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申请上海交通大学硕士学位论文船舶能效营运指数研究专 业：交通运输规划与管理研究方向：航运与物流管理 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学工学硕士学位论文摘要船舶能效营运指数研究摘要船舶能效营运指数(EEOI)是IMO推出的衡量船舶能效的标准。本文从指 数的内涵，相关公式的推导，数据的计算等方面，对EEOI作了深入分析，得到 相关结论，并对EEOI的应用提出建议。在指数内涵方面：指出EEOI的制定原则是基于单位运输周转量的C02排放 值。通过EEOI与其他指数的比较，阐明其科学性和优越性。在公式推导方面：提出航次EEOI的概念和公式；给出了集装箱船两类EEOI 间的换算公式；推导货物运输CO2排放量的精确测算、估测和预估三个公式；综合各类因素，推导EEOI的理论估算公式；提出单位时间周转量EEOI的概念 和计算公式。在数据计算方面：使用EEOI理论估算公式，指出影响EEOI的主要因素包 括船型因子、机型因子和营运因子。计算结果表明：船舶大型化对提高船舶能效 有益，三大船型中，散货船能效最高、油轮其次、集装箱船最低；对营运因子敏 感性分析的结果说明：降低航速对提高能效最为有效，提高满载率其次，增加航 程和缩短停泊时间也有助于提高能效，但影响不明显;使用单位时间周转量EEOI 公式，计算了船舶在一定营运状况下的最优航速，并发现集装箱船与其他两类船 舶的能效差距显著缩小。在EEOI的应用建议方面：认为C02排放因子无修改必要；建议引入换算周 转量和客货换算系数来计算客滚船的EEOI；呼吁航运公司建立起一套行之有效 的EEOI统计方法，并针对性地提出了相关的简化建议；建议EEOI延伸应用到 测算货物运输的C02排放量之中；建议引入了单位时间周转量EEOI指数，修正 航速对EEOI的影响，以更客观全面地反映船舶能效。关键词：能效营运指数，能效，C02排放，油耗，船舶上海交通大学工学硕士学位论文Abstr a ctResearch on Ship Energy Efficiency Operational IndicatorAbstractEn er gy Ef f icien cy Oper a tio n a l In d ica to r(EEOI)is pr o mo ted by IMO to mea sur e the en er gy ef f icien cy o f ships.Fr o m the in d ica to r d ef in ia tio n,f o r mul a d er iva tio n a n d d a ta ca l cul a tio n,the pa per d o es in-d epth a n a l ysis o f EEOI,o ba ta in s r el a ted co n cl usio n a n d pr o po ses so me r eco mmen d a tio n s.In d ica to r d ef in ia tio n:The pa per po in ts o ut tha t EEOI is d ef in ed a s the qua tity o f CO2 emmissio n o n the ba sis o f un it tr a n spo r ta tio n tur n o ver.EEOI is super io r when co mpa r ed with o ther in d exes.Fo r mul a d er iva tio n:The f o r mul a a n d co n cept o f vo ya ge EEOI,EEOI ther io tica l ca l cul a tio n a n d un it time tur n o ver EEOI is pr o po sed.The pa per a l so d er iva tes the co n ver sio n f o r mul a between co n ta in er ships two types o f EEOIs a n d d er iva tes pr ecise,estima ted a n d f o r ca st CO2 