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所需EEDI减排因数对散货船CO2排放的影响
摘要：
为了提高船舶的能源效率，国际海事组织（IMO）引入了能源效率设计指数(EEDI)对于每艘新船，都必须计算达到的EEDI，而且不能高于根据参考线值和适当的减排因数计算的所需的EEDI。参考线值代表世界船队平均数，并取决于船舶的型号和尺寸。减排因数表示EEDI相对于参考线值的减少并在一组时间间隔内增加。然而，减排因数的变化方案经过严格设定，并可能导致设计问题和船舶在动力下。本文根据现行的减排系数变化政策估算了散货船的二氧化碳的排放量。其他政策和创新办法也估计了每一种情况下的二氧化碳排放量。估算结果与全球大气中二氧化碳平均稳定水平550 ppm的要求进行了比较。结论是包括造船部门反馈在内的这些政策可能更容易满足，并将导致总体上较低的二氧化碳排放量。
引言
“MARPOL”公约中附件六的最新修正案引入，旨在通过设立一套技术性能标准来为船舶提高能效(MEPC，2011年a)。修正案是第四章的一部分，要求从2013年1月起，每艘船都必须具备国际能源效率证书。为了获得IEE证书，船舶必须符合“能源效率设计指数”(EEDI)和“船舶能效管理计划”(SEEMP)中的要求。SEEMP是提高船舶能源效率的一项操作措施，适用于所有400 GT及以上从事国际航运的船舶。SEEMP的唯一要求是在遵守“准则”（MEPC.2012a）的情况下在船上实施。EEDI是一项技术措施，只能在新的或改装的船舶上实施。对于这些船舶，必须计算自身的EEDI，且不高于所需的EEDI。计算每艘船所需的EEDI可以根据其类型和容量(通常定义为DWT)根据如下公式计算：
船舶达到的EEDI值le;所需的EEDI值＝（1－X/100）times;参考线值
式中X是表1中指定的缩减因子。（MPEC.2012 A)清楚说明：“EEDI的目的是提供一个基本的公平的比较，来从总体上刺激更多船舶航行效率的发展，并根据船舶得船型大小设立最低的效率线。因此，引入并定义了一条曲线表示根据船舶类型和大小设置的平均指标值。基于这条曲线，可以很明显的看到，如今新规例的下建造的新船比船舶的平均值更加的高效节能。还原因数表示在一段时间间隔内（表一所示）参考线值的缩减。
上面提到的意图是值得赞扬的，因为它是保护我们的环境的一个表现。 在第二次国际海事组织温室气体研究（2009）之前，报告揭示了船舶航运对绝对数量和相对于其他行业的环境影响。 据估计，2007年海运占全球二氧化碳排放量的3.3％，约为1.05亿吨。 此外，航运排放了大约2500万吨的氮氧化物，1500万吨的硫氧化物和1.8吨的PM10。 这些估计值是根据2007年估计的燃料消耗量估计为3.33亿吨。它还根据IPCC关于2020年排放情景的特别报告（Nakicenovic等，2000）预测了国际航运的未来排放量，以及 2050年.2050年与二零零七年相比，估计二氧化碳排放量增长至约230％。
这项研究在国际海事组织第三次温室气体研究（2014年）后更新，其中以2012年为基础年份。 据估计，2012年国际航运的二氧化碳排放量为8.1亿吨，在不同情景下可能变为810至28亿吨，即估计的二氧化碳排放量增长在0％至350％之间。
虽然这些调查情况中的不确定性很高，但它们依然表明我们需要进行根本性改变以实现二氧化碳排放的减少。 （CMTI，2010; Faber等，2009; DNV，2012; Entec，2002; Panteia，2013; Deltamarine，2011））也进行了类似的研究，旨在量化航运部门的二氧化碳排放量并确定实现能效改进的技术和方法。在这些研究中，很多问题都与之前确定的EEDI相关，文章中也确定了参考线的值。文章中还包括了EEDI在小型船舶，滚装船和客滚船上的实施，减少二氧化碳减排的创新技术贡献，新规对欧盟的影响，以及一些情景未来的二氧化碳排放。尽管这些研究并没有直接提及还原因子，但它们表明所需EEDI的减少可能会带来很难实现的要求。
还有许多节能技术已被识别和分析（MEPC，2011b）。它们所表现出的减排成本曲线显示出在其在负成本有下相当大的减排潜力，这意味着许多可用的措施都对航行成本的减少有利。这些措施包括操作措施，如减速，修剪或船体清洁的优化，以及技术措施，如船体尺寸优化，空气润滑，螺旋桨优化或主发动机调整。其他研究也有类似的结果（Walsh和Bows，2012; Lindstad等，2012）。 Theotokatos和Tzelepis（2013）进行了推进系统的性能和排放参数映射，可用于最小化燃料消耗和瓦斯排放。 Kanellos等人（2014）提出了一种用于燃料消耗最小化的控制系统 - 气体排放限制导致最小化导致船只的绿色和经济运行的标准。 Roh（2013）根据实时海洋信息和燃油消耗量估算确定了生态航运航线。
