薛樹業(yè)

一、國(guó)際航運(yùn)溫室氣體減排進(jìn)程

1997年，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）下的《京都議定書》第2.2條授權(quán)國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）負(fù)責(zé)國(guó)際航運(yùn)溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）減排工作。在《京都議定書》獲得通過的兩個(gè)多月前召開的《防止船舶造成污染國(guó)際公約》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships，MARPOL公約）締約國(guó)大會(huì)和海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（Marine Environment Protection Committee，MEPC）第40屆會(huì)議上，IMO正式開啟關(guān)于國(guó)際航運(yùn)GHG的討論。2015年《巴黎協(xié)定》的條款或?qū)嵤┰搮f(xié)定的決定（包括2020年之前的目標(biāo)）均未提及 IMO。《巴黎協(xié)定》雖然沒有體現(xiàn)國(guó)際航運(yùn)GHG減排，但是MEPC 69（2016年4月）對(duì)《巴黎協(xié)定》表示歡迎，并承認(rèn)國(guó)際社會(huì)在締結(jié)該協(xié)定方面取得的重大成就。IMO的后續(xù)行動(dòng)遵循著《巴黎協(xié)定》的總體目標(biāo)和基本原則。目前，UNFCCC下關(guān)于國(guó)際航運(yùn)GHG的談判分歧嚴(yán)重，處于膠著狀態(tài)，沒有定論。

IMO秘書處與UNFCCC秘書處積極開展合作。國(guó)際航運(yùn)GHG相關(guān)事宜由IMO的附屬機(jī)構(gòu)MEPC負(fù)責(zé)審議。目前IMO主要通過技術(shù)和營(yíng)運(yùn)措施來推進(jìn)GHG減排，市場(chǎng)機(jī)制措施由擱置狀態(tài)進(jìn)入加速討論階段。IMO第四次GHG研究表明，單位船舶作業(yè)活動(dòng)的CO2排放量明顯降低，但國(guó)際航運(yùn)CO2排放總量占全球排放總量的比例從2012年的2.76%上升至2018年的2.89%。相較于公路和航空運(yùn)輸，雖然航運(yùn)的能效水平是最高的，但隨著航運(yùn)需求的逐年增加，航運(yùn)業(yè)CO2排放總量在不斷增長(zhǎng)。因此，IMO必將采取進(jìn)一步加強(qiáng)措施來實(shí)現(xiàn)GHG減排目標(biāo)。事實(shí)上，航運(yùn)業(yè)2020年后的GHG減排進(jìn)程不斷在加速。國(guó)際航運(yùn)GHG減排進(jìn)程大致經(jīng)歷了醞釀啟動(dòng)期（1997—2008年）、技術(shù)措施審議制定期（2008—2015年）、營(yíng)運(yùn)措施審議制定期（2015—2021年），其中，2012—2013年市場(chǎng)措施審議期間沒有作出任何決議，市場(chǎng)措施處于暫時(shí)擱置狀態(tài)[1-8]。在國(guó)際航運(yùn)GHG減排進(jìn)程中，碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算是核心問題，因此，本文結(jié)合國(guó)際海事組織最新的減排規(guī)則，闡述船舶CO2排放量和運(yùn)輸工作量的各種計(jì)算方法，重點(diǎn)探討不同碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算問題以及各種指標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景和利弊，供行業(yè)參考。

二、國(guó)際航運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)

國(guó)際航運(yùn)GHG減排的目標(biāo)是圍繞著排放總量和強(qiáng)度兩個(gè)量化指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置的。如IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略提出，GHG排放總量2050年比2008年至少減少50%，國(guó)際航運(yùn)碳強(qiáng)度（航運(yùn)業(yè)平均水平而非單船）2030年比2008年至少降低40%，力爭(zhēng)2050年降低70%。國(guó)際航運(yùn)CO2排放總量可以通過自上而下的燃料法或自下而上的動(dòng)力法來確定；而對(duì)于國(guó)際航運(yùn)碳強(qiáng)度（carbon intensity），由于采用不同的運(yùn)輸工作量計(jì)算方法和數(shù)據(jù)收集機(jī)制的限制，以及適用對(duì)象（新船和現(xiàn)有船）的不同，碳強(qiáng)度有多種表現(xiàn)形式，即碳強(qiáng)度有多種指標(biāo)。

