船舶能效设计指数和能效营运指数介绍及分析

摘要：CO2排放控制一直是航运业关注的焦点，国际海事组织(IMO)海洋环境保护委员会第62次会议通过了MARPOL公约附则VI修正案实施有效的全球温室气体减排规定。分析、研究船舶能效设计指数(EEDI)和能效运营指数(EEOI)，讨论可以采取的CO2减排措施。关键词：船舶、CO2排放、能效设计指数、能效运营指数现代工业发展对人类生活环境的影响日益严重，其中一个非常严重的问题是化石燃料的广泛使用导致大量CO2。目前二氧化碳被认为是最主要的人为温室气体。温室气体聚集在大气层中，产生了非常严重的温室效应，对人类的生存环境构成了巨大的威胁。为了全人类的共同利益，必须控制全球CO2排放。一、二氧化碳排放和温室效应近年来温室气体排放问题引起了全世界的广泛关注。温室气体是一种能从大气中吸收热量并反射红外线的气体。地球上有很多温室气体，例如水蒸气、CO2、甲烷、氮氧化物、臭氧、氯化碳，各种温室气体的吸收和反射作用很难预测。为什么目前科学界确认的温室气体只有CO2，全球变暖的主要原因是CO2？碳是形成生命的最重要的因素。数千万年来，在地球表面，山、海、大气、生物的各种运动不断产生和吸收二氧化碳，以自己的方式循环着山、海、大气、生物，碳的总量基本保持平衡。人类进入工业社会后，使用了很多煤、石油等化石燃料，挖掘了原本固定在地壳深处的碳，通过燃烧向大气中大量排放二氧化碳，同时，由于目前生态环境的破坏，植被减少，植物吸收CO2的能力也大幅减弱，表面碳平衡受到了严重破坏。大气中CO2含量的增加导致了气候变暖、冰川记录和海平面上升的严重温室效应，给世界经济造成了巨大损失。事实上，更严重的问题是，全球变暖导致冰川融化，释放了原先被冰川吸收的另一种温室气体甲烷，产生了不受控制的积极反馈效应，从而给全人类造成灭绝的灾难，这是目前全球控制CO2排放的真正原因。2009年12月在哥本哈根举行的联合国气候变化大会会议确定了气候变化是我们时代面临的一大课题，将大幅减少全球CO2排放，控制全球气温上升，本世纪全球气温不超过2 的指标。海运是能效最高的运输方式，各种运输方式的CO2排放量相对值如图1所示，是布。作为最主要的船舶推进机械，低速柴油机的CO2排放量在热机中最低。但是，世界范围内船舶较多，船舶用柴油机的功率巨大，因此消耗的能源和排放量也不容小觑。根据IMO 2009年发表的第二次温室气体研究报告，2007年国际船舶运输业的CO2排放量为8.70亿，占全球CO2总排放量的2.7%。其总量巨大，国际贸易迅速增长，国际海上CO2排放受到了极大关注。IMO在2009年第59次海洋环境保护委员会(MEPC)会议上，主要就船舶运输所产生的温室气体排放量控制方法制定了多种规则，包括IMO通过新船能 效设计指数（EEDI）计算方法的临时指南和新船能效设计指数自愿验证临时导则。2011年7月，在IMO举行的MEPC第62次会议上，缔约国一致通过了强制性国际航行船舶温室气体(GHGs)减排措施，其形式为自愿使用船舶 能效营运指数（EEOI）的指南 (MARPOL公约)附录VI修正案。也就是说，世界上第一个世界范围的温室气体减排规制将被强制实施。马普尔公约附录VI作为“防止船舶造成空气污染的规则”，附录VI添加了包含有关船舶能效的规定的第4章。该规定适用于共400吨以上的船舶，预计将于2013年1月1日生效。二、船舶能效设计指数称为能源效率设计索引(Eedi)的船舶能效设计指数是在船舶设计阶段，根据每单位船舶运输量(货运量)估算的CO2排放量。EEDI只是考虑到船舶在设计条件下产生CO2排放的主要因素和可能的改善手段的设计指标，并鼓励船舶设计单位、造船厂、设备制造商采取各种措施，提高船舶能效，促进技术进步和创新，无论船舶运行如何。船舶能效设计指数是在船舶安装阶段提高船舶运输量，通过多种手段减少CO2排放。根据IMO 国际防止船 舶造成污染公约，EEDI表示(1)表达式的分子部分是海运中CO2的排放量，分母部分是设计速度下的总货运量。为了更好地理解，还可以参考IMO 新船能效设计指数（EEDI）计算方法 的临时指南提供的一般推进系统(图2)，图2包括主机、辅助机器、锅炉、轴发电机和余热回收装置。主机主要用于船舶推进，通过轴带发电机提供动力，也可以通过余热回收装置回收能源，用于发电。簿记提供电力对配电板，主要用于船舶辅助设备的电力供应，也可以通过轴向马达推进。设计指数没有考虑锅炉的排放。分子部分1是主机生成的CO2总辐射。