此外，很多研究分析了替代能源。 Dzida和Olszewski（2011）发现，燃气轮机和汽轮机组合的发电机组和柴油发动机的效率与高功率相当。 Welaya等人 （2011年）将燃料电池确定为环保型能源，因为它们在电力和供暖方面的使用效率非常高。 然而，由Alkaner和Zhou（2006）进行的生命周期评估（LCA）显示了燃料电池的另一面。 它得出的结论是，与同一功能单元的柴油发动机相比，包括燃料电池堆和平衡元件，用于生产的材料和能源供应在内的熔融碳燃料电池（MCFC）的生产对环境影响显着。
在比较不同发动机时，应特别注意对船用燃油的评估。 Bengston等人 （2011）在评估船用燃料的环境性能时考虑了整个生命周期和几个影响类别。 液化天然气（LNG）被认定为能够使全球变暖潜能（GWP）下降的燃料，但这种下降主要取决于甲烷的开发及使用。 其他研究也得出了类似结论（Bengston等，2014; Pease，2010; RAE，2013）。
Bergholtz（2013）提出了解决这个问题的方法，将EEDI扩展到滚装和滚装客船，并引入了各种修正因子。 这样获得的当前船队EEDI值和参考线值之间的显着统计相关性。 但是，由于引入了如此多的修正因子，获得的EEDI不再是衡量二氧化碳排放量的标准，因此将其视为提高能源效率的技术措施值得怀疑。 虽然大部分空气污染来自国际航运，但短程航运的排放量不容忽视。 Runko Luttenberger等人。 （2013年）得出结论认为，这些船舶造成的污染对公共健康尤其有害，因为它们的污染主要发生在港口和人口稠密地区。
MEPC（2011c）提出并讨论了旨在减少二氧化碳排放的多种不同政策，例如排放交易计划（ETS）或船舶效率和信用交易（SECT）。 这些政策具有通过许多行业内和行业外机制减少二氧化碳排放量的巨大潜力。 但是，阻碍其实施的障碍有很多，比如增加了行政负担。 到目前为止所讨论的所有政策中，只有强制EEDI才能在进入舰队之前作为所有新船的设计标准实施。
从文献综述可以看出，迄今为止，研究重点更多地集中在计算和可能减少已达到的EEDI的方法以及计算参考线。 根据作者的知识，没有可用的参考文献专门用于减排因数。 必须强调的是，在目前的政策中，减排因素是决定所需EEDI和所需船舶能源效率的因素，因此如果想限制船舶的CO2排放量，减排因数是需要的关键参数 要加以解决和精确定义。
本文的目的是估计基于EEDI的散货船队的二氧化碳排放量，并将其与大气中平均全球二氧化碳稳定水平达到550 ppm的要求进行比较，如果必须对该政策进行一定的修正。 在下面的章节中，将解释一个模型，描述基于EEDI的船舶CO2排放。 然后介绍基于当前政策的该模型的结果。 然后使用该模型来估算包括造船部门反馈在内的政策所产生的二氧化碳排放量。 还讨论了不同政策对二氧化碳排放对气候变化的影响。 在最后一节中，我们在结束语中提出了自己的看法。
2. 思想
2.1 EEDI的定义
三个关键因素决定了船舶的EEDI：船舶动力系统CO2排放量;容量（DWT）和速度v（节）。船舶动力系统CO2排放量取决于燃料消耗的类型和数量。所用燃料的类型即燃料碳含量定义了转换系数CF（g CO2 / g燃料）船上使用的大部分燃料用于主机（ME）（2014年第三次IMO温室气体研究）。燃料消耗量m（g / h）取决于ME功率PME（kW）和特定燃料油消耗SFOC（g / kWh）。 PME被定义为ME最大连续额定值（MCR）的75％。船速v取决于PME。船的速度和容量是交通工作必须完成的功能。最合适的是定义海运贸易的运输工作单位为吨 - 英里，由DWT在一定距离D（nm）内运输的货物定义。这代表了航运服务的最终需求，并更好地了解了海上运输活动和船舶运力需求（UNCTAD，2013）。可以导出一组描述这些参数的方程如下：
这套方程可以通过分析进一步细化船舶在一年内以不同的速度运行，以及对接和锚定。 在那段时间内，船只不会执行任何操作运输工作，但会消耗能源并排放二氧化碳。
2.2 影响EEDI的关键参数