emmissio n f o r mul a s o f wa ter-tr a n spo r ta io n.Da ta ca l cul a tio n:The pa per a n a l yses EEOI ther io tica l ca l cul a tio n f o r mul a a n d po in ts o ut tha t EEOI is in f l un ced by ship f a cto r s,en gin e f a cto r s a n d o per a tio n f a cto r s.The r esul ts sho w tha t en er gy ef f icien cy is higher f o r l a r ger ships a n d en er gy ef f icien cy o f co n ta in er ships is l o wer tha n tha t o f bul k ships a n d o il ta n ker s.Thr o ugh sen sitivity a n a l ysis o f o per a tio n f a cto r s,the pa per f in d s tha t r ed ucin g ship speed a n d r a isin g f ul l r a te a r e the two best wa ys to impr o ve en er gy ef f icien cy.In cr ea sin g vo ya ge d ista n ce a n d sho r ten in g ber thin g time a r e a l so usef ul,but their in f l un ces a r e n o t sign if ica n t.Un it time tur n o ver EEOI f o r mul a is used to co mpute the o ptima l ship speed.The en er gy ef f icien cy ga p between co n ta in er ships a n d o ther two types o f ships is n a r r o wed o bvio usl y o n the ba sis o f un it time tur n o ver EEOI.Reco mmen d a tio n s:CO2 emmissio n f a cto r is n o t n ecessa r y to be a men d ed.Use co n ver sio n tur n o ver a n d pa ssen ger-ca r go co n ver sio n f a cto r to ca l cul a te EEOI o f Ro-r o pa ssen ger ships.Appea l shippin g co mpa n ies to esta bl ish ef f ective EEOI sta tistica l metho d s.Suggest EEOI be used in the ca l cul a tio n o f CO2 emmissio n o f wa ter-tr a n spo r ta io n.P r o po se un it time tur n o ver EEOI be used to co r r ect speed in f l uen ce in o r d er to r ef l ect ship en er gy ef f icien cy in a n o bjective a n d o ver a l l ma n n er.KEY WORDS:EEOI,en er gy ef f icien cy,CO2 emissio n,Oil co n sumptio n,Ship11上海交通大学工学硕士学位论文目录目录1绪论.11.1 背景介绍.11.1.1 社会背景.11.1.2 学术背景.31.2 课题主要研究内容.61.3 论文结构.72温室气体排放及相关公约分析.82.1 温室气体排放及其影响.82.1.1 温室气体种类及排放.82.1.2 温室气体过量排放的后果.92.2 国际公约介绍.92.2.1 