使用LNG燃料對船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)評級的影響*

摘要：相對于HFO，LNG燃料在理論上對船舶營運(yùn)有較大的降碳作用。為驗證LNG燃料在船舶實際營運(yùn)中的降碳表現(xiàn)，以2020、2019年使用LNG燃料的5 000總噸及以上國際航行集裝箱船為研究對象，基于IMO營運(yùn)碳排放指標(biāo)評級機(jī)制，計算其營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)，并進(jìn)行評級；然后分析LNG燃料對評級結(jié)果的影響和降碳表現(xiàn)，以供相關(guān)方參考。 結(jié)果表明，使用LNG燃料對改善營運(yùn)CII評級結(jié)果不一定起決定性作用。船舶在使用降碳燃料和降碳技術(shù)的同時，還需加強(qiáng)船舶能效管理計劃的制訂和實施。

一、引言

2021年6月，MEPC 76通過了MARPOL公約附則Ⅵ關(guān)于溫室氣體減排的短期營運(yùn)措施，即實施營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo) ( Carbon Intensity Indicator，CII ) 評級機(jī)制，于2023年1月1日起生效，旨在到2030年實現(xiàn)國際航運(yùn)碳排放強(qiáng)度比2008年至少降低40%的目標(biāo)；同時通過一系列相關(guān)導(dǎo)則，以配合營運(yùn)CII評級機(jī)制的實施。隨著LNG動力裝置技術(shù)不斷成熟，船舶LNG燃料使用量在不斷上升。IMO的燃油消耗數(shù)據(jù)報告顯示，2020年全球5 000總噸及以上國際航行船舶LNG使用總量約為1.20×107 t，較2019年的約1.05×107 t增長約14.29%。這說明LNG燃料在船舶動力裝置減污降碳方面具有較好的表現(xiàn)。本文基于IMO的營運(yùn)CII評級機(jī)制和匿名數(shù)據(jù)，以2020、2019年使用LNG燃料的5 000總噸及以上國際航行集裝箱船為研究對象，計算其營運(yùn)CII，并進(jìn)行評級和分析，以驗證使用LNG燃料在船舶減碳方面的表現(xiàn)，供相關(guān)方參考。

二、燃料消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

經(jīng)統(tǒng)計和人工清洗得到2020、2019年使用LNG燃料的5 000總噸及以上國際航行的若干集裝箱船的燃油消耗數(shù)據(jù)，見表1、表2。這些LNG燃料集裝箱船在2020年使用重/輕柴油、LFO、LNG，沒有使用HFO，而在2019年使用重/輕柴油、HFO、LNG，沒有使用LFO，這顯然是受到全球?qū)嵤┫蘖蛄畹挠绊憽?/p>

表1 2020年LNG燃料集裝箱船的燃油消耗數(shù)據(jù)

表2 2019年LNG燃料集裝箱船的燃油消耗數(shù)據(jù)

三、營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)計算與評級

1.營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)計算與評級方法

MEPC 76通過了MEPC.336 ( 76 ) 號決議《2021 年營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)和計算方法導(dǎo)則》(《CII導(dǎo)則》， G1 )、MEPC.337 ( 76 ) 號決議《2021年與營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)聯(lián)合使用的參考基線導(dǎo)則》(《CII參考基線導(dǎo)則》，G2 )、MEPC.338 ( 76 ) 號決議《2021年與參考基線相關(guān)的營運(yùn)碳強(qiáng)度折減系數(shù)導(dǎo)則》(《CII折減系數(shù)導(dǎo)則》，G3 )、MEPC.339 ( 76 ) 號決議《2021年船舶營運(yùn)碳強(qiáng)度評級導(dǎo)則》(《CII評級導(dǎo)則》，G4 )，以上4個導(dǎo)則闡明了船舶營運(yùn)CII的計算和評級方法。