針對(duì)從事運(yùn)輸作業(yè)的所有船舶，建立通用的、公認(rèn)的、透明的、自愿或強(qiáng)制使用的船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)，有助于船東、船舶經(jīng)營(yíng)者和相關(guān)方評(píng)估其船隊(duì)在CO2排放性能（能效性能）方面的表現(xiàn)，有助于使用者建立機(jī)制以實(shí)現(xiàn)限制或減少營(yíng)運(yùn)船舶GHG排放，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)低碳甚至零碳排放，限制航運(yùn)業(yè)對(duì)全球氣候變化的影響。

船舶碳強(qiáng)度，也就是船舶CO2排放指數(shù)（這里的“指數(shù)”是指任何兩個(gè)數(shù)值對(duì)比所形成的相對(duì)數(shù)），即表明船舶單位運(yùn)輸工作量的CO2排放量，其將船舶CO2排放量與運(yùn)輸工作量聯(lián)系起來。用船舶碳強(qiáng)度來等價(jià)表述船舶CO2排放指數(shù)，更為簡(jiǎn)潔和形象。由于目前船舶消耗的能源基本是含碳燃料，非含碳燃料基本為零，船舶CO2排放量與船舶燃料消耗量直接相關(guān)，船舶碳強(qiáng)度亦可提供船舶關(guān)于燃油效率方面的信息，因此船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)也是應(yīng)用于特定船舶類型以表征船舶能效性能的指標(biāo)，又可稱船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)為船舶能效指標(biāo)。船舶碳強(qiáng)度數(shù)值越低，則表示船舶能效水平越高?？偟膩碚f，船舶碳強(qiáng)度是一個(gè)抽象的、籠統(tǒng)的、寬泛的、指示性的概念，有多種具體表現(xiàn)形式，也就有了多種碳強(qiáng)度指標(biāo)。船舶碳強(qiáng)度可以用式（1）來表示：

其中：I為船舶碳強(qiáng)度；MCO2為一段時(shí)間內(nèi)船舶CO2排放量，t；Wtransport為船舶運(yùn)輸工作量。

船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)（Carbon Intensity Indicator，CII）可分為營(yíng)運(yùn)類和技術(shù)類兩種。船舶營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)有船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（Energy Efficiency Operational Indicator，EEOI）、船舶營(yíng)運(yùn)能效性能指數(shù)（Energy Efficiency Performance Indicator，EEPI）、年度營(yíng)運(yùn)能效指數(shù)（Annual Efficiency Ratio，AER）等。船舶營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)是根據(jù)船舶在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，會(huì)隨著船舶的營(yíng)運(yùn)狀況而波動(dòng)，具有一定的偶然性，可通過人為調(diào)控船舶營(yíng)運(yùn)狀況來控制，可操作性很大。船舶技術(shù)碳強(qiáng)度指標(biāo)有新造船能效設(shè)計(jì)指數(shù)（Energy Efficiency Design Index，EEDI）、現(xiàn)有船能效指數(shù)（Energy Efficiency Existing Ship Index，EEXI）、現(xiàn)有船舶設(shè)計(jì)指數(shù)（Existing Vessel Design Index，EVDI）等，是船舶在理論設(shè)計(jì)情況下的碳強(qiáng)度指標(biāo)，表示船舶固有的設(shè)計(jì)能效特性，可視為常數(shù)，是恒定不變的（除非船舶經(jīng)過重大改建）。

MARPOL附則Ⅵ第22、23、24、25條對(duì)技術(shù)碳強(qiáng)度作了具體要求，第26、27、28對(duì)營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度作了具體要求。國(guó)際航運(yùn)碳強(qiáng)度規(guī)則下的營(yíng)運(yùn)類和技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比見表1。目前圍繞營(yíng)運(yùn)類和技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)所做的短期措施（如限制主機(jī)功率、限制航速等）對(duì)GHG減排來說是治標(biāo)不治本的，只有采用燃燒不產(chǎn)生GHG的燃料，才能從根本上實(shí)現(xiàn)IMO關(guān)于GHG減排初步戰(zhàn)略的愿景，即在2100年前逐步停止GHG排放。

表1 國(guó)際航運(yùn)碳強(qiáng)度規(guī)則下的營(yíng)運(yùn)類和技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比

