航运业碳排放研究报告 - 图文

“航运业是一个短期内靠商业需求驱动且竞争激烈的行业。但是，只有那些将运营效率和显著的企业社会责任相结合的企业，才能在这个愈加挑剔的市场中获得实实在在的长远商业利益。” —国际海事组织(IMO)秘书长： Mr.Koji Sekimizu

目录 2 航运业碳排放与管理政策 2 碳排放现状与预测 3 管理政策现状及动向 5 航运业碳减排技术与潜力 5 船舶运行基本原理 6 海上运输节能减排措施 11 减排措施潜力与成本预估 航运行业碳管理展望与建议 16 参考文献 1 13 航运业碳排放与管理政策

碳排放现状与预测

近几十年来，气候变化问题越发受到人的快速发展引起了CO2排放急剧增加，日们的重视。随着研究的逐步深入，其结论将益引起了社会舆论及环保组织的不满。3月矛头直指温室气体的排放。根据国际海洋组14日欧洲环境署（EEA）最新发布的报告中织的最新报告，航运业在2007年的碳排放指出，航运业是“目前最不受管制的空气污近10亿吨，数年间其碳排放量增长了近1染来源之一”。同时，国际海事组织（IMO）倍（如图），约占全球碳排放量的3.3%。

的报告也指出，如果航运业对碳排放不加以很多研究指出航运业承担了全世界将控制，将在2050年增长近5倍，占全球总近90%的运力，其单位碳排放也远远低于其排放的18%（如图）。

它类型的运输方式（如表）。但国际航运业

不同运输方式下运输每吨货物的碳排放量比较 运输方式 CO2排放（t/gCO2） 飞机（航空运输） ~500 现代货运（卡车、汽车） ~60-150 现代货运（火车） ~30-100 海运轮船 ~10-40 数据来源：http://timeforchange.org/co2-emissions-shipping-goods.

2 管理政策现状及动向

从没有对由于气候变化而引起的航运业经营风险放松警惕。从国际海事组织建立之初，虽然航运业被认为是最具碳效益的运就一直为减少温室气体排放而努力着。

输方式，但国际海事组织和国际环保组织却

根据《京都议定书》，国际航空碳减排的严重受挫，使其如坐针毡。前不久，欧盟和航海碳减排分别由国际民航组织(ICAO)发表声明表示将考虑在2013年开启第一步和国际海事组织（IMO）来分别进行减排管行动，即对海上运输所产生的温室气体排放理。而在EU-ETS设计阶段，欧盟就已经将量进行监测、报告和核实(MRV)。从欧盟委航空碳税和航海碳税考虑在内。与航空碳税员会公布的文件来看，欧盟国际海运碳减排不同的是，目前国际上仍然没有任何一部强政策的基本架构和主要内容包括以下4个制性的法律文件要求航运业践行碳减排。

方面：

在欧盟单方面提出的航空碳税被广泛1. 适用范围：包括全程或者部分是在抵制之前，欧盟在国际航运业碳减排方法几欧盟成员国港口之间进行的海运活动，只要乎没有任何的实质性行动或方案，其主要原船舶有航段在欧盟区域内，不管其排放行为3 因是国际海事组织从1973年就开始积极推是否发生在欧盟区域内，均适用该政策。