船舶營運(yùn)CII的計算與評級可分為4個步驟：

第一步，根據(jù)《CII導(dǎo)則》和某船型船舶的基本信息及報告的日歷年y 的營運(yùn)數(shù)據(jù)，計算該船舶日歷年y 達(dá)到的年度營運(yùn)CII。

第二步，根據(jù)《CII參考基線導(dǎo)則》，計算某船型船舶的營運(yùn)CII參考基線。

第三步，根據(jù)《CII折減系數(shù)導(dǎo)則》，計算某船型船舶日歷年y 的要求的年度營運(yùn)CII。

第四步，根據(jù)《CII評級導(dǎo)則》，計算某船型船舶日歷年y 的4個評級邊界值，比較該船舶日歷年y 的達(dá)到的年度營運(yùn)CII與4個評級邊界值，確定該船舶評級結(jié)果。

2. 營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)計算與評級結(jié)果

根據(jù)上文所述營運(yùn)CII計算與評級方法，得到 2020、2019年LNG燃料集裝箱船的營運(yùn)CII計算與評級結(jié)果，見表3、表4。

表3 2020年LNG燃料集裝箱船營運(yùn)CII計算與評級結(jié)果

表4 2019年LNG燃料集裝箱船營運(yùn)CII計算與評級結(jié)果

四、評級結(jié)果分析

1.LNG燃料對評級結(jié)果影響的分析

在計算船舶營運(yùn)CII的過程中，船舶常用的燃料類型及對應(yīng)的各種參數(shù)見表5。由表5中燃料的低熱值和碳轉(zhuǎn)換系數(shù)可以計算得到燃料單位CO2排放質(zhì)量的低熱值 ( 單位碳排放低熱值 )。LNG燃料具有最高的單位碳排放低熱值，且較其他燃料有較大優(yōu)勢，約是HFO的1.35倍。換言之，在船舶動力裝置使用各種燃料的熱效率相同的條件下，船舶動力裝置輸出相同的功率，使用LNG燃料所產(chǎn)生的碳排放最少，而使用HFO燃料所產(chǎn)生的碳排放最多。假設(shè)船舶動力裝置使用各種燃料的熱效率均約為50%[1]，不考慮其他情況，船舶動力裝置輸出相同的能量，使用LNG燃料比使用HFO少排放約26.04%的CO2，這基本上是使用LNG燃料減少CO2排放的最大潛力，因為考慮到甲烷逃逸和船舶動力裝置使用LNG燃料的熱效率會比使用HFO的低[2]，以及船舶在營運(yùn)過程中不是常常處于額定工況，LNG燃料的降碳潛力實際會降低。

表5 船舶常用的燃料類型及對應(yīng)的各種參數(shù)

船舶使用LNG燃料可在一定程度上減少碳排放并改善評級結(jié)果，但其作用是有限的，且隨著時間的推移，營運(yùn)CII的要求值不斷降低，使用LNG燃料來改善評級結(jié)果也會顯得“力不從心”。從短期來看，使用LNG燃料可以滿足2023—2030年基于年度減排目標(biāo)的營運(yùn)CII評級機(jī)制的要求，但對于到2050年實現(xiàn)國際航運(yùn)碳排放強(qiáng)度比2008年降低70%的目標(biāo)而言，使用LNG燃料所發(fā)揮的降碳作用就會越來越小。

2.LNG燃料使用情況分析

根據(jù)2020、2019年燃料的使用量及低熱值、碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，計算出每艘集裝箱船在2020、2019年營運(yùn)過程中LNG的熱能貢獻(xiàn)率和碳排放貢獻(xiàn)率，如表6、表7所示。可以看出：2020、2019年不同集裝箱船所使用的LNG的熱能貢獻(xiàn)率和碳排放貢獻(xiàn)率各不相同，這是由每艘船舶及其營運(yùn)特性決定的；同一艘集裝箱船所使用的LNG的熱能貢獻(xiàn)率和碳排放貢獻(xiàn)率是正相關(guān)性的，熱能貢獻(xiàn)率是要高于碳排放貢獻(xiàn)率的，這是由LNG燃料的特性決定的。LNG的熱能貢獻(xiàn)率最低的有36.05%，最高的有92.20%；碳排放貢獻(xiàn)率最低的有29.87%，最高的有90.02%。

