重新评估碳排放测量技术及相关计算方法

《Regional Studies in Marine Science》：REEVALUATING CARBON EMISSION MEASURING TECHNIQUES AND ASSOCIATED CALCULATIONS

　　

摘要

本研究深入分析了海上航运业中衡量和计算碳排放的方法，重点研究了国际海事组织（IMO）的碳强度指标（CII）。选择该指标进行分析是因为，与设计阶段且仅为一次性技术评估的能效设计指数（EEDI）和现有船舶能效指数（EEXI）不同，CII是唯一一种直接影响船舶评级、促使评级持续偏低的船舶采取纠正措施，并且还在MEPC 83及后续会议中接受国际海事组织持续审查的年度运营指标。因此，CII计算的准确性和公平性具有重要的商业和监管意义。

研究指出了当前做法中的关键缺陷，尤其是在燃料消耗测量和数据分析方面，并提出了一种改进框架，该框架整合了物联网传感器和经过校准的质量流量计等先进技术，以及Z分数和指数平滑等统计工具。所提出的方法通过50艘集装箱船的模拟数据以及53艘集装箱船在2023年至2025年三个连续报告年度的实际运营数据进行了验证。结果表明，该框架得出的CII评估更能反映船队性能的真正相对变化，而非外部设定的年度减排目标。在全部研究样本（53艘船舶，2023–2025年）中，所提方法的CII达标率同比变化幅度大于现有方法（平均绝对变化值为0.118，而现有方法为0.072），同时大幅减少了评级出现大幅波动的情况（占船舶年度变动量的11.3%，而现有方法为21.7%）。这些发现表明，有必要对CII计算方法进行根本性重新评估，以更好地实现国际海事组织的减碳目标。

引言

航运业在全球贸易中起着至关重要的作用，但其对温室气体排放的贡献却日益受到关注（国际海事组织，2020年）。为此，国际海事组织出台了多项监管措施来提升能源效率并减少排放，其中包括能效设计指数（EEDI）、现有船舶能效指数（EEXI）以及碳强度指标（CII）（国际海事组织，2011年）。

在这些措施中，CII尤为重要，因为它是国际海事组织唯一用于评估年度运营表现并能直接影响船舶评级、合规义务及纠正措施要求的指标。与EEDI和EEXI这类设计阶段或一次性技术评估不同，CII每年都会对总吨位超过5,000吨的船舶重新计算，并根据其运营过程中的碳强度给出从A到E的评级（国际海事组织，2022a；Baijal，2024年）。因此，其准确性和公平性对船舶运营商和监管机构都至关重要。

尽管CII具有重要意义，但目前的计算方法仍面临诸多批评。以往的研究指出了使用静态载重吨数、基于2019年数据的固定参考线、逐年收紧的减排系数，以及依赖中午报告和修正系数等问题（Baijal，2024年）。这些问题可能导致评级波动，且可能无法准确反映船舶的实际运营状况，尤其是在外部干扰期间。国际海事组织在MEPC 83会议上也意识到了这些问题（国际海事组织，2024年），并指出了现有CII框架存在的诸多挑战。

本研究对当前的CII计算方法进行了批判性分析，并提出了一种基于直接燃料测量、平均排水量、指数平滑和Z分数标准化方法的替代框架。该框架首先通过50艘集装箱船的模拟数据构建，随后又利用2023–2025年期间53艘集装箱船的实际运营数据进行了验证。其目的是提高碳强度评估的准确性、透明度及实际应用价值，同时为国际海事组织的持续减碳努力以及未来CII框架的完善提供支持。

章节摘录

方法概述

该方法的设计旨在解决现有国际海事组织CII框架中的三个具体缺陷：

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  使用静态载重吨数而非实际运营重量；
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  依赖理论修正系数而非直接燃料测量；以及
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  采用固定的、逐年收紧的评级标准，而非基于船队相对表现的评估方式

为了解决第一个问题，研究用平均排水量取代了载重吨数，因为平均排水量能够反映包含货物在内的船舶实际重量。

质量流量计

根据发动机供油管线布局及所需精度要求，安装一个或多个质量流量计可实现实时燃料消耗监测。基本原理是在主机和/或发电机/锅炉前后分别测量燃料流量，再结合来自速度记录仪和GPS信号的实时速度与位置数据，从而直接量化燃料效率，进而准确计算二氧化碳排放量（Insatech）。

CII的定义

碳强度指标（CII）是一种用于衡量船舶运输货物或乘客时效率的指标，其数值表示每单位载货能力和每海里所排放的二氧化碳克数。船舶会根据这一指标被评定出从A到E的年度评级，而且到2030年，评级标准将会越来越严格（国际海事组织，2022a）。该指标适用于所有总吨位超过5,000吨的货船、滚装客船和游轮。

重新评估参考线

本研究的主要任务是重新评估国际海事组织在CII计算中采用的方法，并寻找替代方案。根据MEPC.353(78)的规定（国际海事组织，2022b），参考线参数a和c是通过以2019年的国际海事组织DCS数据作为样本进行中位数回归拟合来确定的。该参考线是一个固定值，不会被再次调整。而EEDI/EEXI的参考线则采用了1999–2009年的IHS Fairplay数据。

数据来源与数据质量

为了在真实运营条件下验证所提出的方法，本研究使用了某大型集装箱航运公司提供的实际数据。该数据集涵盖了七个不同TEU规模等级的53艘集装箱船，所有船舶的载重吨数均超过90,000吨。为保护商业机密，这些船舶的身份已被匿名处理。这些数据是在得到 ??运营公司明确知晓并许可的情况下获取的，该公司专门允许出于学术研究目的使用这些数据。

讨论

本研究的结果表明，年度CII评级的准确性和公平性在很大程度上取决于燃料消耗数据的质量以及计算中所使用分母的合理性。目前使用的静态载重吨数无法反映船舶的实际运营情况，因为现有框架未能充分体现部分装载、港口天气延误以及辅助系统燃料消耗等因素的影响。通过采用平均运营排水量并考虑所有相关因素，可以更准确地评估船舶的运营效率。

结论

本研究重新审视了目前用于计算碳强度指标（CII）的方法，发现CII评级的差异并不总是由船舶的运营方式变化所致。在很多情况下，评级差异源于现有国际海事组织计算方法中的局限性：固定的参考线、预先设定的评级标准以及统一的年度减排系数，都可能导致评级每年发生变动，而这些变动并不能完全反映船舶的实际效率。

利益冲突声明

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  作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。
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  作者不存在与本文内容相关的利益冲突。
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  作者保证自己与任何在本文讨论的主题或相关材料上存在财务或非财务利益的机构或组织均无关联，也未参与过相关活动。
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  作者在本文讨论的任何材料上均不存在财务或所有权方面的利益关系。

声明与保证

作者声明，本研究的内容均为原创研究成果，尚未在其他地方发表。作者与本文内容不存在任何财务或其他形式的利益冲突，同时也与任何在本文讨论的主题上存在财务或非财务利益的机构或组织无关。

利益冲突声明

作者声明，自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

Nalin Kamal Baijal