联合国政府间气候变化专门委员会（IP CC）.92.2.2 联合国气候变化框架公约（UNFCCC）.102.3 IMO公约的发展历程.112.4 国际公约与IMO公约之间的关系与区别.122.5 航运温室气体排放量.132.6 本章小结.143能效营运指数的内涵和应用.153.1 能效营运指数设计原则.153.2 能效营运指数发展历程.173.2.1 早期版本船舶CO2排放指数.173.2.2 最新版本船舶能效营运指数.183.3 能效营运指数与其他相关指数的比较.213.3.1 BSR 指数.213.3.2 INTERTANKO指数.213.3.3 三个指数的比较.223.4 能效营运指数的实际应用.233.4.1 航次EEOI的导出.233.4.2 计算实例.233.4.3 计算结果讨论与分析.253.5 能效营运指数争议点探讨.303.5.1 排放因子讨论.303.5.2 货物单位讨论.313.6 能效营运指数使用建议.313.6.1 实测数据的规范统计.313.6.2 延伸应用.323.7 本章小结.344能效营运指数的理论推导和因子分析.354.1 能效营运指数的深入分析.354.1.1 研究对象.35III上海交通大学工学硕士学位论文缩略语表4.1.2 公式改写与推导.354.1.3 油耗组成分析.364.2 主机油耗测算的相关理论.364.2.1 油耗与主机功率的关系.364.2.2 主机功率与航速、排水量的关系.374.3 船舶重量测算.394.3.1 民船重量分类.394.3.2 载重量估算.404.4 船舶能效营运指数估算公式.434.4.1 估算公式的导出.434.4.2 主机燃油时耗Fm(P)的计算.444.4.3 综合因素常数K的计算.444.4.4 船舶实际载重量DW分析.454.4.5 EEOI估算公式.464.5 实船计算.474.5.1 集装箱船计算.474.5.2 油轮计算.474.5.3 干散货船计算.484.5.4 结果分析与讨论.484.6 敏感性计算与各因子讨论.494.6.1 营运因子敏感性计算.494.6.2 航速(Vs)因子分析.524.6.3 满载率因子(R)分析.554.6.4 航程(D)因子分析.554.6.5 停泊时间(tp)因子分析.554.6.6 船型因子分析.564.6.7 机型因子分析.564.7 本章小结.575总结与展望.585.1 总结.585.2 展望.59附录1 MAN系列主机油耗数据.61附录2载重量试算.66参考文献.67致谢.70攻读学位期间发表或录用的学术论文.71IV上海交通大学工学硕士学位论文缩略语表缩略语表IMOIn ter n a tio n a l Ma r itime Or ga n iza tio n国际海事组织MEP CMa r in e En vir o n men t P r o tectio n Co mmittee海洋环境保护委员会IP CCIn ter go ver n men ta l P a n el o n Cl ima te Cha n ge政府间气候变化专门委员会UNFCCCUn ited Na tio n s Fr a mewo r k Co n ven tio n o n Cl ima te Cha n ge联合国气候变化框架公约GHGGr een ho use Ga s温室气体EEOIEn er gy Ef f icien cy Oper a tio n a l In d ica to r能源效率营运指数EEDIEn er gy Ef f icien cy Design In d ex能源效率设计指数HFOHea vy Fuel Oil（船用）重燃料油LFOLight Fuel Oil（船用）轻燃料油MDOMa r in e Diesel Oil船用柴油V上海交通大学工学硕士学位论文插图索引插图索引图1 19 9 0-2007年航运业CO2排放量变化趋势.14图2各种运输方式的CO2排放效率范围.16图3低速航段满载率与EEOL的平滑趋势线.26图4低速航段载箱率与EEOb的平滑趋势线.26图5高速航段满载率与EEOL的平滑趋势线.27图6高速航段载箱率与EEOb的平滑趋势线.27图7 MAN 12K9 8MC-C型主机燃油单耗与燃油时耗拟合曲线.37图8EEOI o*散点图.49图9 EEOI对航速(Vs)的敏感性.50图10EEOI对满载率(R)的敏感性.51图11 EEOI对航程(D)的敏感性.51图12 EEOI对停泊时间金)的敏感性.52图13EEOIto*散点图.54图14F轮EEOIj-Vs关系曲线.54VI上海交通大学工学硕士学位论文表格索引表格索引表1人类活动排放的重要温室气体.8表2 19 9 0-2007年航运业CO2排放量及燃油消耗量.13表3各主要行业CO?