三、船舶CO2排放量的計(jì)算

計(jì)算船舶CO2排放量的方法有燃料法和動(dòng)力法兩種。

（一）燃料法計(jì)算船舶CO2排放量

用燃料法計(jì)算船舶CO2排放量，就是根據(jù)船舶在一定時(shí)間內(nèi)各種燃料的消耗量，計(jì)算出船舶CO2排放量，其核心是計(jì)算各種燃料消耗量和選擇各種燃料對(duì)應(yīng)的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)。一定時(shí)間內(nèi)，燃料法計(jì)算的船舶CO2排放量等于船舶各種燃料消耗量與燃料對(duì)應(yīng)的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積的總和。目前營(yíng)運(yùn)類和技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)皆采用燃料法來計(jì)算船舶CO2排放量，只是獲取燃料消耗量的方式有所不同，區(qū)別在于營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)船舶報(bào)告的燃料消耗量直接計(jì)算CO2排放量，技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)則根據(jù)動(dòng)力裝置功率和燃油消耗率，間接計(jì)算出燃料消耗量，從而計(jì)算CO2排放量。

1.燃料法計(jì)算營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)的船舶CO2排放量

通過收集船舶能耗和營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)，采用燃料法計(jì)算船舶CO2排放量，進(jìn)而可較為容易地實(shí)現(xiàn)營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算。因此，目前營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)采用燃料法來計(jì)算船舶CO2排放量，用式（2）表示：

其中：FCj為一定時(shí)間內(nèi)船舶報(bào)告的消耗燃料j的質(zhì)量，t；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel。

2.燃料法計(jì)算技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)的船舶CO2排放量

技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)是在設(shè)計(jì)的理想環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)工況下計(jì)算得到的。技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)采用燃料法計(jì)算船舶CO2排放量，CO2排放量等于各種動(dòng)力裝置的功率、運(yùn)行時(shí)間、燃油消耗率、碳轉(zhuǎn)換系數(shù)等各項(xiàng)的乘積的總和，用式（3）表示：

其中：Pi為動(dòng)力裝置i的功率，kW；SFCi為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下的燃油消耗率，g/kWh；hi為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間，h；j為動(dòng)力裝置i在Pi和SFCi狀態(tài)下使用的燃料；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel；Pi×SFCi×hi為動(dòng)力裝置i在Pi和SFCi狀態(tài)下，在hi內(nèi)消耗的燃料j的質(zhì)量，t。

技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)是在設(shè)計(jì)的特定條件（條件恒定）下計(jì)算得到的，Pi、SFCi都是限定在理想環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)工況下的，這些參數(shù)視為定值，同時(shí)燃料j為NOx技術(shù)案卷中包括的適用試驗(yàn)報(bào)告中所列的SFCi時(shí)所使用的燃料，因此采用燃料法可以較為容易地計(jì)算技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)中的CO2排放量。對(duì)于

NOx技術(shù)案卷中未包含試驗(yàn)報(bào)告且制造商未規(guī)定SFC或驗(yàn)證者未確認(rèn)SFC的發(fā)動(dòng)機(jī)，SFCME（主機(jī)的燃油消耗率）的默認(rèn)值為190 g/kWh，SFCAE（副機(jī)的燃油消耗率）的默認(rèn)值為215 g/kWh。

3.燃料消耗量的其他計(jì)算方式

燃料消耗量的獲取除了可以通過直接報(bào)告和利用動(dòng)力裝置功率、燃油消耗率計(jì)算得到外，還可以采用熱值效率計(jì)算方法[9]，用式（4）表示：

其中：Pi為動(dòng)力裝置i的功率，kW；ηi為動(dòng)力裝置i的效率；hi為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間，h；j為動(dòng)力裝置i在Pi使用的燃料；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel；Qj為燃料j的熱值，kJ/kg。

熱值效率計(jì)算方法與技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)中的CO2排放量計(jì)算方法本質(zhì)上是一樣的。因?yàn)?/（Qj×ηi）轉(zhuǎn)換過來就是動(dòng)力裝置的燃油消耗率。

4.碳轉(zhuǎn)換系數(shù)

利用燃料中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（碳當(dāng)量）以及CO2分子中碳和氧的質(zhì)量比，可以計(jì)算得到燃料的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)。船舶在世界各地所加裝的燃料的碳含量不盡相同，因此，碳轉(zhuǎn)換系數(shù)最好由燃料供應(yīng)商提供以更加精確。目前船舶使用的燃料等級(jí)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各種燃料的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)也就相對(duì)固定。船舶常用的燃料類型及對(duì)應(yīng)的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)見表2。

