使用LNG燃料对船舶碳强度指标评级的影响*

摘要：相对于HFO，LNG燃料在理论上对船舶营运有较大的降碳作用。为验证LNG燃料在船舶实际营运中的降碳表现，以2020、2019年使用LNG燃料的5 000总吨及以上国际航行集装箱船为研究对象，基于IMO营运碳排放指标评级机制，计算其营运碳强度指标，并进行评级；然后分析LNG燃料对评级结果的影响和降碳表现，以供相关方参考。结果表明，使用LNG燃料对改善营运CII评级结果不一定起决定性作用。船舶在使用降碳燃料和降碳技术的同时，还需加强船舶能效管理计划的制订和实施。 

关键词：液化天然气；船舶燃料；集装箱船；营运碳强度指标；评级

一、引言

2021年6月，MEPC 76通过了MARPOL公约附则Ⅵ关于温室气体减排的短期营运措施，即实施营运碳强度指标 ( Carbon Intensity Indicator，CII ) 评级机制，于2023年1月1日起生效，旨在到2030年实现国际航运碳排放强度比2008年至少降低40%的目标；同时通过一系列相关导则，以配合营运CII评级机制的实施。随着LNG动力装置技术不断成熟，船舶LNG燃料使用量在不断上升。IMO的燃油消耗数据报告显示，2020年全球5 000总吨及以上国际航行船舶LNG使用总量约为1.20×107 t，较2019年的约1.05×107  t增长约14.29%。这说明LNG燃料在船舶动力装置减污降碳方面具有较好的表现。本文基于IMO的营运CII评级机制和匿名数据，以2020、2019年使用LNG燃料的5 000总吨及以上国际航行集装箱船为研究对象，计算其营运CII，并进行评级和分析，以验证使用LNG燃料在船舶减碳方面的表现，供相关方参考。

二、燃料消耗数据统计 

经统计和人工清洗得到2020、2019年使用LNG燃料的5 000总吨及以上国际航行的若干集装箱船的燃油消耗数据，见表1、表2。这些LNG燃料集装箱船在2020年使用重/轻柴油、LFO、LNG，没有使用HFO，而在2019年使用重/轻柴油、HFO、LNG，没有使用LFO，这显然是受到全球实施限硫令的影响。

表1 2020年LNG燃料集装箱船的燃油消耗数据

表2 2019年LNG燃料集装箱船的燃油消耗数据

三、营运碳强度指标计算与评级

1.营运碳强度指标计算与评级方法

MEPC 76通过了MEPC.336 ( 76 ) 号决议《2021 年营运碳强度指标和计算方法导则》(《CII导则》， G1 )、MEPC.337 ( 76 ) 号决议《2021年与营运碳强度指标联合使用的参考基线导则》(《CII参考基线导则》，G2 )、MEPC.338 ( 76 ) 号决议《2021年与参考基线相关的营运碳强度折减系数导则》(《CII折减系数导则》，G3 )、MEPC.339 ( 76 ) 号决议《2021年船舶营运碳强度评级导则》(《CII评级导则》，G4 )，以上4个导则阐明了船舶营运CII的计算和评级方法。 