表6 2020年LNG燃料集裝箱船LNG的熱能貢獻(xiàn)率、碳排放貢獻(xiàn)率及評級情況

表7 2019年LNG燃料集裝箱船LNG的熱能貢獻(xiàn)率、碳排放貢獻(xiàn)率及評級情況

從理論上講，單艘船舶使用LNG燃料的量越多，LNG燃料的熱能貢獻(xiàn)率和碳排放貢獻(xiàn)率也就越高，使用LNG燃料的降碳作用也就越大，越有利于改善營運(yùn)CII評級。由于LNG燃料在船舶常用燃料中具有最高的單位碳排放低熱值 ( 或最低的單位低熱值碳排放量 )，因此以LNG燃料的熱能貢獻(xiàn)率或碳排放貢獻(xiàn)率來衡量LNG燃料對船舶營運(yùn)CII評級結(jié)果的影響。一般地，單艘船舶LNG燃料的熱能貢獻(xiàn)率或碳排放貢獻(xiàn)率越高，在相同的營運(yùn)條件下，越有利于改善營運(yùn)CII評級結(jié)果。

3.使用LNG燃料對評級結(jié)果的影響

在表6、表7中：LNG燃料集裝箱船評級結(jié)果為A的，LNG的熱能貢獻(xiàn)率從高到低為91.48%、 90.01%、82.33%、77.62%；評級結(jié)果為B的，LNG的熱能貢獻(xiàn)率從高到低為90.41%、77.50%、 65.11%、41.22%；評級結(jié)果為C的，LNG的熱能貢獻(xiàn)率從高到低為92.20%、90.81%、74.09%、 45.63%、39.49%；評級結(jié)果為E的，LNG的熱能貢獻(xiàn)率為36.05%。從以上數(shù)據(jù)可以看出：集裝箱船評級結(jié)果為A或B的，其LNG的熱能貢獻(xiàn)率也是相對較高的；評級結(jié)果為C的，其LNG的熱能貢獻(xiàn)率有高有低，最高的甚至超過評級為A和B的；評級結(jié)果為E的，其LNG的熱能貢獻(xiàn)率較低，但也達(dá)到36.05%；集裝箱船LNG的熱能貢獻(xiàn)率較高的，其評級結(jié)果可以為A、B或C；LNG的熱能貢獻(xiàn)率較低的，其評級結(jié)果可以為B、C或E。同時，在2020、2019年的全部匿名數(shù)據(jù)中，使用柴油/汽油、HFO、LFO等傳統(tǒng)燃料而不使用LNG燃料的集裝箱船，評級為A、B的數(shù)量也是相當(dāng)多的，占比達(dá)到將近35%。

因此，可以看出，在集裝箱船實際營運(yùn)的過程中，使用較多的LNG燃料是有助于其獲得較好的營運(yùn)CII評級的 ( 如獲得A級、B級 )，但即使集裝箱船使用了較多的LNG燃料，其營運(yùn)CII評級也不一定很理想 ( 如獲得C級 )。

這一結(jié)果是由多方面的因素導(dǎo)致的，在日歷年內(nèi)，船舶達(dá)到的營運(yùn)CII具有較強(qiáng)的偶然性和隨機(jī)性，較容易受到全球經(jīng)濟(jì)形勢、氣象條件、船舶營運(yùn)狀況、航線海況、船員素質(zhì)、疫情等因素的影響，因而具有較大的波動性。因此，對于船舶來說，除了使用降碳燃料和降碳技術(shù)外，更重要的是做好并落實船舶能效管理計劃，結(jié)合船舶營運(yùn)狀況合理規(guī)劃船舶航線，提升船員能效管理素質(zhì)和增強(qiáng)責(zé)任心，這樣才能獲得較好的營運(yùn)CII評級。