燃料類型柴油/汽油輕燃油（LFO）重燃油（HFO）液化石油氣（LPG）液化天然氣（LNG）甲醇乙醇參照等級(jí)ISO 8217 DMX級(jí)-DMB級(jí)ISO 8217 RMA級(jí)-RMD級(jí)ISO 8217 RME級(jí)-RMK級(jí)丙烷丁烷---低熱值/（kJ/kg）42 700 41 200 40 200 46 300 45 700 48 000 19 900 26 800碳當(dāng)量0.874 4 0.859 4 0.849 3 0.818 2 0.826 4 0.750 0 0.375 0 0.521 7 CF/（t-CO2/t-Fuel）3.206 3.151 3.114 3.000 3.030 2.750 1.375 1.913

5.燃料法的優(yōu)劣

用燃料法計(jì)算船舶CO2排放量的優(yōu)勢(shì)是相關(guān)數(shù)據(jù)較容易獲得，計(jì)算方法簡(jiǎn)單。缺陷是：燃料中的所有碳不是都充分燃燒轉(zhuǎn)換成CO2的，也可轉(zhuǎn)換成CO、黑炭等其他含碳物質(zhì)；有些燃料沒有被燃燒而從發(fā)動(dòng)機(jī)中逃逸出來，形成油泥、油渣或其他物質(zhì)，這部分燃料在統(tǒng)計(jì)時(shí)也有被扣除，但不能被完全統(tǒng)計(jì)。燃料法計(jì)算的CO2排放量往往會(huì)偏大。因此，采用燃料法所計(jì)算的碳強(qiáng)度指標(biāo)有一定的誤差，而且燃料法不能實(shí)時(shí)反映船舶碳排放的空間分布特征和時(shí)間變化特征。這些缺陷值得后續(xù)深入研究，以便改進(jìn)營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)。

（二）動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量

用動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量，就是根據(jù)船舶在一定時(shí)間內(nèi)各種動(dòng)力裝置的實(shí)時(shí)功率和CO2排放因子，計(jì)算出船舶CO2排放量，其核心是獲取各種動(dòng)力裝置的功率、對(duì)應(yīng)功率下的CO2排放因子。動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量可用式（5）表示：

其中：Pi為動(dòng)力裝置i的功率，kW；hi為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間，h；j為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下使用的燃料；RFj為動(dòng)力裝置i在Pi狀態(tài)下的CO2排放因子，t/ kWh。

動(dòng)力法的核心是獲取船舶的運(yùn)行狀態(tài)。利用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS），采集船舶實(shí)時(shí)航行數(shù)據(jù)，如航速、吃水、航行時(shí)間、地理位置（經(jīng)緯度）等，獲取船舶實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合船舶靜態(tài)信息，確定船舶主機(jī)、副機(jī)和鍋爐等動(dòng)力裝置的負(fù)荷（功率）和工況條件，同時(shí)利用測(cè)量得到的CO2排放因子數(shù)據(jù)庫，計(jì)算出船舶CO2排放量，這樣可以更好地表征船舶碳排放的空間分布特征和時(shí)間變化特征。[10]如果可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到主機(jī)轉(zhuǎn)速，則對(duì)確定主機(jī)功率更為有利，因?yàn)橹鳈C(jī)功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比（在不考慮海況影響的條件下）。如果用航速間接確定主機(jī)功率，雖然航速等于螺旋槳螺距與轉(zhuǎn)速的乘積，但影響因素增多，會(huì)造成誤差變大。根據(jù)船舶所處的經(jīng)緯度，結(jié)合劃定的船舶排放控制區(qū)和船舶距離海岸線的距離，可以大致判斷出船舶所用的油品，從而選擇合適的CO2排放因子。

船舶在營(yíng)運(yùn)過程中各動(dòng)力裝置的工況復(fù)雜多變，這極大增加了用動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量的難度，同時(shí)計(jì)算所需的AIS數(shù)據(jù)量巨大，這樣造成計(jì)算工作量也是巨大的。如要更為精確計(jì)算，所需信息的獲取難度更大，如船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速、消耗的燃油品種等，這些都是船舶私密信息且較難實(shí)時(shí)獲得，而且船舶CO2排放因子的準(zhǔn)確度也較難把握。因此，營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)沒有采用動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量。而技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)是在設(shè)計(jì)的理想環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)工況下計(jì)算得到的，這也決定了采用動(dòng)力法計(jì)算船舶CO2排放量對(duì)技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)不適用。綜上，目前動(dòng)力法在計(jì)算碳強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)沒有被采用。

