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。
