典型船舶年度营运碳强度模拟计算及评级

摘要：根据MARPOL公约附则Ⅵ最新修正案中有关船舶营运碳强度的相关要求，选择上海地区四种典型中国籍国际航行船舶，分别模拟其营运碳强度的计算和评级，并根据计算结果对不同船型的评级进行分析，提出修正案生效后的应对建议，供业界参考。

关键词：温室气体；国际航运；船舶营运碳强度；评级

一、引言

国际海事组织 ( International Maritime Organization，IMO ) 海上环境保护委员会于2021年6月召开第76届会议，对防污公约 ( 以下简称MARPOL公约 ) 附则Ⅵ进行了较大修订，其中新增的第28条引入了船舶营运碳强度指标 ( Operational carbon intensity indicator，CII )，用以衡量船舶单位运输工作量二氧化碳的平均排放量，并将营运碳强度指标分为达到的年度营运碳强度指标  ( Attained annual operational carbon intensity indicator， Attained CII ) 和要求的年度营运碳强度指标 ( Required annual operational carbon intensity indicator，Required CII ) 两类。从2023年开始，对于5 000总吨及以上适用的国际航行船舶，每年将根据船舶的Attained CII与Required CII的对比结果对其进行评级。对于评级较差的船舶，将可能影响其获得碳强度指标的符合声明，会给其正常营运带来诸多不利影响。 

为了保证船舶营运碳强度指标机制的顺利实施，该次会议还通过了四个相关导则，分别为《2021年营运碳强度指标和计算方法导则》( 以下简称G1导则 )、《2021年与营运碳强度指标联合使用的参考基线导则》（以下简称G2导则）、《2021年与参考基线相关的营运碳强度折减系数导则》( 以下简称G3导则 ) 和《2021年船舶营运碳强度评级导则》( 以下简称G4导则 )，通过该四个导则的联合使用，可以对每一适用的船舶进行CII的计算和评级。本文就CII的计算和评级方法进行介绍，通过调研选取上海地区12艘典型中国籍营运国际航行货船进行模拟测算，并分析其在2023年至2026年的CII评级变化趋势，为相关方应对CII评级机制的正式实施提供参考。

二、年度CII计算和评级方法

1.CII的计算

G1导则对船舶CII的计算方法作了明确规定[1]， 即船舶在一个日历年排放的二氧化碳总质量与其所进行的总运输工作量之比，计算公式如下：

attained CIIship=M/W( 1 )  

其中：M为船舶一个日历年排放二氧化碳的总量，g；W 为船舶一个日历年所完成的总运输工作量，DWT·n mile或GT·n mile。 

船舶一个日历年排放二氧化碳总量M的计算公式如下：

M=∑FCj×CFj( 2 ) 

其中：j 为燃油类型；FCj 为根据IMO数据收集系统公布的一个日历年燃油j 消耗的总质量，g；CFj 为燃油j 的燃油质量与二氧化碳质量换算系数。

船舶一个日历年所做的总运输工作量W 的计算公式如下： 

W=C×Dt      ( 3 ) 

其中：对于散货船、液货船、集装箱船、气体运输船、LNG运输船、滚装货船、杂货船、冷藏货船和兼用船，C 为船舶的载重吨 ( DWT )；对于邮轮、滚装货船 ( 车辆运输船 ) 和滚装客船，C 为船舶的总吨 ( GT )；Dt 为船舶一个日历年内的航行总距离，n mile。 

2.CII的参考基线

CII参考基线是指依据G1导则对MARPOL公约附则Ⅵ第28条所适用的每一船型制定的一条参考基线，该基线代表了2019年某一指定船舶组实际碳强度性能表现的中值曲线，是以船舶运载能力为变量的幂函数。当得知某单艘船舶的运载能力后，即可计算出该艘船舶2019年的具体CII参考基线值，其计算公式如下[2]：

CIIref=aC -c      ( 4 )  

其中：CIIref为2019年CII的参考基线值，g/( DWT· n mile ) 或g/( GT·n mile )；C 的定义与式 ( 3 ) 中相同；a 和c 是依据2019年IMO数据收集系统收集的单船Attained CII和运载能力为样本，通过中值回归拟合估计的参数，见表1。