动全球性的航运业温室气体减排，对基于市2. 适用对象：所有驶入、驶出和途经场的减排政策工具颇为看重。全球航海碳排欧盟成员国港口的船舶。

放交易体系(METS)在未来有较大的实现可3. 减排措施：欧盟委员会提出了四项能，甚至也将未来与欧盟排放交易体系可能采取的具体减排措施。

(EUETS)接轨作为最终的实施方案，这一点（1）建立排放补偿基金，由船舶所有基本符合欧盟的预期。但是，欧盟航空碳税

人或者管理人为排放二氧化碳的船舶缴纳。

3

（2）船舶强制性减排目标。欧盟将根据历史排放量或者船舶能效指数，为每一艘船舶设定强制性减排目标。

（3）排放权交易机制，参考EU-ETS，将海运碳排放纳入欧盟碳排放交易体系。 （4）征收排放税，船舶可在每次靠泊港口时或按照年排放量缴纳税金。

4. 法律责任：包括罚金、禁止开展海运业务等处罚。

虽然减排共识在业界凝聚，但最终达成仍需漫长时间。即使欧盟不行动，IMO在全球一致的强制减排政策方面的进展也不容忽视。2011年7月15日，国际海事组织海洋环境保护委员会第62次会议通过了“新船设计能效指数”和“船舶能效管理计划”两项标准。这是IMO历史上首次通过适用于所有国家船舶的、与减少温室气体排放相关的强制性能效标准。按照这两项标准，新造船舶的能效(节能环保效率)将在2015~2019年间提高10％，2020~2024年间提高20％，2024~2028年间提高30％。包括中国在内的

发展中国家可援引相关免除条款，将“新船设计能效指数”的适用期限推迟到2019年后。然而，经过多年的努力，IMO和UNFCCC除对航运业的效能标准提出建议外，尚未对全球航运业提出强制性的减排规范。在不远的未来，IMO很有可能出台一个覆盖全球的航运业温室气体市场化减排机制。这一机制的建立将对近年来增长迅速的中国航运业产生巨大的影响。

2012年以来，交通运输部已经针对航运业减排的市场措施开展全面研究。一方面，交通运输部已和国家发改委等部门密切沟通，在国家温室气体排放谈判的总体框架下，尽可能“迟滞”部分发达国家在国际海事组织之外所采取的征收航海碳税等单边行动。另一方面，交通运输部正在组织相关科研院所展开研究，对不同市场措施的利弊进行研判，并考虑先在国内航运业内部试运行碳交易或碳税二者之中的一种模式。受技术等因素限制，目前尚未确定一个成熟方案。

4

4

航运业碳减排技术与潜力

航运业的排放具有移动性和无界性的任何船舶航行时必须的能量形式是推特点，其低碳发展也具有独特的模式。在航力、电能和热能。供应这些能量的装臵是推运业碳减排方面，国际海事组织（IMO）做进装臵、发电装臵和供汽装臵，这三个装臵出了很多努力，也取得了一些成果。在这一都直接消耗燃料。船舶二氧化碳排放量正比部分，我们会在IMO研究成果与相关学术于船舶燃料使用量。从广义上讲，燃料消耗研究资料的基础上，从管理操作和技术设计的增加跟速度的立方和功率输出成正比关两个方面总结航运行业的节能减排途径与系，而输出的功率是船舶克服流体动力学和潜力。

空气动力学阻力的基本保障。准确的说，船船舶运行基本原理

舶的前进需要克服三种阻力：

阻力类型 产生源 影响因子 占船舶总阻力的比例* 摩擦阻力 船体与水的接触面 水下船体面积，形状和表面阻力特性阻力（藤壶、藻类和低速-90% 海洋植物在船体表面的聚集增生；螺旋桨表面的粗糙程高速-45% 度）; 阻力大小正比于船速的平方 残余阻力 船舶前方的波阻 船体构造配臵； 波阻： 船体尾部的涡流阻 水线以下的船体暴露量； 低速-5% 高速-40% 船速越高，阻力增大得越快 涡流阻： 低速-3% 高速-5% 空气阻力 船舶上层建筑 上层建筑的空气动力特性； 低速-2% 无风情况下，阻力大小正比于船速的平方以及面向风的高速且有大量外露横截面（或面对的行进方向）船舶横截面面积 -10% *数据来源：(MAN Marine, 2007)

在固定航行周期内速度的情况下，这三条件会极大的增加阻力。另外需要考虑的会种阻力的总和决定了船舶主要发动机最小决定燃料消耗和二氧化碳排放量的因素还的有效功率输出。值得注意的是恶劣的气候有螺旋桨效率，发动机选用，船舶工作周期。

