航运业碳排放与管理政策碳排放现状与预测 管理政策现状及动向航运业碳减排技术与潜力船舶运行基本原理 海上运输节能减排措施 减排措施潜力与成本预估航运行业碳管理展望与建议 参考文献目录2 5 13 16 2 3 5 6 11碳排放现状与预测近几十年来，气候变化问题越发受到人们的重视。

随着研究的逐步深入，其结论将矛头直指温室气体的排放。

根据国际海洋组织的最新报告，航运业在2007年的碳排放近10亿吨，数年间其碳排放量增长了近1倍（如图），约占全球碳排放量的3.3%。

很多研究指出航运业承担了全世界将近90%的运力，其单位碳排放也远远低于其它类型的运输方式（如表）。

但国际航运业的快速发展引起了CO2排放急剧增加，日益引起了社会舆论及环保组织的不满。

3月14日欧洲环境署（EEA）最新发布的报告中指出，航运业是“目前最不受管制的空气污染来源之一”。

同时，国际海事组织（IMO）的报告也指出，如果航运业对碳排放不加以控制，将在2050年增长近5倍，占全球总排放的18%（如图）。

不同运输方式下运输每吨货物的碳排放量比较运输方式CO2排放（t/gCO2）飞机（航空运输）~500现代货运（卡车、汽车）~60-150现代货运（火车）~30-100海运轮船~10-40 数据来源：/co2-emissions-shipping-goods.航运业碳排放与管理政策管理政策现状及动向虽然航运业被认为是最具碳效益的运输方式，但国际海事组织和国际环保组织却从没有对由于气候变化而引起的航运业经营风险放松警惕。

从国际海事组织建立之初，就一直为减少温室气体排放而努力着。

根据《京都议定书》，国际航空碳减排和航海碳减排分别由国际民航组织(ICAO)和国际海事组织（IMO）来分别进行减排管理。

而在EU-ETS设计阶段，欧盟就已经将航空碳税和航海碳税考虑在内。

与航空碳税不同的是，目前国际上仍然没有任何一部强制性的法律文件要求航运业践行碳减排。

在欧盟单方面提出的航空碳税被广泛抵制之前，欧盟在国际航运业碳减排方法几乎没有任何的实质性行动或方案，其主要原因是国际海事组织从1973年就开始积极推动全球性的航运业温室气体减排，对基于市场的减排政策工具颇为看重。

全球航海碳排放交易体系(METS)在未来有较大的实现可能，甚至也将未来与欧盟排放交易体系(EUETS)接轨作为最终的实施方案，这一点基本符合欧盟的预期。

但是，欧盟航空碳税的严重受挫，使其如坐针毡。

前不久，欧盟发表声明表示将考虑在2013年开启第一步行动，即对海上运输所产生的温室气体排放量进行监测、报告和核实(MRV)。

从欧盟委员会公布的文件来看，欧盟国际海运碳减排政策的基本架构和主要内容包括以下4个方面：1. 适用范围：包括全程或者部分是在欧盟成员国港口之间进行的海运活动，只要船舶有航段在欧盟区域内，不管其排放行为是否发生在欧盟区域内，均适用该政策。