船舶营运CII的计算与评级可分为4个步骤：

第一步，根据《CII导则》和某船型船舶的基本信息及报告的日历年y 的营运数据，计算该船舶日历年y 达到的年度营运CII。 

第二步，根据《CII参考基线导则》，计算某船型船舶的营运CII参考基线。 

第三步，根据《CII折减系数导则》，计算某船型船舶日历年y 的要求的年度营运CII。 

第四步，根据《CII评级导则》，计算某船型船舶日历年y 的4个评级边界值，比较该船舶日历年y 的达到的年度营运CII与4个评级边界值，确定该船舶评级结果。 

2. 营运碳强度指标计算与评级结果

根据上文所述营运CII计算与评级方法，得到 2020、2019年LNG燃料集装箱船的营运CII计算与评级结果，见表3、表4。

表3 2020年LNG燃料集装箱船营运CII计算与评级结果

表4 2019年LNG燃料集装箱船营运CII计算与评级结果

四、评级结果分析

1.LNG燃料对评级结果影响的分析

在计算船舶营运CII的过程中，船舶常用的燃料类型及对应的各种参数见表5。由表5中燃料的低热值和碳转换系数可以计算得到燃料单位CO2排放质量的低热值 ( 单位碳排放低热值 )。LNG燃料具有最高的单位碳排放低热值，且较其他燃料有较大优势，约是HFO的1.35倍。换言之，在船舶动力装置使用各种燃料的热效率相同的条件下，船舶动力装置输出相同的功率，使用LNG燃料所产生的碳排放最少，而使用HFO燃料所产生的碳排放最多。假设船舶动力装置使用各种燃料的热效率均约为50%[1]，不考虑其他情况，船舶动力装置输出相同的能量，使用LNG燃料比使用HFO少排放约26.04%的CO2，这基本上是使用LNG燃料减少CO2排放的最大潜力，因为考虑到甲烷逃逸和船舶动力装置使用LNG燃料的热效率会比使用HFO的低[2]，以及船舶在营运过程中不是常常处于额定工况，LNG燃料的降碳潜力实际会降低。

表5 船舶常用的燃料类型及对应的各种参数

船舶使用LNG燃料可在一定程度上减少碳排放并改善评级结果，但其作用是有限的，且随着时间的推移，营运CII的要求值不断降低，使用LNG燃料来改善评级结果也会显得“力不从心”。从短期来看，使用LNG燃料可以满足2023—2030年基于年度减排目标的营运CII评级机制的要求，但对于到2050年实现国际航运碳排放强度比2008年降低70%的目标而言，使用LNG燃料所发挥的降碳作用就会越来越小。

2.LNG燃料使用情况分析

根据2020、2019年燃料的使用量及低热值、碳转换系数，计算出每艘集装箱船在2020、2019年营运过程中LNG的热能贡献率和碳排放贡献率，如表6、表7所示。可以看出：2020、2019年不同集装箱船所使用的LNG的热能贡献率和碳排放贡献率各不相同，这是由每艘船舶及其营运特性决定的；同一艘集装箱船所使用的LNG的热能贡献率和碳排放贡献率是正相关性的，热能贡献率是要高于碳排放贡献率的，这是由LNG燃料的特性决定的。LNG的热能贡献率最低的有36.05%，最高的有92.20%；碳排放贡献率最低的有29.87%，最高的有90.02%。

表6 2020年LNG燃料集装箱船LNG的热能贡献率、碳排放贡献率及评级情况

表7 2019年LNG燃料集装箱船LNG的热能贡献率、碳排放贡献率及评级情况

从理论上讲，单艘船舶使用LNG燃料的量越多，LNG燃料的热能贡献率和碳排放贡献率也就越高，使用LNG燃料的降碳作用也就越大，越有利于改善营运CII评级。由于LNG燃料在船舶常用燃料中具有最高的单位碳排放低热值 ( 或最低的单位低热值碳排放量 )，因此以LNG燃料的热能贡献率或碳排放贡献率来衡量LNG燃料对船舶营运CII评级结果的影响。一般地，单艘船舶LNG燃料的热能贡献率或碳排放贡献率越高，在相同的营运条件下，越有利于改善营运CII评级结果。 

3.使用LNG燃料对评级结果的影响

在表6、表7中：LNG燃料集装箱船评级结果为A的，LNG的热能贡献率从高到低为91.48%、 90.01%、82.33%、77.62%；评级结果为B的，LNG的热能贡献率从高到低为90.41%、77.50%、 65.11%、41.22%；评级结果为C的，LNG的热能贡献率从高到低为92.20%、90.81%、74.09%、 45.63%、39.49%；评级结果为E的，LNG的热能贡献率为36.05%。从以上数据可以看出：集装箱船评级结果为A或B的，其LNG的热能贡献率也是相对较高的；评级结果为C的，其LNG的热能贡献率有高有低，最高的甚至超过评级为A和B的；评级结果为E的，其LNG的热能贡献率较低，但也达到36.05%；集装箱船LNG的热能贡献率较高的，其评级结果可以为A、B或C；LNG的热能贡献率较低的，其评级结果可以为B、C或E。同时，在2020、2019年的全部匿名数据中，使用柴油/汽油、HFO、LFO等传统燃料而不使用LNG燃料的集装箱船，评级为A、B的数量也是相当多的，占比达到将近35%。