其中，PME减去带发电机功率的轴的主机功率，SFCME是主机的燃料消耗率，CFME是每单位燃料消耗的CO2排放量。如果需要聚合多个主机，则最前面有功率修正系数。项目2 (PAECFAESFCAE)使用子系统产生的CO2排放总量、PAE使用子系统电源、CFAE使用子系统单位燃料消耗产生的CO2排放量、SFCAE使用子系统燃料消耗率、轴发电机使用SFCAE代替SFCME。第3项修正了推进功率产生的CO2释放量，如果使用电力推进，则电力功率增加PPTI，如果使用余热回收装置发电等创新能源效率技术，则可以减少推进电力PAEeff。第4款采用了创新的电源能效技术，通过降低船舶辅助设备的功耗，减少辅助机器的电力供应，减少辅助机器的CO2排放。因此，第3和第4项是采用创新的能效技术，然后降低CO2排放量，修改推进和电力供应中的(第1和第2)CO2排放量。分母部分是船舶设计装载容量、船速的乘积，对于干散货、油轮、天然气运输船、集装箱船、滚装船和普通货船，按装载吨计算；客船和ro-ro客船按总吨计算。对于容器线，根据65%的载荷吨计算。Fi和fw是修正系数。三、船舶能效运营指数称为能源效率运营指示器(eeoi)的船舶能效运营指数根据IMO 新船能效 设计指数（EEDI）计算方法的临时指南，EEOI可能如下所示(2)在此表达式中，分子部分表示船舶的航行，CO2排放。Fc表示船舶航行中消耗的燃料量，CF表示燃烧单位质量燃料的CO2质量排放量，也称为CO2排放系数，这两者和乘积表示燃烧某种燃料产生的CO2排放。能源效率操作指标考虑所有设备(主机、簿记、锅炉等)产生的CO2辐射，因为每个设备使用的燃料可能不同，所以进行合计，所以表示多种燃料。分母部分显示为船舶货运量(mcargo)与船舶行驶里程d的乘积，mcargo的单位视情况而定可以是运载能力(t)、TEU或人(对于客船)。船舶能效运营指数实际上是每吨货物运输中产生的CO2辐射。EEOI的定义表明，EEOI值越小，船舶的能效就越高。降低船舶能效运营指数可以减少船舶每海里的燃料消耗，提高船舶装载量，或实现使用低co2排放因子的燃料。船舶能效运营指数一般是基于一次或多次运行的数据。在船舶航行及港口停泊期间，要统计船舶主机、浮起、锅炉等消耗的燃油油量，因此要建立有效的船舶能效管理系统。在信息高度发达的今天，通过海事卫星和计算机网络，可以实现船舶公司对船舶运行情况、船舶货运量、船舶每日燃料消耗量、船舶持有燃料等的实时监视和管理。四、关于二氧化碳排放因素的讨论船舶使用不同的燃料产生不同数量的二氧化碳。因此，自愿使用船舶能效 营运指数（EEOI）的指南和自愿使用船舶能效营运指数（EEOI）的指南提供了不同燃料的CO2排放无量纲转换系数表(见表1)。这里主要讨论两个问题。1.换用另一种燃料会改变EEDI和EEOI如表达式(1)、(2)所示，EEDI和EEOI的计算都与CO2排放系数CF相关。在与同一船舶形成对比的情况下，如果换成不同的燃料，就可以改变船舶的EEDI和EEOI。如果把目前使用燃料作为主要燃料的船舶改为液化天然气作为燃料，液化天然气的主要成分是甲烷，碳量少，发热量高，因此CO2排放比使用燃料油低25% 1/30%2。表1中有关相关数据的问题和讨论燃料的碳含量与分子结构及密度有关，碳含量低，密度低，质量好。随着碳量的增加，大分子和芳香成分的增加，燃料密度的增加，质量变差。天然气的主要成分是甲烷ch4，密度很低，气体，碳量为12/16=0.75，丙烷为C3H8，碳量为36/44=0.818。据ISO8217(2005)分析，DM级油是蒸馏燃料，质量最好，DMX级是轻柴油，密度低，对标准没有要求。DMA、DMB和DMC级油在15 时分别为0.890、0.900、0.920千克/L.RMA30、RMB30和RMD80是轻质燃料油，在15 时分别为0.960、0.975和0.980在几种燃料中，柴油/柴油的碳含量最低，海洋柴油(LFO)的碳含量最高，海洋重油(HFO)的含量最高。正十六烷值计算为C16H34，小碳(1612)/(1612 34)=192/226: 0.85。因此，我认为IMO 新船能效设计指数（EEDI）计算方法的临时指 南和自愿使用船舶能效运营指数（EEOI）导则提供的不同燃料的CO2排放无量纲转换系数表中存在打印错误，需要调整。五、减少船舶CO2的方法IMO提出的EEDI和EEOI指标实际上从船舶设计和运营两个方面减少了船舶的温室气体排放量，主要措施包括：(1)使用低CO2排放的燃料