四、船舶運(yùn)輸工作量的計(jì)算

對(duì)于船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)，船舶CO2排放量可通過一定的方法來唯一確定，而船舶運(yùn)輸工作量因基于需求的載運(yùn)量和基于供給的載運(yùn)量的不同，以及船型、所載貨物、運(yùn)輸距離的不同而含義多樣，這就導(dǎo)致有多種碳強(qiáng)度指標(biāo)，如EEOI、EEPI、AER、EEDI等，因此船舶運(yùn)輸工作量的單位決定了碳強(qiáng)度指標(biāo)的單位。一般地，船舶運(yùn)輸工作量為運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）與運(yùn)輸距離的乘積，用式（6）表示：

其中：mcargo為船舶運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功），t；D為船舶運(yùn)輸距離，n mile。

船舶運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）表述如下：①對(duì)于散貨船、氣體運(yùn)輸船、液貨船、集裝箱船、雜貨船、冷藏船、兼用船和滾裝貨船，為貨物總質(zhì)量，單位為t；②對(duì)于滾裝貨船（車輛運(yùn)輸船）、滾裝客船和豪華郵輪，可為總噸（GT）；③對(duì)于集裝箱船，也可為集裝箱標(biāo)準(zhǔn)箱數(shù)量，單位為TEU；④對(duì)于混裝集裝箱及其他貨物的船舶，為集裝箱質(zhì)量與其他貨物質(zhì)量的總和，單位為t；⑤在無法獲得箱貨實(shí)際質(zhì)量的情況下，一個(gè)重載標(biāo)準(zhǔn)箱可按 10 t折算，一個(gè)空載標(biāo)準(zhǔn)箱可按2 t折算；⑥對(duì)于客船（包括滾裝客船），為乘客數(shù)量，單位為人； ⑦對(duì)于車輛運(yùn)輸船，可為車輛數(shù)量或占用的車道長(zhǎng)度，單位為輛或m；⑧對(duì)于豪華郵輪，為下鋪數(shù)量，單位為個(gè)。船舶運(yùn)輸距離可以為實(shí)際載貨航行距離（重載航程）或總的航行距離（重載航程加上壓載航程），單位為n mile（海里）。[11]

對(duì)船舶運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）和船舶運(yùn)輸距離的定義不同，也就有了船舶運(yùn)輸工作量的不同計(jì)算方法和表現(xiàn)形式，總體上可分為基于需求的和基于供給的兩大類船舶運(yùn)輸工作量計(jì)算方法。

（一）基于需求的船舶運(yùn)輸工作量的計(jì)算

所謂基于需求的船舶運(yùn)輸工作量，是指以航運(yùn)市場(chǎng)實(shí)際需求的船舶運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）來計(jì)算船舶運(yùn)輸工作量。航運(yùn)市場(chǎng)實(shí)際需求的船舶運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）就是船舶在營(yíng)運(yùn)中實(shí)際的載貨量（或所作的功）?；谛枨蟮拇斑\(yùn)輸工作量用式（7）表示：

其中：mDemand為船舶在營(yíng)運(yùn)中實(shí)際的載貨量（或所作的功），t；D為船舶運(yùn)輸距離，n mile。

（二）基于供給的船舶運(yùn)輸工作量的計(jì)算

所謂基于供給的船舶運(yùn)輸工作量，是指以船舶能為航運(yùn)市場(chǎng)供給的運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）來計(jì)算船舶運(yùn)輸工作量。船舶能為航運(yùn)市場(chǎng)供給的運(yùn)輸貨物質(zhì)量（或所作的功）就是船舶的裝載能力（載重噸或總噸）?；诠┙o的船舶運(yùn)輸工作量用式（8）表示：

其中：mSupply為船舶的裝載能力（載重噸或總噸），t；D為船舶運(yùn)輸距離，n mile。

五、碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算

（一）營(yíng)運(yùn)類碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算

1.EEOI

根據(jù)MEPC.1/Circ.684《船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用導(dǎo)則》，計(jì)算周期內(nèi)營(yíng)運(yùn)船舶滾動(dòng)平均EEOI用式（9）表示：

其中：i為計(jì)算周期內(nèi)的航次號(hào)；j為燃料種類；FCij為在航次i消耗燃料j的質(zhì)量，t；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel；mcargo為所載貨物質(zhì)量（t）或所作的功；Dladen，i為在航次i與mcargo相對(duì)應(yīng)的航行距離，即載貨航行距離，n mile。

