(jié)果如果不滿足要求，航運(yùn)公司必須對其采取措施，主要的技術(shù)措施有推進(jìn)功率限制、柴油機(jī)改裝、應(yīng)用節(jié)能設(shè)備、加裝適用低碳燃料系統(tǒng)等。在使用低碳替代燃料方面，近年來得益于發(fā)動機(jī)技術(shù)取得較大突破，但受限于技術(shù)復(fù)雜和高成本等因素，現(xiàn)有船舶采用這一辦法進(jìn)行船舶動力裝置改造來應(yīng)對EEXI既不現(xiàn)實(shí)，也難以大規(guī)模推廣。豪華郵輪營運(yùn)有其特殊性，還需要考慮船舶整體設(shè)計(jì)的美觀和乘客體驗(yàn)的舒適等，其改造選擇具有很多局限。

（一）推進(jìn)功率限制

推進(jìn)功率限制是履約成本相對較低的一種方式，通過非永久性限制推進(jìn)功率的最大功率，減少燃料使用，從而減少CO2排量。最大持續(xù)功率在EEXI計(jì)算中占很高比重，減少計(jì)算公式中其使用值將減少輸出的EEXI值。豪華郵輪的營運(yùn)往往對船舶的航速有較高的要求，采用限制推進(jìn)功率的措施來應(yīng)對EEXI的可用空間并不是很大。

（二）柴油機(jī)改裝

柴油機(jī)改裝一般是對柴油機(jī)相關(guān)部件及系統(tǒng)進(jìn)行改造，從而降低柴油機(jī)燃油消耗率。主要方式包括優(yōu)化柴油機(jī)噴油形式、凸輪軸更新等，預(yù)計(jì)可降低油耗0%～2%，具體可行性與提升效果應(yīng)咨詢柴油機(jī)廠商，且改裝后燃油消耗率數(shù)值應(yīng)經(jīng)驗(yàn)證[2]。此種方式受限于柴油機(jī)的技術(shù)條件，同時(shí)需要考慮改造的收益和成本。

（三）節(jié)能措施

碳排放控制的實(shí)施，也助推了船舶設(shè)備節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新。船舶節(jié)能措施一般通過增加節(jié)能設(shè)備來提升船舶的綜合能效，具體包括推進(jìn)改善裝置、球鼻艏改裝、使用減阻涂層、船體空氣潤滑、風(fēng)力助航等。單一節(jié)能措施的減排能力在0% ～10%之間，具體效果視節(jié)能裝置與船舶的匹配情況而定，當(dāng)同時(shí)使用多種節(jié)能措施時(shí)，需要對節(jié)能總效率進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證[2]。

1.推進(jìn)改善裝置

推進(jìn)改善裝置是通過加裝水動力節(jié)能裝置，利用槳舵之間的有利干擾來減少尾流獲得的能量，從而提高船舶推進(jìn)器效率。推進(jìn)改善裝置一般分為前置整流導(dǎo)管、前置預(yù)旋導(dǎo)輪、前置導(dǎo)葉、轂帽鰭、舵球、舵附推力鰭等，采用單種及組合搭配設(shè)計(jì)，節(jié)能效果可達(dá)1%～10%不等[3]。水動力節(jié)能裝置制造和安裝相對簡單，使用安全可靠，維修和保養(yǎng)也很方便。其他提高推進(jìn)效率的方法是基于優(yōu)化船舶流體動力的方式來提高船舶推進(jìn)效率。

2.球鼻艏改裝

通過改變船首的形狀可以獲取更好的船舶性能、優(yōu)化船舶阻力性能和耐波性能，從而達(dá)到節(jié)省燃料的目的[4]。目前球鼻艏改進(jìn)有翼狀艏、斧型艏等適用不同船舶航行條件下的船首設(shè)計(jì)。翼狀艏在測試及實(shí)際營運(yùn)過程中均能有效減少約20%的動力/燃油消耗和溫室氣體排放[5]。在船舶低速航行條件下具有顯著節(jié)能經(jīng)濟(jì)性的斧型艏[6]在豪華郵輪上已得到實(shí)際應(yīng)用。