排放占全球总排放比例.16表4船用燃料分类及其碳含量和CO2排放因子对照.20表5航次A和航次B的相关假设条件.22表6 EEOL BSR及INTERTANKO指数计算结果.22表7 Z集装箱船两个典型航次数据.24表8 EEOI与EEOIvya ge计算结果.25表9 Z船航次数据计算结果.28表10 MAN 12K9 8MC-C型主机油耗数据.36表11 MAN系列各主机型号的Fm(P)与P的拟合函数关系式.44表12典型船舶压载航行载重量实算数据.45表13集装箱船数据.47表14集装箱船EEOI。*计算结果.47表15油轮数据.47表16油轮EEOI。*计算结果.48表17干散货船数据.48表18干散货船EEOI。*计算结果.48表19营运因子变化的EEOI敏感性分析.50表20集装箱船EEOIto*计算结果.53表21油轮EEOIto*计算结果.53表22干散货船EEOIto*计算结果.53表23 MAN 12K9 0MC-C型主机油耗数据.61表24 MAN 8K9 0MC-C型主机油耗数据.61表25 MAN 5s50MC型主机油耗数据.62表26 MAN 6s50MC型主机油耗数据.62表27 MAN 6s50MC-C型主机油耗数据.63表28 MAN 6s60MC型主机油耗数据.63表29 MAN 7s80MC-C型主机油耗数据.64表30 MAN 6s42MC型主机油耗数据.64表31 MAN 6s35MC型主机油耗数据.65表32 MAN 5s60MC型主机油耗数据.65表33载重量试算假设值与计算结果.66VII上海交通大学工学硕士学位论文1绪论1绪论1.1 背景介绍1.1.1 社会背景全球气候变暖已经成为国际社会共同关注的热点问题，其造成的高山冰雪融 化、海平面上升、气候异常，已经演变为非常严重的环境问题。根据研究结果，温室气体大量排放是全球气候变暖的主要原因。温室气体主要包括二氧化碳(C02)氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)等。人类在生产生活中，燃烧化石燃料 取得能量的同时，排放了大量的温室气体，直接导致其在大气层的累积，使得 全球气温逐步上升。政府间气候变化问题小组根据气候模型预测，若不采取 积极的减排措施，到2100年，全球气温估计将比2000年上升大约1.4-5.8摄氏 度。川根据这一预测，全球气温将出现过去一万年中从未有过的巨大变化，从而给全球环境带来潜在的重大影响。因此，近年来，国际社会对于温室气体排放问题愈发重视，成立了联合国政 府间气候变化专门委员会，制定了联合国气候变化框架公约，公约于1994年3 月正式生效。截至目前，公约已拥有189个缔约方。自1995年3月首次缔约方大会 在柏林举行以来，缔约方每年都召开会议，2009年的第15届缔约方大会刚刚在丹 麦哥本哈根落下帷幕。在每届大会上，各国政要都会探讨有关温室气体减排的话 题，取得了多项共识。作为联合国气候变化框架公约的补充条款，京都议 定书于1997年12月在日本京都制定。其目标是“将大气中的温室气体含量稳定 在一个适当的水平，进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”。条约于2005 年2月开始强制生效，截至目前，一共有183个国家通过了该条约。应该说，通过 国际社会的共同努力，在温室气体减排方面，已经取得了一定的成效，但这还远 远不够。要控制全球气候变暖，需要各国以及各行业的共同努力。航运业中，由于船舶航行消耗燃料，会产生大量的CO2等温室气体。但由于 排放地区的不定性，国际航运业并没有被纳入到京都议定书的调整范围之内。近年来，国际贸易量不断上升，能源、矿物、商品等货物的运输需求稳步上涨，各航运公司纷纷加开航线，加密航次。船舶排放的温室气体量不可避免地有大幅 度的增长，国际航运界也因此面临较大的减排压力。国际海事组织(IMO)也开 始日益重视船舶的减排问题，其下设的海洋环境保护委员会(MEP C)除了对污 染气体减排进行研究并制定标准外，对于船舶温室气体排放的相关研究和措施建 议也日渐成为一个工作的重点。