五、總結(jié)及展望

( 1 ) 從理論上來講，LNG燃料是目前船用含碳燃料中降碳表現(xiàn)最好的燃料，其降碳潛力相對HFO最大可達(dá)26.04%�？紤]到甲烷逃逸和船舶動力裝置使用LNG燃料的熱效率會比使用HFO的低，LNG燃料的降碳潛力實際會降低。

( 2 ) 根據(jù)2020、2019年人工清洗得到的使用LNG燃料的5 000總噸及以上國際航行的若干集裝箱船的匿名燃料消耗數(shù)據(jù)，計算得到營運(yùn)CII和評級結(jié)果。從評級結(jié)果來看，使用LNG燃料的集裝箱船的營運(yùn)CII評級結(jié)果并沒有想象中的多數(shù)為A級或B級，而是還有一部分集裝箱船為C級甚至E級，還不如只使用重/輕柴油、HFO、LFO等傳統(tǒng)燃料集裝箱船的評級結(jié)果。

( 3 ) 使用了較多LNG燃料的集裝箱船 ( LNG燃料的熱能貢獻(xiàn)率達(dá)到90%左右 )，其營運(yùn)CII評級不一定很理想 ( 如獲得C級 )，在船舶實際營運(yùn)過程中，LNG燃料的降碳表現(xiàn)并不是特別突出。

( 4 ) 對于營運(yùn)船舶來說，在使用含碳燃料的情況下，若要改善營運(yùn)CII評級結(jié)果，除了使用降碳燃料和降碳技術(shù)外，更重要的是做好并落實船舶能效管理計劃，結(jié)合船舶營運(yùn)狀況合理規(guī)劃船舶航線，提升船員能效管理素質(zhì)和責(zé)任心。

( 5 ) 由于2020、2019年使用LNG燃料的5 000 總噸及以上國際航行集裝箱船的數(shù)量相對較少，隨著未來使用LNG燃料的船舶數(shù)量不斷增多，可持續(xù)關(guān)注這些船舶的營運(yùn)CII評級表現(xiàn)，建立LNG燃料貢獻(xiàn)率與營運(yùn)CII相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型，收集更多的數(shù)據(jù)以進(jìn)一步分析驗證LNG燃料在實際應(yīng)用中的降碳表現(xiàn)；同時可以進(jìn)一步研究LNG燃料在不同船型上的降碳表現(xiàn)，以及營運(yùn)CII與EEDI、EEXI、船齡等之間的關(guān)系。

( 6 ) 在聯(lián)合國氣候變化框架公約第26次會議期間，美國和歐盟發(fā)起“全球甲烷減排承諾”倡議，旨在到2030年，將甲烷排放量在2020年的基礎(chǔ)上減少30%。因此，船舶使用LNG燃料不得不面對甲烷逃逸的問題，承擔(dān)著減少甲烷排放的壓力。面對降碳和減少甲烷排放的現(xiàn)實需求，LNG燃料的應(yīng)用前景值得進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬義平,曾向明,魏海軍,等.國內(nèi)外船用LNG動力發(fā)動機(jī)發(fā) 展現(xiàn)狀[J].中國航海,2016(3):6.

[2] 馬義平,許樂平,胡以懷,等.船用LNG動力發(fā)動機(jī)部分關(guān)鍵 技術(shù)[J].中國航海,2017(3):6.

作者簡介：

郭慧茹，上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海海事大學(xué)船舶能效 數(shù)據(jù)中心，工程師。

薛樹業(yè)，上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海海事大學(xué)船舶能效 數(shù)據(jù)中心，工程師。

*上海市科技計劃“上海船舶智能運(yùn)維與能效監(jiān)控工程技術(shù)研究中心”項目資助，項目編號：20DZ2252300。

本文刊發(fā)于《世界海運(yùn)》2022年第5期