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使用LNG燃料对船舶碳强度指标评级的影响

2022-05-06 15:18:15
来源:国际船舶网 编辑: 国际船舶网 我有话要说

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。

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。

文章来源:《世界海运》 ,作者:郭慧茹 薛树业

 

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