现有船能效指数和营运碳强度指标对船舶的影响

蔡跃胜,杨春华,李岩

(沪东中华造船(集团)有限公司，上海 200129)

航运(国际、国内和渔业)排放的温室气体(GHG)——包括CO、CH和CO，以COe表示，总量已从2012年的9.77亿t增加到2018年的10.76亿t(增长9.6%)。根据新的基于航程的国际航运分配，同期CO排放量也从2012年的7.01亿t增加到2018年的7.4亿吨(增长5.6%)，但增长率低于航运总排放量，且在这一时期全球CO排放量的占比大致恒定(约2%)。预计到2050年，排放量将从2018年约占2008年排放量的90%增加到2008年排放量的90%～130%。为实现国际温室气体减排的战略目标，船舶行业增加了EEXI和CII的实施。EEXI是对现有船舶达到的能效设计指数提出了要求，CII对船舶实际的营运能效提出了要求。许多现存船舶的EEXI不符合要求，必须采取措施，否则将影响到船舶能否营运。为此以一型通用型LNG船作为研究对象，结合国际海事组织最新发布的营运碳强度指标CII指导文件开展CII指标评级及对LNG船设计的影响分析。

1 EEXI介绍及应对措施

1.1 EEXI简介

EEXI是现有船能效指数，适用于2023年1月1日之前交付或重大改建的总吨位400及以上的散货船、液货船、集装箱船等。每艘船舶应该计算“达到的EEXI(Attained EEXI)”,并附上EEXI技术案卷并进行验证。

达到的EEXI与达到的EEDI的计算公式完全一样，参数定义也一样，仅部分参数另有补充说明。要求的现存船舶能效指数也是基于新船能效设计指数基线值进行折减,其计算式如下。

(1)

式中：为折减系数，MEPC.328(76)对EEXI要求的折减系数基本等同于2022年4月1日生效的对新造船的要求(EEDI Phase2或Phase3，视船型而定)，但对部分船型有所放宽。

1.2 EEXI应对措施

1)按照《为符合EEXI要求的轴/发动机功率限制系统及使用储备动力指南(2021)》(MEPC.335(76))采取轴功率/主机功率限制措施来改善“达到的EEXI”，以满足“要求的EEXI”。

2)采用节能减排技术来改善“达到的EEXI”，以满足规范要求。可行的方案有：①利用亲环境能源，如低碳燃料LNG等，零碳能源如风能、太阳能和氢能等，提高使用亲环境能源的占比——改动大，成本高；②采用节能导管、低阻涂料和气泡减阻等手段提高航速。

根据EEXI计算导则，简化模型，以装机功率小于10 000 kW，无冰区加强、无轴带发电机和轴马达的某型船为例，分析限制主机功率和提高航速分别对该EEXI的贡献力度。

各限制功率下,基于原达到的EEXI的折减系数，新达到的EEXI的折减系数见表1、图1。

表1 限制主机功率对于达到的折减系数的改善(装机功率小于10 000 kW)

图1 主机功率限制比R-达到的折减系数Y(装机功率小于10 000 kW)

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

(16725 1-103152 2+80269 9)

(2)

新折减系数首次增加5，则限制的主机功率大约在84%MCR左右；限制功率低于90.36%MCR后，限制功率每降低1%MCR折减系数增加0.7左右，等，可依此进行快速评估所需限制功率的设置点。

3)通过节能装置提高航速，效果评估见表2。

表2数据显示，安装节能装置提高航速，对于EEXI改善有限，很难达到预期目标。假设主机功率限制在85%MCR，安装节能效果5%的节能装置后，新的EEXI较初始EEXI可降低6.3%=(1-4.7%)(1-1.07%)；但如果将主机功率重新限制在80.75%MCR(85%MCR×(1-5%)),则EEXI可降低7.9%。因此，可通过采用限制主机功率与安装节能装置结合的方式，节能效果反应在主机功率的限制上，可以更好地降低EEXI。

表2 节能效果对于达到的折减系数的改善

2 CII实施影响及应对措施

2.1 CII简介

CII适用船型与EEXI适用船型相同，但适用于5 000总吨及以上的船舶。CII的制定是为了实现平均碳强度的战略指标，以2019年船舶燃油消耗的数据收集和报告系统(IMO DCS)数据为基础制定了不同船型及不同吨位船舶的“要求的年度营运CII(Required annual operational CII)”基线，且每年进行折减。船舶年度(每年的1月1日—12月31日)营运碳强度计算式如下。

(3)