5 螺旋桨效率

由于螺旋桨本身就是在尾部湍流的位臵运作，这种典型的船尾位臵放大了表面阻力以及分流和涡流效应。螺旋桨叶片必须克服的阻力会随旋转速度和船体、舵与螺旋桨叶片之间的湍流边界层流而加剧。正因为如此，从螺旋轴，到所得的推进器推力，最终到形成的船速，功率量一直呈现非线性减少的关系。由阻力高峰而引起的恒定功率输入下螺旋桨的速度降低被成为“重”螺旋桨状态。能减轻这种重螺旋桨状态的设计因素包括螺旋桨叶片尺寸和间距、相对于水的推进速率、旋转速率和叶片数量。 船用发动机

大多数远洋货船均采用了非常大的低速二冲程发动机，直接连接到螺旋桨轴 (没有离合器或减速齿轮）。二冲程船用发动机具有高功率输出（最多可接近85兆瓦），相对高效率（约50％的燃料能量被直接传送到螺旋桨轴），而且适于通过直接喷射燃烧重质燃料油。一些非常大的货船和客船和渡轮需要更多的加速动力，都建有中速四冲程的船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）引擎。相比于那些已经经过几代污染减排周期设计周期的陆用传统柴油发动机，这种高温燃烧和低质量的燃料相结合，导致温室气体排放非常的高。 船舶工作周期

工作周期不同，对发动机功率和辅助动力需求也不同，因此燃料消耗和二氧化碳排放量也不一样。此外，工作周期也涉及到操作因素(如路线和停港时间)这些也跟燃料使用和二氧化碳排放量有关系。对于某些用途（例如，集装船）来说，船速很重要，而对另一些用途（冷藏货物）来讲，辅助动力很重要。一些工作周期的特点是多个短暂停留（艘滚装货船，渡船），其他是长期出境航行最后回航时只有压舱物（如石油和许多其他油轮）。有些船舶的货物在途中会有所有权的变更导致出行改道和次佳路线航行（例如散货船），而有些则是受时间限制，可能需要在恶劣天气条件下航行。这些和其他工作周期相关因素与国际海运的商业性质有关，并都对二氧化碳排放量有重要影响，在考虑具体的温室气体减排方案，必须将其纳入评估范围。

海上运输节能减排措施

在船舶推进原理的基础上，将已有的航运业节能减排措施大致分为一下几类：船舶设计、发动机设计、推进系统、其他技术类措施，以及管理运作措施。需要注意的是，并不是每一个措施都适用于所有类型的船舶。下面总结了各个类别下的常见措施以及每个措施在不同用途和船舶中应用的平均燃料消耗减少率（最大的潜能估计）。

6 总体船舶设计

被压缩抽取并在船底形成薄层空气膜，有效船舶尺寸、排水量、规模、装载和压载润滑船体与水的接触面，从而减少了摩擦阻状态下的操纵特性和船体结构均对一定工力。虽然这项措施会消耗辅助抽取功率，却作周期下的船舶燃料使用有很大的影响。在能减少那些低速航行且有大表面积船体的可行的范围内，用较轻的同种性能的材料，船舶15%的燃料使用量，减少集装箱船和车减少压载物以及优化比例（船体大小，船体辆运送船8%的燃料使用量。

上层建筑等等）能减少能耗。另外，船艏在 长荣航运集团向三星重工订购的L型环保船舶吃水线下的球形延伸设计可以使大船舶在 的船体结构上除了有最新的环保设备外，船用商业速度行驶中改善船体周围的水流，明显气囊还采用新型高张力钢材(HT47)，最佳压载地减少阻力，从而降低能耗。空气润滑系统