2003年的IMO大会上通过了关于船舶温室气体减 1上海交通大学工学硕士学位论文1绪论排的政策和实施的A.9 63Q3）号大会决议，成为IMO解决船舶温室气体排放问题 的纲领性文件。该决议明确指出，在制定温室气体排放指数方法体系时，应将 C02作为主要的温室气体。但是，因减排责任及具体的减排方法上迟迟未获实质性进展，IMO一直面临 着一些国家和区域组织的质疑。例如欧盟委员会曾经表示：欧洲议会希望欧盟委 员会在IMO无法实现预期目标时参与该事务，介入规则的制定，并将航运界的 C02排放纳入欧盟排放贸易计划；如果IMO不能在2009年制定出限制或降低船舶 CO2排放量的方案，欧盟委员会将采取区域性行动减少航运业CO2排放。又如瑞 典酸雨秘书处相关人士表示：IMO可能无法找到解决方案，建议欧盟或美国同 IMO一道推动制定和实施减少CO2排放的国际规则。面临众多压力，在2008年 之后，通过多方努力，IMO终于在船舶温室气体减排问题上取得了较大进展。截至目前，IMO已经基本确定了未来船舶温室气体减排的法规框架和主要 的减排措施，设定了减排工作进程。其中，未来减排法规框架内容包括：能有效 促进减少全球温室气体排放总量；强制性，平等适用于全部船旗国；符合成本效 益；能够限制竞争，或至少使竞争最小化；基于环境的可持续性发展，不对全球 贸易和发展造成不良影响；采用基于目标的方法，而非仅规定某种方法；有助于 提升和促进全航运业技术创新和研发；考虑能源效率领域的先进技术；实际、透 明、无欺诈，并易于监督。优先考虑的近期减排措施包括：改善燃油消耗；能源 效率设计和管理计划、采用测试模型估算新船的CO2排放指数；自愿和/或强制的 CO2指数报告要求；严格限制制冷剂气体的泄漏比率；降低航速；提高交通管制、船队管理、货物操作效率和能源效率；排放交易机制或征收航运燃油税；业界和 政府间的自愿参与。远期措施主要是：强制性新船CO2设计指数；船舶设计指数 的技术措施；不同燃料的使用；CO2营运指数的外部核查制度；单一的CO2营运 排放指数辅之惩罚措施；排放交易机制和/或清洁发展机制；港口强制征收CO2 排放费。这些法规和措施制定的前提是需要有一个衡量CO2排放的指标体系，2009年 IMO在这方面取得了重大的进展。在7月举行的第59届MEP C会议上，新船能效 设计指数（EEDI）计算方法临时导则；新船能效设计指数自愿验证临时导则;船舶能效管理计划制定导则（SEEMP）以及船舶能效营运指数（EEOI）自 愿使用导则等4项技术通函获得了通过。上述四项导则是在充分论证并经过几 年试运行的基础上推出的，得到了各方的共识。船舶能效营运指数（EEOI）给监测船舶温室气体排放，评价船舶能效提供 了重要的参考依据，适用于所有运营的商船。由于在正式推出之前，已经经历几 年的试用，获得广泛认可，相对较为成熟，该指数也有望成为海运界的又一国际 标准。因此，以EEOI为切入点，研究海运界的CO2排放状况和有效的减排措施具2上海交通大学工学硕士学位论文1绪论有现实意义。1.1.2 学术背景尽管EEOI是一个新生事物，但其前身，船舶C02排放指数早在2005年就 已经由IMO提出。IMO在船舶CO2排放指数自愿试用临时导则中详细说明 了该指数的定义和统计方法。此后，该指数就一直处于试用过程中。国际上有不 少航运公司都积极试用船舶CO2排放指数，且以欧洲航运公司为多，他们向IMO 上报了大量的实测数据。同时，在应用该指数的基础上，这些公司针对遇到的一 些问题提出了改进方案，不少也被IMO所采纳。最终，IMO将指数改名为EEOI,在2009年第59届MEP C会议上，通过了船舶EEOI自愿使用导则。由于此前一直没有正式推广，国内航运企业使用EEOI的积极性并不高，国 内对于该指数的研究也较少。随着温室气体减排成为热点话题，近年来，国内学 者对船舶温室气体排放的研究也开始逐步增多。主要文献按照文章主题可以分为 三类：航运业减排法规的分析、船舶温室气体减排的措施、相关指数的探讨。在航运业减排法规分析方面，国内的文献主要是总结IMO的相关工作进程,从碳排放交易、减排机制等层面提出了建议。其中，也有学者建议利用船舶 EEOI自愿使用导则中的方法对于国内船舶排放情况作统计和记录，但并没有 给出具体的落实方法。陈爱玲在船舶温室气体减排现状和我国航运企业对策建议中，全面回顾 了 IMO船舶温室气体减排工作进程，分析船舶温室气体减排面临的挑战和进展 及对我国海运业的影响，建议我国航运企业摸清自身船舶CO2排放情况，研究 各种减排措施，设置新船CO2设计指数，建立排放交易机制等。