对CO2排放指数的探讨

李 路 吴聚丰 高 晶

（上海船舶研究设计院,上海 200032）

0 前言

国际海事组织第56届海安会 （IMO MEPC 56）首次提出了新造船CO2排放指数的概念，并为其实现推广制定了详细的时间表。这个时间表在MEPC 57之后有所更改。丹麦在MEPC 57提交了对CO2指数初步的技术报告（MEPC 57/INF.12），之后在温室气体第1工作组（GHG-WG-1），丹麦又根据进一步的研究结果和其他国家的意见，提交了正式提案（GHG-WG 1/2/1）。

上海船舶研究设计院接到上级通知后，随即对相关提案进行研究，提出了意见和建议。为了便于读者阅读，本文首先对原提案作一个简单的介绍。

1 相关提案简介

1.1 提案编号：MEPC 57／INF.12

2007年12月21日，丹麦提交了名为《防止来自船舶的空气污染-对新造船舶强制性CO2排放设计指数》（PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-A mandatory CO2Design Index for new ships）的技术报告。该报告研究了CO2指数与船舶设计参数的关系，提出了CO2指数基准线的生成机制。并提出以下观点：

1）CO2指数取决于船舶尺度（载重量）及船舶类型。

2）对于不同类型的船舶分别制定由载重量决定（而不是用无量纲量）的基准线。

3）根据新造船舶的相关参数计算得到的CO2指数必须低于基准线，这个基准线来源于对现在的船舶数据的分析计算，但尚无国际公认的标准。

4）设定目标CO2指数可以使给定尺度下的船舶的航速得到优化、能源利用率得到提高。

根据以上研究成果，MEPC 57/INF.12提出了如下CO2排放指数的简单计算模型。油耗估算公式：

CO2排放指数估算公式：

上式中：FC为计算油耗；AFC为平均油耗；POWER为主机MCR下的功率；3.17是单位燃油燃烧排放的CO2量；DWT为载重量；SPEED为航速。

1.2 提案编号：MEPC 57/4/12

2008年1月25日，日本提交了名为《防止来自船舶的空气污染-单位航运量下的CO2排放指数》（PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPSCO2emissions index per unit shipping capacity）的技术报告，主要提出了辅机燃油消耗和考虑海况的系数k1、k2来较精确地计算CO2指数的方案，并阐述了日本的研究计划与研究进展。

1.3 提案编号：GHG-WG 1/2/1

2008年5月29日，丹麦以MEPC 57/INF.12为理论基础，提交了名为《新造船舶CO2排放设计指数的开发-为船舶设定目标CO2排放指数》（DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Assigning an attained and a required design CO2index to a ship）的提案，其数据库是1995年1月1日至2004年12月31日交付使用的船舶。主要改进了CO2指数计算公式，进一步根据船舶类型及其CO2指数的平均值确定CO2指数基准线，并提出了CO2指数公约的草案。

在该提案中，丹麦意识到如果最后要满足定量的排放要求，那么，MEPC 57/INF.12提案中公式（1）和（2）中的三个简单常数“0.85”、“0.10”和“3.17”是不够的。

于是，丹麦在提案GHG-WG 1/2/1中提出了CO2指数的改进公式（3）。AttainedDesignCO2Index

图1 根据载重量拟合CO2基准线的示例

另外，丹麦提出根据现有船舶的数据，以载重量为变量来拟合CO2指数基准线的初步方案。图1是一个示例。进一步的工作就是区分船型把相应的曲线一一拟合出来。

表1 CO2指数基准线参数表

丹麦在GHG-WG 1／2／1提案中明确了这个基准线公式：

并且对于不同船型，经过数据统计，计算出了各自拟合曲线的参数值，如表1所示。

同时，提出了对于新船CO2指数的要求，

X的值将会根据船舶建造时间来定。

2 对于上述提案的探讨

2.1 对于CO2排放指数计算公式的意见

2.1.1 功率

丹麦的新提案GHG-WG 1/2/1对于参数P,与原提案MEPC 47/INF.12相比，在功率的考虑上已经完善了许多，不仅考虑到了重要辅机的贡献，同样也考虑到实际的营运状态下的主机负荷率，但提案所列是不符合实际设计和营运情况的。通常在实际设计过程中，设计航速时的主机功率P是根据主机额定功率MCR考虑功率储备C1，然后考虑海况裕度C2得到的，计算公式为 P= （1-C1）·MCR/（1+C2），而不是P=C1·MCR·C2进行计算。 其中C1为功率储备，C2为海况裕度。不同的船东对这两个系数的选择范围是很大的，C1从0到15%,C2从0到25%都有可能。

2.1.2 航速

GHG-WG 1/2/1中的参数Vref容易产生异议。由于设计初期,有很多时候存在两个吃水：一个是设计吃水，一个是结构吃水，其中设计航速是对应设计吃水，而载重量是对应结构吃水。根据我们的理解，现在公式中的航速应该是针对最大载重量下时结构吃水对应的航速，而不应该是常规的设计吃水下时对应的设计航速，因此，Vref究竟是指哪个航速需在提案中予以明确。

2.1.3 折减

鉴于冰区加强或冷藏箱的船舶对社会的贡献，因此，GHG-WG 1/2/1对其CO2排放指数给予了适当的折减，这是很好的。但是，只考虑冰区加强和冷藏箱是不够的，还需要更多更细致的研究，举例来说：

1）目前世界上航行于SECA（硫排放控制区域）船舶，为了减少柴油机排放对于环境的影响，降低SOx,NOx排放，要求使用低硫油；另有些情况则是为了达到低排放的要求，以提高油耗为代价。因此，对于这种情况建议也可以提供折减。