水和船型设计，并达到省能源、低排放之目的，比同期环保船舶多节省15%的燃油量。

通过传递简单导流板装臵的作用，空气可以

球状船艏20%空气润滑15%螺旋轴线校准2%拦截调整片4%最优船体尺寸9%轻量材料构造7%减轻压载7%规模比例效能4%0%5 %% 发动机设计

在发动机设计方面，用传统的发动机-发动机的设计，尺寸大小和功率输出对螺旋桨轴直接连接的方式（柴油电驱动）取燃料使用和碳排放有决定性的作用——就代耦合电驱动有最大的降低燃料消耗的潜此而言，在船舶设计期间采用适合船舶大小能（高至30%），特别是对于轴负载和运行与预期工作周期性质的最高效发动机能最情况变化频繁（比如频繁调动）的情况。其大程度地减少燃料消耗。

次，收集废气余热将其转化为电能能直接减 少发动机或辅助动力机的燃料需要，余热还 可以用作其他船上功能，例如燃料加热。

图示：船舶空气润滑系统 7 部分负荷运转发动机调优余热利用柴油电动驱动器发动机减额输出2%20%3.5%0 0@%调节发动机使之能够在最常负载的重量范围内最高效地运作，需要进行引擎参数调整，可能需要改变凸轮轮廓和喷油正时。虽然这样会使船舶在偶尔的全负荷运行中比未调节前更耗燃料，但是总体上的耗燃料量是减少的。同时，对于船速比较恒定的船舶，可以对按标称额定功率设计制造的缸径和冲程的发动机，根据使用要求经过适当调整，增加一个气缸然后长期不变地降低一定的额定功率来工作（减额输入），以降低能耗。

在确保班期的前提下，经过多次登船检查和反复分

析数据，中海集运制定了船舶 40% MRC 负荷运行（即船舶主机最大功率的 40%）的管理办法和操

作指南，推动主机气缸油注油率的降低，实行船舶

超低负荷运行的常态化管理。

推进系统

在船舶推进装臵的设计中，螺旋桨和船舶水动力特性之间的相互作用有特殊重要意义。只有考虑了它们的组合，而且整个系统配臵为最佳时，船舶推进系统才称得上成本合理。

风能:帆拖带式推进器高效螺旋桨速度调节螺旋桨效能监控优化螺旋桨叶片截面螺旋桨-舵装置最优螺旋桨-船体界面同轴反转螺旋桨翼推进器20%5%4%2%4%4%0%5 %%

8

一个拖拉式螺旋桨（比如前向的螺旋桨）以反向旋转中心线的形式组合，或者组合成翼推进器，然后应用于经常在不同负载情况下运转的船舶；应对船速变化时，用高效的螺

图示：由同轴反转螺旋桨和翼推进组成的一个轴

旋桨转速调节的方法来替代以前保持螺旋桨转速而去调节螺旋桨螺距的做法；设计应用有更小摩擦力和空穴效应的螺旋桨叶片；由于船舵的拖拉效果占到船舶阻力总值的5%，优化的船舵设计和协调的船舵-螺旋桨

组合外形（比如舵球）能减小拖拉效果；船体、突出附件和推进器的优化设计减少船体与推进系统之间的干扰从而减少摩擦阻力和残余阻力；将双翼推进器螺旋桨与一个单轴主螺旋桨组合比起两个螺旋桨轴的配臵有更小的吊舱推进摩擦力。

线，三个拖带式推进器装臵：代替之前的双轴线 的推进系统，这种推进系统组合在减少船舶阻力和节能的同时，两个易控的翼推进器也保证了船 舶在低速行驶时的操纵灵敏性。

由于减排潜能与可操作性上的优点，受到最广泛关注的是同轴反转螺旋桨（CRP）：由两个螺旋桨组成，一前一后分别安装于两台位于内、外轴的独立推进装臵上，其中一个螺旋桨处于另一个的顺流方位，如此一来便可使两个螺旋桨旋转在相反方向，从而使前一螺旋桨所产生的未能被有效利用的涡动能量在后一螺旋桨上得到利用。根据船舶参数的不同，如运营航速、现有螺旋桨效能等，CRP的节能范围在2％～12%之间。