以上列出的参数可以修改以减少二氧化碳排放量。例如，从HFO燃料切换到LNG燃料将会由于液化天然气的含碳量低，导致二氧化碳排放量降低比HFO低12％，因此降低了方程中的CF。随着新技术的引入，如共轨，减排在SFOC是可能的。这里必须强调SFOC减少通常与压力的增加和气缸内的温度有关。这导致了氮氧化物NOx排放量的增加，所以可能对环境的影响并没有益处。减少SFOC更可能发生在部分负载的发动机中综合电力系统已显示出显着的成果（Hansen等，2011）。创新能源的实施高效的技术有很大的潜力来减少已达成的目标EEDI。这些技术要么与生产有关来自环保资源的能源或需求量的减少。但是，由于他们的成本很高不太可能在不久的将来以更大规模应用。增加在船的容量上也可以减少EEDI，但增加容量需要减少所需的EEDI，所以这措施单独可能不会使达到的EEDI低于要求的水平EEDI。可能对获得的EEDI产生的影响最大设计速度，最高速度由经济决定因素，而最低速度受安全操作限制要求。
2.3需求的EEDI
目前的减排因素增长政策的出现，去表1所示对于大多数船型可以简化为每5年要求减少10%的EEDI。 这个政策可以有三种可能的影响：
（1）该条例将鼓励新船的改进能源效率，并且不会对新船的船舶设计造成过重的负担（如第203号决议所述），
（2）新船将能够在没有规定的情况下遵守规定任何问题（监管太宽松）
（3）法规将强加不容易的满足的要求（监管太严格），并且需要新的船舶严格的设计，和修改工作来满足法规要求。
第一种情况是所期望发生的情况，对环境和造船两个方面都有益处。第二种情况是规定的要求太宽大了。在这种情况下，有可能是新船由于经济原因，其能源效率甚至会超过需求。但是，在这种情况下，可以预见整体环境影响不会降低显著。在第三种情况下，监管太严格。这些要求可能会导致船舶设计的大幅度修改。以来EEDI（和二氧化碳排放量）高度依赖于速度（Lindstad et al。，2011），这些设计修改最可能与设计速度降低有关。这可能导致船舶事故的数量甚至生态的增加由船舶动力引起的灾难。为了避免第二种情况（对环境有负面影响）和第三种情况（这对造船造成负面影响部门）需要一个合理而合理的EEDI减排系数必须加以界定。
2.4 海运贸易的增长估计
海运贸易的增长主要体现在两个方面的参数变化：货物运输量和航行距离。金额总量，货物运输量和国内生产总值（GDP）之间存在着很高的历史相关性，它作用于经济，人口和地缘政治的变化（Eyering等，2005）。这种相关性不适用航行的平均距离，因为在过去的很长一段时间里，它呈现出一种稳定的状态。航行的距离主要增加的时间段是1970年至2008年，期间散货船中最常见的商品有煤炭，铁矿石，粮食，铝土矿/氧化铝和磷酸盐）。这主要是由于发展中国家的经济增长，特别是中国，印度和大韩民国。他们从巴西进口的大宗商品导致美国航程从4600海里增加到5400海里。但是在另一方面，越来越重要的区域内贸易和“接近采购”倾向于减少航行的距离（UNCTAD，2013）。
根据贸发会议的数据（2013年）也用于估算海运贸易增长在吨 - 英里，图1.联合国会议贸易和发展（贸发会议）每年都会发布新的审查报告作为最全面的研究。基于贸发会议（2013年）海运贸易增长的历史数据按年份和货物类型推算。四种主要的货物类型是分析：石油（包括石油产品），天然气，散装（煤炭，铁矿石，谷物，铝土矿/氧化铝和磷矿石）等干货（包括集装箱贸易）。这几种货物分类与船舶分类大致相同，即油轮，气体运输船，散货船，以及集装箱和杂货船，如上MEPC（2011a）所述。这些船型占据了大多数国际航运CO2排放量（第三次IMO温室气体排放量研究，2014）。此外，这些船型与EEDI参考线显示出令人满意的相关性，与其他船型不同（Ančić等，2013）。这将对估算二氧化碳的排放特别重要。
据推断，世界海运贸易总量将从2013年的481900亿吨英里增至约2030年的106000亿吨英里，并在2050年达到约30085000亿吨英里。虽然这些数据的可靠性是有限的，但它估计了未来将完成多少运输工作。可以看出，图1中的估计值是接近IMO第二次温室气体研究中的上限预测（2009年）。例如，这项研究估计世界海运贸易2020年的增长率将比2007年增长78％，而第二个国际海事组织则为温室气体研究（2009年）估计46％，上限79％。在这项研究中，估计2050的增长率与2007年相比为765％而第二次国际海事组织温室气体研2009年）则估计为402％约，上限939％。这些偏差是可以解释的，因为在第二次IMO温室气体研究（2009年）对运输需求的增长是低于与GDP的相关性增长的。
2.5研究船队的组成<!--
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