3张爽，张硕慧在国际海运温室气体排放交易机制框架中介绍了国际温室 气体减排的背景以及排放交易的概念和现状，分析了国际海运温室气体排放交易 机制的设计要素、可能存在的主要问题以及发展趋势，并为我国在此方面的准备 工作提出了建议。提出：尽早建立完善的船舶信息数据库，制定临时性政策，要 求我国船舶定期向我国海事主管部门报送IMO制定的船舶CO2排放指数自愿 试用临时导则所要求的各项数据，并纳入到数据库中。图王彦斌，李卫国在IMO船舶温室气体减排机制原则法律分析中，介绍 了 IMO船舶温室气体减排框架的法律特点。指出该框架提出了不优惠待遇原则，而此原则与国际气候法上的国际环境正义理念相违背。基于人均平等排放权的原 则应当成为评价发展中国家承担船舶温室气体减排义务模式的标准。5在船舶温室气体减排的措施方面，一些文献综述了相关的措施，并给出发展 建议，但没有定量化的计算。也有一些文献从其中的某个措施入手，建立数学模 型，进行经济性计算，得出了可信的结论。3上海交通大学工学硕士学位论文1绪论张爽，张硕慧等在海运业温室气体减排措施及发展趋势中，从技术、营 运、市场3方面介绍海运业温室气体减排措施。其中，在技术措施中提到改进船 舶设计、供应岸电、利用新能源等；在营运措施中提到降低船舶航速、加强船舶 营运管理等；在市场措施中提到开征燃油税、设立温室气体排放基金等。根据海 运业温室气体减排措施实施对象、方式和进程预测了海运业温室气体减排发展趋 势，认为仅针对本国或者特定区域内国家的船舶所采取的单边行动并不能从根本 上解决问题，海运业温室气体减排问题只能通过全球性措施才能真正解决。6郑庆功在船舶减速对其温室气体排放的控制研究的硕士学位论文中，重 点研究了船舶采用减速航行措施，实现温室气体减排方法的经济性和可行性。在 做出一定假设的条件下，进行数学建模和定量分析。结论是：船舶减速航行实现 减排的方法具有较好的成本效益比，对于企业，在最佳盈利航速以上开始减速航 行时，不但可以完成减排目标，同时还会使企业效益更佳。贾石岩在船舶使用岸电对温室气体排放的控制研究的硕士学位论文中，重点论述了国外部分港口对到港船舶实施岸电替代船舶柴油机发电技术（AMP）的技术标准、现状和发展状况，并从技术、管理、成本等方面分析了现有船舶实 施AMP存在的主要问题。随后对我国港口实施AMP实现温室气体减排的可行 性进行了分析，分别对港口和船舶实施AMP的经济和环境效益两方面进行了重 点分析。网相关指数研究的文献相对最少，这些文献的主要研究目的是使用EEOI和 EEDI进行试运算，并提出改进的建议。王宇航在船舶温室气体排放总量基线研究的硕士学位论文中，根据IMO 颁布的船舶C02排放指数自愿试用临时导则，对我国主要的船舶类型进行了 温室气体排放总量的实际测试，拟合了我国各类船舶温室气体排放总量的基线，并与国外船舶排放基线进行了比较。根据统计资料，建立了我国船舶温室气体排 放总量的基线模型并进行了 C02排放量的预测。文章探讨了船舶CO2排放指 数自愿试用临时导则在实际应用方面的不足，并提出了改进建议。最后在分析 我国船舶温室气体排放总量基线的基础上，提出了我国在船舶温室气体减排方面 应采取的措施和减排方案的选择。李路、吴聚丰等在对C02排放指数的探讨中简要介绍了丹麦和日本提 交给IMO的对C02排放指数的研究成果。并作了分析探讨，在样本选择、油耗、船型等方面提出了意见，认为当时的提案有不成熟之处，需要进一步修改。国外船舶温室气体排放研究开展得较早，尤其在欧盟国家，主要由各科研院 所以及船级社主导。以下主要综述国外相关的权威研究成果，这些成果中，多数 是偏重船舶排放C02总量的测算，建立了相关的测算模型，并列举了各种减排 的建议和措施。4上海交通大学工学硕士学位论文1绪论2000年3月，由挪威MARINTEK科研中心、挪威船级社以及美国Ca r n egie Mel l o n大学联合研究，并向IMO提交了船舶温室气体排放研究(Stud y o f Gr een ho use Ga s Emissio n s f r o m Ships)的调研报告。该报告主要内容是确定国际海 运的温室气体排放量及其在全球总排放量中的比重，并从技术、营运和基于市场 等方面研究减少温室气体排放的方法。研究表明，海运是一种清洁、绿色、环境 友好的运输方式，而且能源效率高；基于单位运输周转量，海运是CO2排放量 最少的运输方式。