其他推进系统的常用节能减排措施有：利用风能将其转换为向前的动力，缺点是性能很大程度上取决于风速和风向，并且传统帆的构造需要一定的甲板空间；将推进器和

使用风力作为补充动力已经在很多商业船舶开始应用。天帆(Skysails)使用风筝来拉动船只，据统计分析，

15%的燃料—相当于每年节省93000欧元。

这可以降低35%的燃料，风力在最理想的状况下最高可省下一半的燃料。一种多动力的88米船能节能

10

9 其他技术类措施

自动化10%太阳能4%加强发电管理5%节能照明1%可变速发电功率3%混合辅助发电2%0%2%4%6%8% 在上面的技术类措施里，自动化提高能管理运作措施

效的效果最明显。利用先进的自动化监测与管理运作措施主要涉及到船舶的维护和控制系统是以最小的燃料消耗优化船舶整运行。这类措施有两大好处：一，经济吸引力：体和相关子系统（发动机，螺旋桨等等）的不需要硬件和设备方面的巨大投资，只有很低性能从而达到明显的降低燃料消耗的效果。的投资需要和中等运营成本；二，即时减排效

除了加强发电管理，还可以用变速发电机组应：缓和措施的实施在近期就能减排并且能而不是轴连单速发电机组来供应船用动力，防止之前预期的排放过度增长。虽然管理运从而更好地根据船用动力的不同需要来调行类措施有这些优点，而且适用于任何船，整特定的发电容量。另外，在相对稳定的最但很多措施因为减排量有限且自然条件与优负载情况下使用混合辅助发电不仅能降商务时间安排上的诸多实际限制因素，他们低燃料消耗，还能与电池储存一起引进非化始终不应该作为减排的唯一途径。

石燃料，如太阳能。

状态检修维护5%整体节能意识10%吃水差&压载优化5%航行规划&气象导航10%船舶减速23%船体清洁3%船体涂层5%螺旋桨表面维护10%港口周转时间10%0%5 %% 10 其中，船舶减速是减少燃料消耗和二氧化碳排放最有效的途径之一，其实质是发动机减功运行，即发动机每循环的喷油量减少，使其有效功减少。当发动机减功运行时，其功率大致与桨速(航速)成三次方比例降低。 图示：船体清洁 在一般条件下,如果货轮航速平均放慢10%, 燃料油就可以节约25%以上,船舶排放的二氧化碳量及空气污染物也会大幅度降低,可谓两全其美。但是船舶的减速航行很大程度上会受制于船舶工作周期的限制。当前全球大部分航运公司所采用的船舶减速措施,绝对不是船舶经营的权宜之计,而是一项长期节能和环保战略。

吃水差与压载优化、航行规划、气象导航和港口周转都属于航行优化。航行优化是指在物流，时间安排，合同安排或者其他一

减排措施潜力与成本预估

挪威船级社（DNV）做过针对25个减排措施（17个技术类，8个管理操作类）到2030年的减排量与成本的研究。基准线情景是指2030年时所有船舶没有采取这些减排措施的排放情况，因此船舶数量的增长估算是确定基准线情景最重要的因素。该研究

些限制条件之下优化船的运作使之能够满足这些限制条件。吃水差优化是指找到最优化的吃水差并尽量控制在最优吃水差附近运作。压载优化要避免不必要的压载，虽然实施起来很繁琐，但是最优压载在节能的同时也更能保证船舶行驶的舒适度和船员的安全。气象导航是根据天气与洋流来选择最优路线，在一些路线里，气象导航能节约非常可观的燃料量。当船舶有固定的时间进度时，缩短港口周转时间能使船舶更多的在海

上以较慢的速度行驶。例如船舶的下水坡道、货仓出口等特别设计和港口方面的改善措施（如高效门式起重机）一起发挥作用，能使船舶获得更多具有商业可操作性的海上减速行驶的可能性。另外，船体清洁与涂层和螺旋桨表面维护都是用减少阻力来提高燃料效率。