表1 2019年不同船型CII参考基线计算参数

3.CII的折减系数

CII折减系数是指规定年份船舶的Attained CII相较于2019年参考基线值减少的百分比，该系数的设定主要是为逐步满足《国际海事组织船舶温室气体减排初步战略》( MEPC.304 ( 72 ) 号决议 ) 的目标，即2030年国际航运船队平均CII较2008年下降40%。G3导则对于确定CII折减系数的方法进行了详细介绍，并确定了2023年到2030年该系数的具体数值，该数值参与单艘船舶在某年份Required CII的具体计算，将影响船舶的年度评级。Required CII计 算公式如下[3]：

Required CII= ( 1-Z/100 ) ×CIIref     ( 5 ) 

 其中：CIIref与式 ( 4 ) 中定义相同；Z 是2023年到2030年CII的折减系数，具体数值见表2。

表2 相较于2019年CII参考基线值的折减系数

4.CII的评级

最新修订的MARPOL公约附则Ⅵ要求将船舶的Attained CII与Required CII进行对比验证，根据对比结果将船舶的CII分为A、B、C、D和E五级，分别表示优秀、良好、普通、稍差或不合格绩效水平。为方便评级，从2023年到2030年，5级评级机制每年定义4个边界，分别为优秀边界 ( superior boundary )、良好边界 ( lower boundary )、合格边界 ( upper boundary ) 和较差边界 ( inferior boundary )。据此，可通过比较船舶的年度Attained CII与边界值来确定等级，如图1所示。

图1 CII评级边界

图1中4个边界值的计算公式如下[4]：

其中：d1、d2、d3和d4是以2019年IMO数据收集系统收集的不同船型的数据作为样本，采用分位数回归的方法估算，exp( d1 )、exp( d2 )、exp( d3 ) 和exp( d4 ) 的具体数值见表3；Required CII的计算方法同式 ( 5 )。

表3 不同类型船舶CII评级边界参数

三、典型船舶年度CII的计算和评级分析 

1.样本船舶数据

本文通过调研，从上海地区航运公司的主营国际航行货船中随机挑选了典型的散货船、集装箱船、杂货船和油船各4艘，作为CII计算和评级分析的样本，其2021年相关的航行及油耗数据如表4所示。

表4 样本船舶2021年相关航行及油耗数据

2.Attained CII的计算

结合式 ( 1 )～( 3 ) 及表4可以对12艘样本船舶的CII进行计算，表5给出了样本船舶的Attained CII计算结果，表中A1、A2、A3和A4分别对应表4中各船型下的船舶。

表5 样本船舶的CII计算结果   单位：g·( DWT·n mile )-1

结合表4和表5可以看出，即使船舶载重吨量级相当，但由于类型不同，计算得到的Attained CII也相差较大，例如，表5中杂货船、散货船和油船A2的Attained CII分别比集装箱船A2高约31%、13%和5%。调研期间发现，这种情况产生的主要原因是相较于其他三种类型的货船，集装箱在靠港期间可以使用岸电，即使不考虑不同船型船舶自身的相关要素，如船体线型、主机性能、航行条件和船舶维护管理等，船舶靠港期间使用岸电也可以节省大量燃油，即减少二氧化碳的排放，降低船舶自身的Attained CII。

图2为结合表4和表5给出的不同船型的载重吨与Attained CII的变化关系图。从图中可以看出，尽管船型不同且个别船舶由于自身营运状况导致其Attained CII可能会明显偏高，例如集装箱船A1和油船A4，但不同船型的Attained CII整体随船舶载重吨的增大而呈现减小趋势。这是因为燃油消耗量主要受主机油耗率影响，同等工况下主机功率越大则油耗率越大[5]，而样本船舶资料显示，船舶载重吨成倍增加后，主副机的功率并不会同等比例增大，即同等营运状况下船舶的耗油量不会同等比例增加，根据式 ( 1 ) 可知此时船舶的Attained CII将会变小，即船舶的大型化会降低自身的Attained CII。