研究也提出了几种可能实现船舶CO2减排的长期和短期措施，如优化船体设计、船体维护、推进器的设计和维护、燃料选择、机械监控、包括 降低航速在内的航线计划措施、对船舶纵倾、发动机性能、螺距和舵角的优化等。该研究为IMO开展进一步工作打下了良好的基础。川2006年12月，由荷兰CE DELFT科研中心、挪威MARINTEK科研中心、德国劳氏船籍社、挪威船籍社共同完成了一份关于船舶大气污染的报告船 舶温室气体排放与船用燃油硫化指标执行导则(Gr een ho use Ga s Emissio n s f o r Shippin g a n d Impl emen ta tio n Guid a n ce f br the Ma r in e Fuel Sul phur Dir ective)o 其中 主要针对欧洲地中海航线的船舶温室气体排放进行了实测，并对数据进行了分 析、比较，得出了相应排放水平，并对该地区未来的船舶排放进行了预测。2007年3月，国际清洁运输委员会QCCT)发表了营运船舶空气污染和温 室气体排放(Air P o l l utio n a n d Gr een ho use Ga s Emissio n s f r o m Ocea n-go in g Ships)的研究报告。该报告主要针对欧盟国家海运排放，介绍了船舶引起的大气污染和 油料消耗概况，海事方面的相关法律规定，海运方面主要的强制排放规定，并针 对性地提出了建议和意见等。口32008年4月，在MEP C第57次会议上，日本提交了海上船舶温室气体排 放的评估及减排措施的研究(Stud y o n Estima tio n a n d Red uctio n o f GHG Emissio n s f r o m Ocea n-go in g Vessel s)的草案。该草案主要是针对海上船舶排放温 室气体(包括CO2和其它温室气体)总体水平的评价，和减排措施的应用前景。利用定量的方法对现有船舶营运中的温室气体排放水平作出了评价，并对未来整 体排放水平作出了预测，对船舶温室气体减排技术进行了研究。该草案引起了 MEP C工作组的重视，并号召其它成员组织参照日本的草案展开类似的调查和研 究。14另外，印度在MEP C第57次会议上也提交了根据实测数据制定的CO2 排放草案基线(Dr a f t Guid el in es f br CO2 Emissio n In d exin g-tr ia l s ba sed o n o per a tio n a l d a ta)o该草案根据不同船型提供的诸如载货量，燃油消耗量，航程等 实际数据，利用暂定的温室气体排放指数导则的方法得出了温室气体排放基线数 值。2009年4月，挪威MARINTEK科研中心、荷兰CE DELFT科研中心、中 5上海交通大学工学硕士学位论文1绪论国大连海事大学、德国劳氏船籍社、挪威船籍社等联合撰写了 OMO第二次温 室气体研究(Seco n d IMO GHG Stud y)o该研究实测了 19 9 0-2007年的船舶CCh 排放量，探讨了减少排放的技术和营运潜力，并预测了未来航运业的CO2排放 量。它是对从事国际贸易船舶温室气体排放量最全面和最权威的评估。该研究估 计，从事国际贸易的船舶在2007年各行业CO2排放总量中贡献了 2.7%。该研究 还指出，通过技术和营运措施，实行基于市场方式的机制来减排CO2是可行的。研究还预测，若缺乏控制船舶温室气体排放的全球性政策，到2050年，船舶CO2 排放量可能会由于国际贸易的持续增长而增加150%-250%。口可综合国内和国外的研究成果看，专门研究EEOI的文献还较少，随着未来该 指数成为国际标准，研究的必要性就大大增加。此外，即使是研究指数，大多数 研究是基于实际营运数据的分析，也有的是根据试用情况对指数提出修改意见。但对于EEOI的影响因子，以及它们的影响程度并没有深究，这给准确评价各种 降低能耗的措施带来困难。因此，基于EEOI指数，建立合适的模型，在这方面 作深入探索既是创新性的工作，也很有实际意义。1.2 课题主要研究内容由于温室气体减排已经受到了国际社会的普遍关注，各国、各行业组织都在 制定减排计划，但首先需要有一个权威公认的衡量指标。IMO推出的EEOI指数 正是衡量航运业CO2排放情况的标准。本文的研究内容正是围绕该指数展开。研究主要内容包括：IMO为减缓温室气体排放所做的努力及减排的法律框 架，EEOI指数的内涵，EEOI估算公式及其他相关计算公式的推导，EEOI的实 际测算，影响船舶能效的主要因素以及对EEOI的应用建议。