2008

年至 2009年，中海集运公司对原使用

传统防污漆的 10艘大型集装箱船完成了改造，

在使用新型防污漆后，船舶的平均节油率达到约

5%，每年可节约燃油11500 吨。

运用了IMO的船舶数量估算模型。该模型预测到2030年的船舶数量平均增长率为2.3%，虽然明显低于最近几年的船舶实际增长率，但是跟长期的船舶增长率相符合。研究结果如下图所示：

11

来源：(S. Alvik et al. 2009)

在这个模型的基础上，预测表明世界上的船舶能以非常有经济效益的方式达到5亿吨或低于基准量30%的减排潜力，甚至可能达到60%的减排，如果所有的措施都能实施，并以一种更高效的协作的方式减排。

需要注意的是通过减排潜力和成本的研究来预测未来的碳排放有很多不确定的因素。其中最重要的因素是燃料价格，另外比较重要的因素有减排措施实施的价格和成效的不确定性、新技术的引进速度的不确定性和船舶数量预测的不确定性。

13 2012年，马士基（Maersk）航运提前八年完成了“以 2007 年排放量为基准，2020 年前 CO2 减

排 25% ”的目标。 该目标的实现，很大程度上得益于管理运作效率、航线网络、航线优化、减速航行与技术创新的完美结合。马士基航运公司的 CO2 减排目标是一项效能目标，其 CO2 排放量以每集装箱运输一公里排放的 CO2 克数来测量。提高能效非但没增加成本，这一年还节约了16亿美元的燃油成本，成功使马士基航运整体业绩扭亏为盈。

12

航运行业碳管理展望与建议

目前，国际航运行业碳管理的现状主要还限于数据监测和收集，但不难看出，无论是区域性的组织行为如欧盟排放交易体系，还是行业性的国际海事组织碳管理计划，都将不断推进并最终影响行业内各企业。因此，对于企业个体来说，尽早开展企业内部的温

碳管理，他们在行动......

远洋公司（COSCO）

1. 率先对新造船舶使用国际海事组织要求的船舶能效设计指数（EEDI）作为减排指标，以在船舶设

室气体管理工作，采取合理的温室气体减排措施，制定优化的企业碳管理策略，有利于企业尽早做好温室气体相关政策应对准备，也有利于企业通过行业组织途径积极参与未来碳管理规则制定过程，为未来的企业发展赢取相应的空间。

计和建造阶段就对船舶能效水平进行规范，并注重在船舶总体设计、装载优化、生产工艺、设备使用方面

的节能新技术应用，通过技术和管理双管齐下，有效控制船舶能耗。

2. 依据IMO 通函《船舶能效管理计划（SEEMP）制订导则》、《船舶能效营运指数（EEOI）自愿使

用指南》以及中国船级社《船舶能效管理认证规范》（报批稿）的有关规定，组织制定了全国第一份《船

舶能效管理计划》, 并于2011年8月10日在上海通过评审。通过跟踪和分析船舶的能量消耗，用系统的方法对船舶能效进行有效管理。

中海集运

管理计划》，并已全部实施。到2012年末，公司所有自营船舶均持有《船舶能效管理证书》。目前公司已

1. 公司全面推进船舶能效管理，成立船舶能效管理推进小组。编制完成所有自营船舶的《船舶能效

完成能效管理系统的信息系统开发和运行，完成公司《能效管理程序》的制定，完成《船舶能效管理措施

操作指南》的编制工作。

2. 完成了作为上海市交通港航重点用能单位能源管理的申报和备案工作，建立了公司船舶能效管理

数据库，按上海市地方标准《集装箱远洋船舶燃油消耗限值》和国家《万家企业节能目标责任考核实施方

案》的要求，完成了对集装箱运输的碳排放和碳足迹的数据统计和发布工作。

就具体管理措施而言，我国航运行业企业的碳管理措施应至少涵盖以下几方面：

1. 积极应对针对已出台标准，为潜在的行业风险和机遇进行准备

我国航运船舶在设计能效指数方面的达标情况不容乐观，将近50%的船舶需要在相应改造措施的辅助下，才能满足船舶能效设计指数(EEDI)基准线，航运企业应积极利

13

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mqdg.html