EEOI的單位取決于所載貨物或所作的功的測(cè)量，可以為t/（t·n mile）、t/（TEU· n mile）、t/（人·n mile）、t/（GT·n mile）等。對(duì)于所載貨物質(zhì)量或所作的功為零的航次，仍需要將該航次中使用的燃料計(jì)入式（9）。因此，船舶裝載率會(huì)對(duì)EEOI有很大影響。EEOI是IMO確定的獲得營(yíng)運(yùn)船舶、船隊(duì)能效水平的定量測(cè)量工具。

EEOI是一種基于需求的船舶運(yùn)輸工作量來計(jì)算的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)，能夠客觀、準(zhǔn)確地反映船舶實(shí)際的碳強(qiáng)度（能效水平）。因此，EEOI是最符合IMO船舶溫室氣體減排初步戰(zhàn)略中碳強(qiáng)度定義的，可以其作為市場(chǎng)措施的支持指標(biāo)。但是計(jì)算EEOI需要收集船舶載貨量等商業(yè)敏感信息，同時(shí)增加了船員工作負(fù)擔(dān)，且EEOI直接反映船舶經(jīng)營(yíng)水平和船型特征[12]，以其代表營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度會(huì)帶來很大爭(zhēng)議，因此沒有被作為強(qiáng)制指標(biāo)使用。目前歐盟《海運(yùn)CO2排放的測(cè)量、報(bào)告和核實(shí)規(guī)則》和中華人民共和國(guó)海事局《船舶能耗數(shù)據(jù)收集管理辦法》涵蓋了計(jì)算EEOI所需的營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)。隨著IMO GHG減排力度的加強(qiáng)和數(shù)據(jù)收集機(jī)制的完善，相信IMO用EEOI代表營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度將會(huì)實(shí)現(xiàn)。

2.cDIST

IMO各成員國(guó)提出各種EEOI替代指標(biāo)，其中cDIST是基于供給的船舶運(yùn)輸工作量（船舶裝載能力和總航行距離的乘積）來計(jì)算的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)，“c”代表船舶裝載能力，“DIST”代表總航行距離。計(jì)算周期內(nèi)營(yíng)運(yùn)船舶滾動(dòng)平均cDIST用式（10）表示：

其中：i為計(jì)算周期內(nèi)的航次號(hào)；j為燃料種類；FCij為營(yíng)運(yùn)船舶在航次i消耗燃料j的質(zhì)量，t；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel；Mcapacity為船舶載重噸或總噸，t；Di為航次i航行距離，n mile。

當(dāng)船舶裝載能力用載重噸（DWT）表示時(shí)，cDIST可表示成cwDIST（適用于散貨船、氣體運(yùn)輸船、液貨船、集裝箱船、雜貨船、冷藏貨船、兼用船、LNG運(yùn)輸船和滾裝貨船），單位為t/（t·n mile）。若計(jì)算周期為日歷年，cwDIST就變成了AER。當(dāng)船舶裝載能力用總噸（GT）表示時(shí)，cDIST可表示成cgDIST（適用于滾裝貨船（車輛運(yùn)輸船）、滾裝客船和豪華郵輪），單位為t/（GT·n mile）。當(dāng)船舶裝載能力用標(biāo)準(zhǔn)箱（TEU）總量表示時(shí)，cDIST可表示成ctDIST（適用于集裝箱船），單位為t/（TEU·n mile）。當(dāng)船舶裝載能力用車道長(zhǎng)度（Lanemeter）表示時(shí)，cDIST可表示成clDIST（適用于滾裝船），單位為t/（m·n mile）。當(dāng)船舶裝載能力用車道長(zhǎng)度（Lanemeter）表示時(shí)，cDIST可表示成clDIST（適用于滾裝船），單位為t/（m·n mile）。當(dāng)船舶裝載能力用可用下鋪數(shù)量（available lower berths）表示時(shí)，cDIST可表示成cbDIST（適用于郵輪），單位為t/（個(gè)·n mile）。

cDIST這一系列的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)不依賴實(shí)際貨運(yùn)數(shù)據(jù)，商業(yè)敏感性較弱，計(jì)算較EEOI簡(jiǎn)單，實(shí)用性更強(qiáng)。在IMO數(shù)據(jù)收集機(jī)制下，很容易計(jì)算得到AER和cgDIST。因此，IMO選定AER和cgDIST作為強(qiáng)制的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)級(jí)。AER和cgDIST的最大弊端在于其有利于空載營(yíng)運(yùn)船舶獲得較好的碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)，對(duì)載貨率高、重載航行距離長(zhǎng)的營(yíng)運(yùn)船舶很不利，甚至給這些船舶帶來懲罰性評(píng)級(jí)結(jié)果。因此，需要對(duì)AER和cgDIST造成的評(píng)級(jí)偏差進(jìn)行校正，這方面值得深入研究。