2）由于世界对环境关注度的不断提高，我们在设计中也越来越感觉到船东正在想方设法通过采用节能装置，如：将军帽鳍（propeller boss cap fin）、舵球、导管桨等来提高推进效率、降低油耗；采用轴发、透平发电机来有效节能、提高经济性。因此，如果通过这种折减，可以形成一种激励机制来激励船东去采用各种节能装置、减少船舶营运对环境的影响。建议这于这种情况也可以考虑对其提供折减。

2.1.4 营运系数

比较日本和丹麦提出的CO2排放指数的提案，日本提出的CO2排放指数计算公式中指出需考虑船舶具体的营运状态，还是很有道理的。

首先，根据他们的研究，发现如果不考虑营运的情况，计算出的CO2指数是有很大局限性的，甚至对于同一条船，由于营运状态不同，CO2的排放也会有很大的差别。虽然到目前为止，日本还没有形成一个进行计算的经验公式，但显然对营运情况是需要进行考虑的。

另外，由于营运的条件不同，对相同或相似吨位的船舶，其船型也千差万别，如大湖型散货船与普通灵便型散货船相比、大型散货船与大型矿砂船相比，由于载运货物不同，造成的船型差异很大，这些在丹麦GHG-WG 1/2/1的CO2指数计算公式中，都未能得到科学反映。

2.2 对于CO2排放指数基准定义的意见

2.2.1 样本的选择

对于丹麦的提案，我们认为其对于确定基准的样本的选取方面还有以下几点不足：

1）现在丹麦提案GHG-WG 1/2/1中提交的样本船型都是1995年到2004年之间的船型，但实际上这些船型并不能完全反映当前及今后的船队状况。由于IMO对于船舶安全及污染的日益重视，因此SOLAS、MARPOL等对于船舶结构、防污染方面的新要求层出不穷，最典型的包括油船双底双壳的要求、CSR共同规范的提出、燃油舱保护规则的适用，这都对新设计的船舶提出了更高的要求，也导致与以前的船相比，同样载重量的船舶，空船重量都会有一定幅度的增加，从而导致整个设计制造都发生了很大的变化，因此现在提出的Baseline基准显然不太合适。

2）GHG-WG 1/2/1及 MEPC 47/INF.12是分别根据英国船级社（LR）和挪威船级社（DNV）的船型数据库进行的数据分析和回归得出的，我们认为这不能完全代表世界上船队的当前状态，分析的样本数据应至少来自世界上各主要船级社的船型。

3）从GHG-WG 1/2/1的研究报告可以看出，对于同一种船型，不同吨位船舶的数量有很大的差别，因此，各种吨位段样本数量的差异对结论科学性的影响，也值得探讨。

2.2.2 油耗

GHG-WG 1/2/1中提交的Baseline计算公式，主机油耗是根据190 g/kW·h来计算的，我们认为不太合适，原因有二：

1）由于不同船型的主机既可能是低速机，也可能是中速机，还可能是高速机，这三种机型的油耗差别是很大的，低速机可以达到170 g/（kW·h）或更低， 中速机通常在 180 g/（kW·h）～200 g/（kW·h）之间，而高速机则一般在 200 g/（kW·h）以上。

2)即使是相同厂商的柴油机，不同功率的油耗也是有很大差别的。如MAN B&W的中速机，最低油耗可达174 g/（kW·h），但最高油耗也可以达到190 g/（kW·h）。

因此，在计算的过程中，所有的主机和辅机采用一个平均油耗不太合理，应考虑其具体的油耗差异。

2.2.3 集装箱船和多用途船

由于集装箱船和多用途船对于舱容是非常敏感的，其影响甚至高于载重量。因此，采用载重量作为该两型船的衡量标准，还有待研究。GHG-WG 1/2/1中的研究结果，也显示对于该两种船型，样本的离散性太大，与其他船型的分析相比有较大的差异，因此，我们认为对于集装箱船和多用途船型，不太适合用载重量来作为衡量标准。

图2 集装箱船的基准线

4 结语

随着全世界厄尔尼诺现象显现和气候条件的恶化，人们对温室效应的关注越来越多，因此，在船舶领域引入船舶CO2排放指数限制是有积极意义的，IMO已经做了大量的工作。下一步对如何引入、以什么样的标准来引入从而不会导致对于整个船舶领域，包括船型设计、船舶建造以及船型经济性等各个方面带来不利影响，确实是一个需要全世界都要慎重考虑的问题。

由于时间紧迫和作者水平限制，如有理解和表述不当之处，衷心欢迎各位专家同行赐教。

［参考资料］

［1］MEPC 56／23， REPORT OF THE MARINE ENVIRONMENT PROTECTION COMMITTEE ON ITS FIFTY-SIXTH SESSION， 2007.7.30.

［2］MEPC 57／INF.12， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-A mandatory CO2Design Index for new ships， Denmark， 2007.12.21.

［3］MEPC 57／4／11， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-Development of an index for CO2emissions per unit shipping capacity in actual operational conditions，Japan， 2008.1.25.

［4］MEPC 57／4／12， PREVENTION OF AIR POLLUTION FROM SHIPS-CO2emissions index per unit shipping capacity， Japan， 2008.1.25.

［5］GHG-WG 1／1／1， ADOPTION OF THE AGENDAAnnotation to the provisional agenda， Secretariat， 2008.5.12.

［6］GHG-WG 1／2／1， DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Assigning an attained and a required design CO2index to a ship， Denmark， 2008.5.29.

［7］GHG-WG 1／2／2， DEVELOPMENT OF A CO2DESIGN INDEX FOR NEW SHIPS-Draft Guidelines for assigning the CO2design index to new ships， Japan， 2008.5.30.