式中：=×年度CO排放总量；为燃油品种；为IMO DCS中燃油品种j年度消耗总量，g；为燃油品种的CO转换因子；=×年度运输工作量；为运载能力，定义同EEDI，但集装箱船也取夏季吃水时的载重吨(DWT);为IMO DCS数据的年度总航程，n mile。

以2019年各船型的营运碳强度指数制定的碳强度参考线计算式如下。

=×Capacity-

(4)

式中：为营运碳强度参考值；Capacity为运载能力；和参数依船型不同而数值不同。定义液化天然气运输船参考线参数见表3，液化天然气运输船的参考线见图2。

表3 定义液化天然气运输船CIIref参考线的参数

图2 液化天然气运输船的CIIref参考线

船舶要求的年度营运碳强度计算式如下。

=(1-100)×

(5)

式中：为参考的年度营运碳强度；/100为折减系数，2023年为5%，2024年为7%，2025年为9%，2026年为11%，2027年及以后待定。

达到的年度营运CII，需根据要求的年度营运CII确定船舶的营运碳强度等级。营运碳强度等级从高到低分“A”“B”“C”“D”“E”5个等级，各营运碳强度等级的边界偏离要求的年度营运碳强度的向量见图5。

图3中所示各边界与要求的年度营运碳强度的计算式如下。

图3 向量dd与要求的年度营运碳强度CIIReq

(6)

式中：、、和分别表示如图3所示上界、下边界、上边界和下界；、、和表示如图3所示边界与的偏离向量。

向量依船型不同而数值不同，表4仅列出了LNG船的，图4显示了10万载重t以下的LNG船达到的CII与各年度要求的CII比值等级边界。

表4 决定液化天然气运输船CII等级各边界的向量dd

图4 10万t以下LNG船达到的CII与 各年度要求的CII的比值边界

2.2 CII实施影响及应对措施

CII于2023年1月1日生效。适用CII的船舶，2023年1月1日之前交付或重大改建的，应在2023年1月1日之前完成船舶能效管理计划(SEEMP)的修订；2023年1月1日及以后交付或重大改建的船舶，应在船舶交付或重大改建完成时，为船舶配备符合IMO要求的SEEMP。船舶SEEMP应包含的内容如下。

1)描述计算达到的年度营运CII的方法及将计算报告给主管机关的流程。

2)列出船舶未来3年要求的年度营运CII。

3)制定一个实施计划描述如何满足未来三年的要求的年度营运CII。

4)制定一个自我评估及持续改进的程序。

2024年及之后的每年年初，船舶应该根据IMO DSC数据计算上一年度12个月期间达到的年度营运CII，并提交主管机关。营运碳强度评级为“E”或连续三年评级为“D”的船舶，公司应修订SEEMP，纳入改进措施计划，描述如何通过实施改进措施计划达到营运碳强度等级。

因为CII是船舶实际年度营运数据为基础来评估该年度达到的CII评级等级，为此，通过建立理论营运模式来评估CII的影响。

1)以某型通用型LNG船为研究对象，计算达到的CII，并对营运碳强度进行评级，结果见表5。

表5 某LNG船营运碳强度评级预测表

表5表明：该型船采用燃油模式，以20.5 kn航速运营，2023年至2025年的营运碳强度评级将连续3年评为“D”,2026年将必须进行改善——如降速以19.0 kn营运即可评级为“C”。但如果采用燃气模式营运，则CII评级多数为最高级别的“A”，最差也达到了级别“B”，可见使用CO2低排放燃料的减排效果明显。

3 结论

1)影响EEXI与EEDI的因素一样，因此提高EEDI的措施同样可实施于需提高EEXI的船舶。但因为EEXI实施的对象为现有营运船舶，有一定的限制，如线型优化、低碳燃油(双燃料主机)等措施可行性太差。

2)对于营运船舶，改善EEXI能效指数最容易实现的措施之一是限制主机功率，降速营运；长远有效的措施是限制主机功率+增加节能装置改善船舶推进性能，EEXI的改善措施，同样可以改善船舶的CII指标评级。当然也可以通过降低载货量的营运方式降低能耗，从而减少CO排放，满足CII指数评级要求。

3)对于新造船舶，EEXI与EEDI计算完全一致，只要EEDI指标满足第三阶段要求即可，新船的EEDI越低，营运后的达到高CII评级级别越容易，但新造船运营后，CII指标评级要求是逐年提高的。

4)对于双燃料船舶，运营中采用CO排放较低的清洁燃料,比如LNG，可有效提高营运碳强度CII的评级水平。