在法规分析方面，回顾国际社会及IMO为减排所做的努力；研究IMO船舶 温室气体减排法规框架与联合国气候变化框架公约的不同点。在指数的内涵方面，介绍EEOI指数；研究EEOI的制定原则；并与其他较 有影响力的相关指数进行比较。在公式推导方面，提出了航次EEOI的概念，并给出计算法则；针对集装箱 船，给出了两类EEOI间的换算公式；推导货物CO2排放量的精确测算、估测和 预估公式；综合考虑船型因子、机型因子和营运因子，最终推导出EEOI的理论 估算公式；最后，首次提出了单位时间周转量EEOI的概念，并给出计算公式。在实际测算方面，利用航次EEOI公式，试算了调研得到的典型航次数据；利用EEOI理论估算公式，试算了船舶数据；对营运因子的变化进行了敏感性分 析；利用单位时间周转量EEOI公式，对调研船舶的指数进行再次计算，并计算 了船舶在一定营运状况下的最优航速。6上海交通大学工学硕士学位论文1绪论在研究影响能效的因素方面，综合分析了船型因子、机型因子和营运因子的 影响，对营运因子中的航速、满载率、航程、停泊时间等作了深入分析。在指数的应用建议方面，对指数的编制和导则提出修改意见；对于EEOI的 实际使用，向航运公司提出建议；同时，建议EEOI延伸应用到测算货物运输的 C02排放量之中；最后，建议引入单位时间周转量EEOI指数，以更客观全面地 反映船舶能效。1.3 论文结构本文共分为五章。除本章绪论外，之后各章安排如下：第2章 温室气体排放及相关公约分析本章首先介绍温室气体及其排放和引发的后果，之后介绍了相关国际公约和 IMO公约的发展历程，分析了两者的关系和不同点。最后，给出了船舶温室气 体排放量数据。第3章能效营运指数的内涵和应用本章首先介绍了 EEOI的设计原则，即单位运输周转量下的C02排放，回顾 了 EEOI的发展历程，详细介绍了 EEOI的定义、应用范围。通过与其他两个指 数的比较，显示了 EEOI的科学性。提出航次EEOI概念后，对指数进行了实际 试算，并深入讨论了计算结果，发现某些因子的影响规律和集装箱船EEOI的特 殊性。之后，针对指数的两个争议点进行探讨。最后，对指数的应用提出建议，包括统计方法和EEOI在C02的排放量测算上的用途。第4章 能效营运指数的理论推导和因子分析对EEOI指数进行深入分析后，改写公式。介绍主机油耗测算的相关理论，海军常数法以及船舶载重量的经验测算法。在得出相关因子的关系后，导出EEOI 的估算公式。并对实船数据进行测算。最后，对营运因子进行敏感性分析，并讨 论了船型因子和机型因子的影响。在讨论航速因素时，提出单位时间周转量EEOI 的概念，并对船舶数据和最优航速作了试算。第5章总结与展望对本文内容做必要的总结，并且从集装箱船EEOI单位选取、测算货物运输 的C02排放量、EEOI公式的精确化、最优航速的选取等多个角度提出若干有待 深入研究的问题，并对研究领域的前景进行展望。7上海交通大学工学硕士学位论文2温室气体排放及相关公约分析2温室气体排放及相关公约分析2.1 温室气体排放及其影响2.1.1 温室气体种类及排放由于工业化的进程以及人口数量的大幅上升，人类向大气中排放了大量的温 室气体，使得地球环境出现了变化，学界普遍认为这是导致全球气候变暖的主要 原因。2007年2月，政府间气候变化专门委员会（IP CC）发布全球气候变化第 四次评估报告，指出从20世纪中期至今观测的大部分温度上升，超过90%的 可能性与人类活动产生的温室气体排放有关。1750年工业革命以来，人类活动排放温室气体主要是二氧化碳（CO。除了 CO2外，目前发现的人类活动所排放的温室气体还有甲烷（CH。、氧化亚氮（N2。）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（P FCs）、六氟化硫（SF6）。尽管就造成温室效应的能 力来说，CO2比不上后三类气体，但对全球升温的贡献百分比来说，CO2由于含 量较多，所占的比例也最大，约为63%0此外，CO2的生命期很长，一般认为 CO2在大气中的寿命是120年左右，最长可生存200年之久，因而最受关注。目 前排放的CO2主要是来源于人类生产生活中对化石燃料的燃烧。表1人类活动排放的重要温室气体（来源：文献划）温室气体的种类化学式增温效应所占份额在大气中的寿命（年）二氧化碳co263%120甲烷CH415%12氧化亚氮n2o4%