图2 不同船型载重吨与Attained CII的关系

3.CII的评级

在船舶实际营运期，船舶年度Attained CII会受诸多因素的影响，如船舶性能、营运方式和天气因素等，本文假设在2021—2026年样本船舶本身及营运方式不作任何改变，始终能维持当前Attained CII，则根据上文的介绍可知，计算完船舶的Attained CII后，结合式 ( 4 ) 和式 ( 5 ) 及表1和表2可分别计算出每一单艘船舶的Required CII，再结合式 ( 6 ) 和表3，则可以计算出各船舶在2023年的各评级边界值，结果见表6，将表5和表6的结果进行对比则可以对每一单艘船舶进行分级。图3给出了所有样本船舶在2023年新规生效后的评级结果。

表6 样本船舶Reference CII及2023年各评级边界值

图3 样本船舶2023年CII评级结果

通过图3可以看出，2023年按照修正案要求对样本船舶进行评级时，CII评级总体表现最优的船型为集装箱船，该船型100%的船舶都在B级及以上，有75%的船舶评级为A，且只有此一种船型评级时有船舶达到A级。油船的CII评级次之，但所有船舶也均在C级及以上，且有75%的船舶评级为B。杂货船的CII评级在B、C、D、E四级中分布比较均匀，各级船舶占比一致，但有一半的船舶位于合格线以下。散货船的CII评级在四种船型中表现最差，有50%的船舶评级为E，且只有25%的船舶在合格线以上，评级为C。 

G4导则在确定各评级边界时划分了15%的营运船舶会处于E级，20%的船舶会处于D级，但此比例是依据2019年IMO数据收集系统中的数据得出，实践中不同国家和地区的不同类型船舶的CII评级比例分布可能会存在较大差异。结合图2的评级结果可知，相较于IMO的评级比例分布，样本船舶中散货船和杂货船的CII评级位于D级和E级的比例更高。

4.CII评级的变化

假设船舶自身不受所有外部因素的影响，能持续维持当前的Attained CII表现水平，但由于G3导则中CII折减系数的存在，各船型CII的评级边界值依然会逐年递减，这将导致船舶的CII评级会随着评级边界的递减而发生变化。图4给出了四种样本船型2023—2026年CII评级在C级及以上船舶的占比变化。

图4 四种样本船型2023-2026年C级及以上船舶占比

从图4可以看出，若船舶在碳强度管理方面不做出任何改变，2023—2026年样本船舶中集装箱船的评级能100%维持在C级及以上，结合表5和表6可知，这是因为样本船舶中集装箱船的Attained CII与评级边界对比裕度较大，因此全部船舶在2023—2026年能始终保持良好的评级表现。油船虽然在2023年评级时能满足所有船舶在C级及以上，但随时间推移依然会有相当比例船舶跌至C级以下评级。杂货船和散货船C级及以上船舶在评级之初便占比不高，在2026年时，两种船型C级及以上船舶占比均出现下滑导致其占比更低，其中样本船舶中所有散货船评级均在该年跌至C级以下。 

图5给出了样本船舶在能持续维持当前Attained CII表现的前提下，四种不同货船船型在2023—2026年CII评级占比变化情况。

图5 四种不同船型2023-2026年CII评级占比变化

结合图4和图5可知，所有典型货船船型的CII评级均呈现下滑趋势，即使集装箱船整体表现良好，但随着时间推移依然有相当比例的船舶可能面临C级以下的评级。对于散货船和杂货船，该两种船型随着时间推移会较快地出现大比例船舶评级跌至C级以下的情况，而MARPOL附则Ⅵ的最新修正案要求，不得向连续三年被评为D级或E级的船舶签发营运碳强度符合声明，除非已适当制订纠正行动并反映在船舶能效管理计划 ( Ship Energy Efficiency Management Plan，SEEMP ) 中，并由主管机关或经其正式授权的任一组织进行了验证，即船舶的CII评级只有为C级及以上才能在当前机制下可暂不做改进。其中，SEEMP作为船舶安全管理体系的一部分，是CII机制实施的重要载体，每年需要对其进行验证和公司审核。对于连续三年被评为D级或E级的船舶，需修订其SEEMP以包括纠正行动计划，并提交至主管机关或经其正式授权的任一组织以供验证，船舶需按照经修订的SEEMP采取相关的纠正行动。