3.使用減阻涂層

船舶在海上航行一段時(shí)間后，大量的生物附著物會使船體表面光滑度大大降低，從而產(chǎn)生額外的阻力，降低船體效率。船體污垢和船體粗糙度的增加也加大了船舶燃料的消耗，一艘船舶的水動力阻力每年增加7%～10%，其改進(jìn)潛力是巨大的。涂層減阻技術(shù)以操作簡便、減阻效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，成為船舶減阻技術(shù)研究的熱點(diǎn)。清潔航運(yùn)聯(lián)盟估計(jì)，通過良好的船體管理使用好的船體涂層和船體清潔策略，可為全世界船隊(duì)節(jié)省約10%的燃油消耗[7]。

4.船體空氣潤滑

船體空氣潤滑減阻系統(tǒng)從安裝在船底前端的空氣釋放裝置釋放出均勻的微氣泡，隨著船舶行進(jìn)覆蓋在船的整個(gè)平坦的底部。通過改變水和船體之間的相互作用力從而降低船舶航行阻力，降低燃料消耗。經(jīng)驗(yàn)證，對于豪華郵輪，吃水在8～9 m，船底平底面積占水線面面積的30%～35%，營運(yùn)航速在10～20 kn的時(shí)候，船舶節(jié)能凈收益可達(dá)5%～7%[8]。

5.風(fēng)力助航

風(fēng)力助航系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)筒帆或風(fēng)箏帆的形式，依靠風(fēng)能來實(shí)現(xiàn)輔助船舶推進(jìn)。轉(zhuǎn)筒帆的帆區(qū)面積小但卻可產(chǎn)生相對較大的升力，效率比傳統(tǒng)風(fēng)帆高10倍左右。研究表明，該裝置可以節(jié)省燃油消耗量約10%[9]。而風(fēng)箏帆因設(shè)備及安裝費(fèi)用較高、適用條件相對苛刻、在船管理要求高及維修保養(yǎng)費(fèi)用較高等諸多缺點(diǎn)并沒有得到廣泛應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，“Viking Grace”號在安裝轉(zhuǎn)筒帆運(yùn)行的第一年進(jìn)行了測量和分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)筒帆每年可減少207～315 kW的能耗，相當(dāng)于節(jié)省231～315 t燃料，同時(shí)確認(rèn)該種風(fēng)帆具有長期節(jié)省燃料的潛力[10]。

船舶應(yīng)用上述節(jié)能措施的潛在節(jié)能效果見表6。

表6 潛在節(jié)能效果

四、總結(jié)與展望

新冠疫情對全球郵輪業(yè)造成了幾乎致命的打擊，2023年EEXI要求的正式實(shí)施，又給現(xiàn)有營運(yùn)豪華郵輪帶來了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也推動了船舶控碳新技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)有適用EEXI的營運(yùn)豪華郵輪，尤其是不滿足EEXI要求的營運(yùn)船舶，在2023年將迎來重大考驗(yàn)；對船東而言，需要關(guān)注在EEXI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺之后，通過何種措施對現(xiàn)有不滿足EEXI要求的船舶進(jìn)行改造升級，使其滿足履約要求。在當(dāng)前節(jié)能減排大背景下，雙燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)成為新建船舶的主流選擇。隨著技術(shù)的發(fā)展，碳捕捉技術(shù)有望突破在船布置、安全保障和能耗等關(guān)鍵性制約因素，應(yīng)用潛力巨大。EEXI的履約是現(xiàn)有船舶對碳排放控制在技術(shù)層面上的一個(gè)承諾。不符合要求的豪華郵輪，對EEXI的履約需要付出巨大經(jīng)濟(jì)成本。船東和其船管公司不得不做出一些重大的投資決定，以使船隊(duì)符合法規(guī)要求。有的新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用幾乎是史無前例的，新造船計(jì)劃也將受到相當(dāng)大的影響，這也大大增加了船東的試錯(cuò)成本。