燃料强度监管下的船舶碳强度分解：分离燃料脱碳与运营能效

《Journal of Cleaner Production》：Decomposing ship carbon intensity under fuel-intensity regulation: Separating fuel decarbonization from operational energy efficiency

　　

研究人员将船舶碳强度分解为能源和燃料碳组分。Bio30和甲醇在不降低能源强度的情况下降低了排放指标。基于排放的指标可能掩盖运营能效表现。基于能源的指标可单独反映单位运输功的船舶能源需求。数据收集系统–温室气体燃料强度（DCS–GFI）框架支持更清晰的海事性能评估。

国际航运正步入监管转型期，国际海事组织（IMO）2023年温室气体（GHG）战略提出2050年前后实现净零排放目标，并同步强化短期与中期措施。当前短期核心指标为碳强度指标（CII），用于评估现有船舶的运营碳强度；而中期措施中的温室气体燃料强度（GFI）框架则从井口到尾流（WtW）层面监管燃料与能源载体的GHG强度。由此引发关键政策问题：当燃料GHG强度被单独监管时，CII应承担何种功能？传统化石燃料体系下，CII因与燃料消耗近似成正比而被视为运营能效的代理指标；但随着低/零碳燃料、岸电（OPS）及WtW核算的引入，CII数值的下降可能源于燃料脱碳、运营能效提升、运输功改变或能源结构变化等多种机制，导致政策信号混淆。本研究旨在解决该问题：通过将排放型CII分解为运输能源强度（TEI）与能源加权平均燃料GHG强度的乘积，在DCS–GFI集成框架下比较排放型和能源型指标，进而论证CII可重新定位为与GFI互补的运营能效工具。

研究人员采用五个结构化船舶运营案例（含两艘散货船、一艘油轮、一艘集装箱船、一艘Ro-Pax船）的年度运营数据，结合DCS型运营变量（年航行距离、运输功、航行/非航行小时数、分状态燃料消耗、OPS用电量）与GFI型燃料变量（燃料类型、低热值、WtW GHG强度、燃料混合比例），构建了同能量化石燃料反事实比较。受控燃料切换案例中，SHIP_2采用52%极低硫燃料油（VLSFO）与48%基于废弃食用油的Bio30（Bio30_UCO）混合燃料，SHIP_5采用63%船用轻柴油（MGO）与37%甲醇混合燃料，保持运输功、总能量消耗和运营状态不变，仅改变燃料GHG强度，从而隔离燃料脱碳效应。分析使用MATLAB R2024b完成结构分解与政策地图绘制。

4.1 船舶运营和燃料特征。通过气泡图与数据表展示了五艘船的年航行距离、运输功、航行/非航行时间比例及燃料配置差异。SHIP_3具有最长航程和最大运输功，SHIP_5非航行时间占比达52.5%，反映Ro-Pax船靠港时间长、辅助负荷高的特征。SHIP_2与SHIP_5分别作为Bio30和甲醇混合燃料案例，用于检验低GHG燃料对两类指标的不同影响。

4.2 排放型CII型指标的结构分解。分解图显示排放型CII型指标等于TEI与能源加权平均燃料GHG强度的乘积。船舶在图中向左移动表示降低单位运输功能耗，属于运营能效改善；向下移动表示降低燃料GHG强度，属于燃料脱碳。两类移动均可改善排放型CII结果，但政策含义不同。SHIP_2和SHIP_5的改善主要呈垂直移动，说明其CII下降源于燃料脱碳而非能效提升。

4.3 排放型与能源型指标的分歧。将两类指标按五船均值归一化（均值=100）比较，SHIP_1的排放型指数（179）与能源型指数（167）均为最高，表现最差。SHIP_2的排放型指数（56）低于能源型指数（60），Δ=+4；SHIP_5的排放型指数（100）与能源型指数（119）差异最大，Δ=+18.6。这表明甲醇燃料使SHIP_5在排放型评估中接近平均，但能源型评估仍显示其单位运输功能耗偏高。进一步仅基于航行燃料计算SHIP_5的TEI约为0.060 MJ/吨海里，较全口径低37%，说明其不利评价主要源于非航行能耗占比较高，而非推进效率问题。

4.4 受控燃料切换案例：Bio30与甲醇。在保持运输功和总能量不变的前提下，Bio30使SHIP_2的排放型CII从4.55降至3.96 gCO₂eq/吨海里，降幅12.8%；甲醇使SHIP_5从8.86降至7.05 gCO₂eq/吨海里，降幅20.4%。然而两案例的能源型指标均完全不变（0.0484和0.0952 MJ/吨海里）。这直接证明排放型指标的改善来自燃料GHG强度下降，而非运营能效提升。若GFI已单独监管燃料脱碳，保留排放型CII将形成重复监管信号。

4.5 GFI框架下CII重新定位的政策地图。政策地图以TEI为横轴、燃料GHG强度为纵轴，划分出四个区域。左下低TEI、低GHG强度区域为理想区。绿色箭头表示GFI应主导的燃料脱碳方向（垂直下移），蓝色箭头表示重新定位后的CII应主导的运营能效方向（水平左移）。SHIP_5位于低GHG强度但高TEI区域，SHIP_2同样显示燃料脱碳与能效改善不同步。据此提出“GFI+能源型CII”双结构：GFI负责燃料与能源脱碳，CII负责单位运输功的能源消耗，从而避免信号重叠，提升监管透明度。

讨论与结论：本研究的局限性在于五艘案例船并非全球船队统计代表性样本，而是为机制分析设计的受控比较；同能量反事实假设静态运营状态，未纳入实际燃料转型中的速度、航线、载货量变化及经济性因素。但研究仍表明，在GFI中期措施逐步推进的背景下，将CII转为能源型指标可清晰区分两类脱碳路径，减少监管重叠。研究结论可翻译为：排放型CII型指标将运输能源强度与燃料GHG强度压缩为单一数值，在化石燃料时代可作能效代理，但低/零碳燃料兴起后解释模糊；受控Bio30和甲醇案例分别使排放型指标下降12.8%和20.4%，而能源型指标不变，证明排放型改善源于燃料脱碳而非能效提升。因此，未来船舶绩效评估应实行双轨结构——燃料强度监管负责生命周期GHG强度，能源型运营指标负责单位运输功的能源需求；这种分离有助于船东、运营者和监管者准确识别性能改善来源，支撑更协调的IMO减碳政策。