3.EEPI

EEPI是張爽提出的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)[8]，并被IMO推薦為自愿指標(biāo)以供船舶試用。計(jì)算周期內(nèi)營(yíng)運(yùn)船舶滾動(dòng)平均EEPI用式（11）表示：

其中：i為計(jì)算周期內(nèi)的航次號(hào)；j為燃料種類；FCij為營(yíng)運(yùn)船舶在航次i消耗燃料j的質(zhì)量，t；CFj為燃料j的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，t-CO2/t-Fuel；Mcapacity為船舶載重噸或總噸，t；Dladen，i為航次i載貨航行距離，n mile。

EEPI的單位為t/（t·n mile）或t/（GT·n mile），是基于供給的船舶運(yùn)輸工作量（船舶裝載能力和載貨航行距離的乘積）來計(jì)算的碳強(qiáng)度指標(biāo)。EEPI是介于EEOI和cDIST之間的折中融合方案，作為EEOI的替代，其擺脫商業(yè)敏感數(shù)據(jù)，是EEOI的近似值，是對(duì)cDIST的修正。EEPI面臨的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確界定船舶的裝載狀態(tài)，避免人為刻意增加船舶載貨航行距離。

（二）技術(shù)類碳強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算

EEDI與EEXI的計(jì)算和驗(yàn)證的框架基本相同，只是在計(jì)算系數(shù)獲取和驗(yàn)證上略有不同[13]，可以看作是EEXI將EEDI由新造船擴(kuò)展到現(xiàn)有船，EEDI、EEXI也將會(huì)走向高度的融合[14]。EEDI與EEXI的計(jì)算分別詳見MEPC.308（73）《2018年新船達(dá)到的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）計(jì)算方法導(dǎo)則》和MEPC.333（76）《2021年達(dá)到的現(xiàn)有船能效指數(shù)（EEXI）計(jì)算方法導(dǎo)則》。EEDI、EEXI的計(jì)算思路是式（3）除以式（8），在式（8）中，船舶運(yùn)輸距離由航速乘以運(yùn)行時(shí)間得到，這樣分子和分母中的運(yùn)行時(shí)間就可以約掉，在理想環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)工況下，便可計(jì)算得到EEDI和EEXI。EEDI、EEXI的單位為t/（t·n mile）或t/（GT·n mile），是基于供給的船舶運(yùn)輸工作量來計(jì)算的技術(shù)碳強(qiáng)度指標(biāo)。EEDI、EEXI反映的是船舶在代表性的特定工況點(diǎn)下的碳強(qiáng)度水平，不能全面反映船舶在其他工況和海況環(huán)境下的碳強(qiáng)度水平，更不能決定船舶在實(shí)際營(yíng)運(yùn)中的碳強(qiáng)度性能，但其作為碳強(qiáng)度監(jiān)測(cè)工具，便于不同船舶統(tǒng)一執(zhí)行，可操作性強(qiáng)，有一定合理性。

EVDI是澳大利亞第三方船舶檢驗(yàn)與評(píng)估機(jī)構(gòu)RightShip給船舶GHG評(píng)級(jí)使用的碳強(qiáng)度指標(biāo)，沒有要求值，不屬于IMO碳強(qiáng)度規(guī)則下的碳強(qiáng)度指標(biāo)，其計(jì)算方法與EEDI、EEXI基本相同，不同的是EVDI對(duì)主機(jī)最小功率有限制。RightShip對(duì)EVDI有一套主機(jī)功率限制（Engine Power Limit，EPL）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，避免船東和船公司為達(dá)到符合要求的EEXI而完全依賴EPL，從而推動(dòng)低碳、零碳技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用[15]。

六、研究展望

（一）基于航運(yùn)大數(shù)據(jù)的碳強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比研究