因此，可以看出，在集装箱船实际营运的过程中，使用较多的LNG燃料是有助于其获得较好的营运CII评级的 ( 如获得A级、B级 )，但即使集装箱船使用了较多的LNG燃料，其营运CII评级也不一定很理想 ( 如获得C级 )。 

这一结果是由多方面的因素导致的，在日历年内，船舶达到的营运CII具有较强的偶然性和随机性，较容易受到全球经济形势、气象条件、船舶营运状况、航线海况、船员素质、疫情等因素的影响，因而具有较大的波动性。因此，对于船舶来说，除了使用降碳燃料和降碳技术外，更重要的是做好并落实船舶能效管理计划，结合船舶营运状况合理规划船舶航线，提升船员能效管理素质和增强责任心，这样才能获得较好的营运CII评级。 

五、总结及展望 

( 1 ) 从理论上来讲，LNG燃料是目前船用含碳燃料中降碳表现最好的燃料，其降碳潜力相对HFO最大可达26.04%。考虑到甲烷逃逸和船舶动力装置使用LNG燃料的热效率会比使用HFO的低，LNG燃料的降碳潜力实际会降低。 

( 2 ) 根据2020、2019年人工清洗得到的使用LNG燃料的5 000总吨及以上国际航行的若干集装箱船的匿名燃料消耗数据，计算得到营运CII和评级结果。从评级结果来看，使用LNG燃料的集装箱船的营运CII评级结果并没有想象中的多数为A级或B级，而是还有一部分集装箱船为C级甚至E级，还不如只使用重/轻柴油、HFO、LFO等传统燃料集装箱船的评级结果。 

( 3 ) 使用了较多LNG燃料的集装箱船 ( LNG燃料的热能贡献率达到90%左右 )，其营运CII评级不一定很理想 ( 如获得C级 )，在船舶实际营运过程中，LNG燃料的降碳表现并不是特别突出。 

( 4 ) 对于营运船舶来说，在使用含碳燃料的情况下，若要改善营运CII评级结果，除了使用降碳燃料和降碳技术外，更重要的是做好并落实船舶能效管理计划，结合船舶营运状况合理规划船舶航线，提升船员能效管理素质和责任心。 

( 5 ) 由于2020、2019年使用LNG燃料的5 000 总吨及以上国际航行集装箱船的数量相对较少，随着未来使用LNG燃料的船舶数量不断增多，可持续关注这些船舶的营运CII评级表现，建立LNG燃料贡献率与营运CII相关联的数学模型，收集更多的数据以进一步分析验证LNG燃料在实际应用中的降碳表现；同时可以进一步研究LNG燃料在不同船型上的降碳表现，以及营运CII与EEDI、EEXI、船龄等之间的关系。

( 6 ) 在联合国气候变化框架公约第26次会议期间，美国和欧盟发起“全球甲烷减排承诺”倡议，旨在到2030年，将甲烷排放量在2020年的基础上减少30%。因此，船舶使用LNG燃料不得不面对甲烷逃逸的问题，承担着减少甲烷排放的压力。面对降碳和减少甲烷排放的现实需求，LNG燃料的应用前景值得进一步研究。 

参考文献：

[1] 马义平,曾向明,魏海军,等.国内外船用LNG动力发动机发 展现状[J].中国航海,2016(3):6. 

[2] 马义平,许乐平,胡以怀,等.船用LNG动力发动机部分关键 技术[J].中国航海,2017(3):6. 

作者简介：

郭慧茹，上海海事大学商船学院，上海海事大学船舶能效 数据中心，工程师。

薛树业，上海海事大学商船学院，上海海事大学船舶能效 数据中心，工程师。

*上海市科技计划“上海船舶智能运维与能效监控工程技术研究中心”项目资助，项目编号：20DZ2252300。

本文刊发于《世界海运》2022年第5期，转发须注明作者和原文出处。