5.讨论与建议

结合本文上述的模拟测算可知，CII评级机制实施后，虽然当前营运的样本船舶CII评级表现存在较大差异，集装箱船较散货船和杂货船有着更优的评级表现，但如果船舶在碳强度方面不做出任何改进，所有样本船舶的评级表现均会随时间呈现下滑趋势，此时若不能采取有效的应对措施，则很有可能给其正常营运带来影响。因为船舶年度营运碳强度实施后，船舶将被赋予能效评级，而评级不佳的船舶，在港口国监督检查过程中可能面临更严格的关于CII的相关检查。正在修订的新版《港口国监督程序》新增了对于船舶CII的检查要求，对于连续三年被评为D级或E级的船舶，检查员可能会详细检查船舶SEEMP的纠正计划以及执行情况，若船舶缺少营运碳强度符合证明或船员落实SEEMP纠正计划不到位，都将可能成为船舶被滞留的缺陷。 

目前，为了满足船舶能效标准的相关要求，行业内正在积极研发寻找新的绿色低碳能源，但对于当前大多数正在营运的主流货船，新能源的改装并不实际。同时，在实际营运期间，除了船舶自身的技术参数和性能表现，船舶每年的Attained CII在很大程度上还受气象、营运方式和经营管理水平等因素的影响，因此，对于当前已处于营运状态的现有船舶，需根据不同船型的营运特点积极采取多样化的方式优化船舶能效水平。技术层面上，可优化主机/舵桨配置、安装节能装置和采用新兴的附加推力和减阻技术等，从船舶自身的性能表现着手进行优化和改进；管理层面上，则可依托大数据，基于船舶自身的营运数据对船舶进行能效的优化和管理，如优化航速、控制卸货以及监控燃油加热等， 同时根据船舶营运特点的不同以寻求更加低碳的营运方式，例如，对于集装箱船舶，靠港期间可优先选择能够提供岸电的港口，通过使用岸电以节省含碳燃料的使用，从船舶的营运过程着手进行全方位的能效管理。 

四、结语 

CII评级机制的实施将会给现有营运船舶增加营运能效的分级，对于连续三年被评为D级或E级的船舶，其被滞留的风险将会增加。当2023年CII评级正式实施后，可以预见航运市场将愈发青睐能效评级表现优秀的船舶。建议船东提前充分了解当前的CII评级规则，根据不同类型船舶目前的营运管理模式和实际状况，对每艘船舶的能效水平及未来变化趋势进行模拟测算，尽早研究制订应对策略，提前做好CII评级机制生效的准备。 

参考文献：

[1] IMO.2021 Guidelines on Operational Carbon Intensity Indicators and the Calculation Methods(CII GUIDELINES,G1)(Resolution MEPC.336(76))[EB/OL].(2021-06-17)[2022-02-24]. https://www.imoorg/en/KnowledgeCentre/IndexofIMOResolutions/Pages/MEPC-2020-21.aspx. 

[2] IMO.2021 Guidelines on the Reference Lines for Use with Operational Carbon Intensity Indicators(CII Reference Lines Guidelines,G2)(Resolution MEPC.336(76))[EB/OL].(2021-06-17)[2022-02-24]. https://www.imo.org/en/KnowledgeCentre/ IndexofIMOResolutions/Pages/MEPC-2020-21.aspx. 

[3] IMO.2021 Guidelines on the Operational Carbon Intensity Reduction Factors Relative to Reference Lines(CII Reduction factors guidelines,G3)(Resolution MEPC.336(76))[EB/OL].(2021-06-17)[2022-02-24]. https://www.imo.org/en/KnowledgeCentre/IndexofIMOResolutions/Pages/MEPC-2020-21.aspx. 

[4] IMO.2021 Guidelines on the Operational Carbon Intensity Reduction Factors Relative to Reference Lines(CII Reduction factors guidelines,G3)(Resolution MEPC.336(76))[EB/OL].(2021-06-17)[2022-02-24]. https://www.imo.org/en/KnowledgeCentre/ IndexofIMOResolutions/Pages/.

[5] 霍得利.船舶航速优化节能性研究[D].大连:大连海事大学, 2017. 

作者简介：

丁一文，上海吴淞海事局，船舶安全检查中心安检员。

邹婕，上海吴淞海事局，船舶安全检查中心安检员。

本文刊发于《世界海运》2022年第4期，转发须注明作者和原文出处。