IMO的船舶油耗數(shù)據(jù)收集機(jī)制已于2019年1月1日開始實(shí)施，新造船的EEDI數(shù)據(jù)收集機(jī)制也即將啟動(dòng)，隨著EEXI規(guī)則的強(qiáng)制實(shí)施，相信也會(huì)收集現(xiàn)有船的EEXI數(shù)據(jù)。我國(guó)的船舶能耗數(shù)據(jù)收集機(jī)制已于2019年1月1日開始實(shí)施。[11]下一步，建議IMO與政府主管部門基于收集到的航運(yùn)大數(shù)據(jù)（如船舶運(yùn)輸工作量數(shù)據(jù)、油耗數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)能效數(shù)據(jù)、航線氣象數(shù)據(jù)等），對(duì)比分析營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度（AER、EEOI等）和技術(shù)碳強(qiáng)度（EEDI、EEXI）各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，用數(shù)據(jù)說明分別使用AER、EEOI作為營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)指標(biāo)的評(píng)級(jí)結(jié)果的偏差。船舶航運(yùn)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用將是未來的研究重點(diǎn)，可參照IMO船舶GHG減排成熟做法，利用船舶航運(yùn)大數(shù)據(jù)制定適合我國(guó)國(guó)情的船舶GHG減排政策。

（二）碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)機(jī)制的改進(jìn)

IMO目前的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)機(jī)制有一定的缺陷，會(huì)對(duì)本身能效水平好而載貨率高、重載航行距離長(zhǎng)的營(yíng)運(yùn)船舶的評(píng)級(jí)造成誤判。此外，由于船舶營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)值具有一定的偶然性和隨機(jī)性，且易被人為操控，會(huì)造成船舶每年的營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)波動(dòng)，不利于激發(fā)投資使用低碳、零碳技術(shù)提升船舶EEDI、EEXI的船東的積極性。因此，隨著EEDI、EEXI數(shù)據(jù)收集機(jī)制的啟動(dòng)，建議使用一種營(yíng)運(yùn)碳強(qiáng)度和技術(shù)碳強(qiáng)度相結(jié)合的綜合評(píng)級(jí)機(jī)制，賦予營(yíng)運(yùn)和技術(shù)指標(biāo)合理的權(quán)重，促進(jìn)船舶在低碳、零碳技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新和應(yīng)用。同時(shí)，減碳與減少污染物排放、壓載水排放等生態(tài)環(huán)保有著直接的關(guān)系，如何建立科學(xué)的船舶碳強(qiáng)度綜合評(píng)級(jí)機(jī)制以及發(fā)展船舶綜合節(jié)能減排技術(shù)是今后的研究重點(diǎn)。

（三）研制船舶智能能效管理系統(tǒng)

目前有關(guān)船舶能耗方面的數(shù)據(jù)是由船方收集填報(bào)，然后由主管機(jī)關(guān)審核的。在數(shù)據(jù)收集、審核的過程中無法避免人為因素的影響，這樣會(huì)造成一定程度的數(shù)據(jù)失真。因此，建議研制船舶智能能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、上報(bào)，并智能控制船舶航行與燃料消耗，可在減輕船員與船公司管理負(fù)擔(dān)的同時(shí)，使收集到的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，以制定出符合實(shí)際的GHG減排政策和措施，同時(shí)，也可提升船舶能效管理水平，最終實(shí)現(xiàn)智能船舶的應(yīng)用。

（四）基于碳強(qiáng)度指標(biāo)建立船舶GHG減排市場(chǎng)機(jī)制

建立合理的市場(chǎng)機(jī)制是船舶GHG減排的重要發(fā)展方向。市場(chǎng)機(jī)制有碳交易、碳稅、碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)等手段。在碳交易方面，基于航運(yùn)業(yè)年度CO2排放總量控制和減排目標(biāo)，選擇合適的碳強(qiáng)度指標(biāo)（如EEOI），根據(jù)航運(yùn)企業(yè)每年預(yù)估的運(yùn)輸工作量，核算航運(yùn)企業(yè)的年度CO2排放量額度，進(jìn)而對(duì)航運(yùn)企業(yè)授予或出售碳配額。在碳稅方面，可基于減排目標(biāo)設(shè)置船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)（如EEOI）碳稅基線，船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)高于基線的收取燃油碳稅，否則不收取。在碳強(qiáng)度評(píng)級(jí)方面，對(duì)于評(píng)級(jí)好的船舶，相關(guān)方給予船舶適當(dāng)?shù)募?lì)（如稅費(fèi)減免等）；對(duì)評(píng)級(jí)差的船舶，相關(guān)方可采取懲罰性措施。通過市場(chǎng)機(jī)制獲取的資金可投入到船舶清潔能源技術(shù)的研究、應(yīng)用中或其他方面。不考慮其他因素，僅從技術(shù)角度，基于碳強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)方法與低碳、零碳能源應(yīng)用，航運(yùn)業(yè)GHG減排市場(chǎng)機(jī)制的措施值得深入探討。