2. 适用对象：所有驶入、驶出和途经欧盟成员国港口的船舶。

3. 减排措施：欧盟委员会提出了四项可能采取的具体减排措施。

（1）建立排放补偿基金，由船舶所有人或者管理人为排放二氧化碳的船舶缴纳。

（2）船舶强制性减排目标。

欧盟将根据历史排放量或者船舶能效指数，为每一艘船舶设定强制性减排目标。

（3）排放权交易机制，参考EU-ETS，将海运碳排放纳入欧盟碳排放交易体系。

（4）征收排放税，船舶可在每次靠泊港口时或按照年排放量缴纳税金。

4. 法律责任：包括罚金、禁止开展海运业务等处罚。

虽然减排共识在业界凝聚，但最终达成仍需漫长时间。

即使欧盟不行动，IMO在全球一致的强制减排政策方面的进展也不容忽视。

2011年7月15日，国际海事组织海洋环境保护委员会第62次会议通过了“新船设计能效指数”和“船舶能效管理计划”两项标准。

这是IMO历史上首次通过适用于所有国家船舶的、与减少温室气体排放相关的强制性能效标准。

按照这两项标准，新造船舶的能效(节能环保效率)将在2015~2019年间提高10％，2020~2024年间提高20％，2024~2028年间提高30％。

包括中国在内的发展中国家可援引相关免除条款，将“新船设计能效指数”的适用期限推迟到2019年后。

然而，经过多年的努力，IMO和UNFCCC除对航运业的效能标准提出建议外，尚未对全球航运业提出强制性的减排规范。

在不远的未来，IMO很有可能出台一个覆盖全球的航运业温室气体市场化减排机制。

这一机制的建立将对近年来增长迅速的中国航运业产生巨大的影响。

2012年以来，交通运输部已经针对航运业减排的市场措施开展全面研究。

一方面，交通运输部已和国家发改委等部门密切沟通，在国家温室气体排放谈判的总体框架下，尽可能“迟滞”部分发达国家在国际海事组织之外所采取的征收航海碳税等单边行动。

另一方面，交通运输部正在组织相关科研院所展开研究，对不同市场措施的利弊进行研判，并考虑先在国内航运业内部试运行碳交易或碳税二者之中的一种模式。

受技术等因素限制，目前尚未确定一个成熟方案。

4航运业的排放具有移动性和无界性的特点，其低碳发展也具有独特的模式。

在航运业碳减排方面，国际海事组织（IMO）做出了很多努力，也取得了一些成果。

在这一部分，我们会在IMO研究成果与相关学术研究资料的基础上，从管理操作和技术设计两个方面总结航运行业的节能减排途径与潜力。

船舶运行基本原理任何船舶航行时必须的能量形式是推力、电能和热能。

供应这些能量的装置是推进装置、发电装置和供汽装置，这三个装置都直接消耗燃料。

船舶二氧化碳排放量正比于船舶燃料使用量。

从广义上讲，燃料消耗的增加跟速度的立方和功率输出成正比关系，而输出的功率是船舶克服流体动力学和空气动力学阻力的基本保障。

准确的说，船舶的前进需要克服三种阻力：阻力类型产生源影响因子占船舶总阻力的比例*摩擦阻力船体与水的接触面水下船体面积，形状和表面阻力特性阻力（藤壶、藻类和海洋植物在船体表面的聚集增生；螺旋桨表面的粗糙程度）;阻力大小正比于船速的平方低速-90% 高速-45%残余阻力船舶前方的波阻船体尾部的涡流阻船体构造配置；水线以下的船体暴露量；船速越高，阻力增大得越快波阻：低速-5% 高速-40%涡流阻：低速-3% 高速-5%空气阻力船舶上层建筑上层建筑的空气动力特性；无风情况下，阻力大小正比于船速的平方以及面向风的（或面对的行进方向）船舶横截面面积低速-2%高速且有大量外露横截面-10%*数据来源：(MAN Marine, 2007)在固定航行周期内速度的情况下，这三种阻力的总和决定了船舶主要发动机最小的有效功率输出。

值得注意的是恶劣的气候条件会极大的增加阻力。

另外需要考虑的会决定燃料消耗和二氧化碳排放量的因素还有螺旋桨效率，发动机选用，船舶工作周期。

航运业碳减排技术与潜力螺旋桨效率由于螺旋桨本身就是在尾部湍流的位置运作，这种典型的船尾位置放大了表面阻力以及分流和涡流效应。

螺旋桨叶片必须克服的阻力会随旋转速度和船体、舵与螺旋桨叶片之间的湍流边界层流而加剧。

正因为如此，从螺旋轴，到所得的推进器推力，最终到形成的船速，功率量一直呈现非线性减少的关系。

由阻力高峰而引起的恒定功率输入下螺旋桨的速度降低被成为“重”螺旋桨状态。

能减轻这种重螺旋桨状态的设计因素包括螺旋桨叶片尺寸和间距、相对于水的推进速率、旋转速率和叶片数量。

船用发动机大多数远洋货船均采用了非常大的低速二冲程发动机，直接连接到螺旋桨轴(没有离合器或减速齿轮）。

二冲程船用发动机具有高功率输出（最多可接近85兆瓦），相对高效率（约50％的燃料能量被直接传送到螺旋桨轴），而且适于通过直接喷射燃烧重质燃料油。

一些非常大的货船和客船和渡轮需要更多的加速动力，都建有中速四冲程的船用柴油（MDO）或重燃油（HFO）引擎。

相比于那些已经经过几代污染减排周期设计周期的陆用传统柴油发动机，这种高温燃烧和低质量的燃料相结合，导致温室气体排放非常的高。

船舶工作周期工作周期不同，对发动机功率和辅助动力需求也不同，因此燃料消耗和二氧化碳排放量也不一样。

此外，工作周期也涉及到操作因素(如路线和停港时间)这些也跟燃料使用和二氧化碳排放量有关系。

对于某些用途（例如，集装船）来说，船速很重要，而对另一些用途（冷藏货物）来讲，辅助动力很重要。

一些工作周期的特点是多个短暂停留（艘滚装货船，渡船），其他是长期出境航行最后回航时只有压舱物（如石油和许多其他油轮）。

有些船舶的货物在途中会有所有权的变更导致出行改道和次佳路线航行（例如散货船），而有些则是受时间限制，可能需要在恶劣天气条件下航行。

这些和其他工作周期相关因素与国际海运的商业性质有关，并都对二氧化碳排放量有重要影响，在考虑具体的温室气体减排方案，必须将其纳入评估范围。

海上运输节能减排措施在船舶推进原理的基础上，将已有的航运业节能减排措施大致分为一下几类：船舶设计、发动机设计、推进系统、其他技术类措施，以及管理运作措施。

需要注意的是，并不是每一个措施都适用于所有类型的船舶。

下面总结了各个类别下的常见措施以及每个措施在不同用途和船舶中应用的平均燃料消耗减少率（最大的潜能估计）。

总体船舶设计船舶尺寸、排水量、规模、装载和压载状态下的操纵特性和船体结构均对一定工作周期下的船舶燃料使用有很大的影响。

在可行的范围内，用较轻的同种性能的材料，减少压载物以及优化比例（船体大小，船体上层建筑等等）能减少能耗。

另外，船艏在吃水线下的球形延伸设计可以使大船舶在商业速度行驶中改善船体周围的水流，明显地减少阻力，从而降低能耗。

空气润滑系统通过传递简单导流板装置的作用，空气可以被压缩抽取并在船底形成薄层空气膜，有效润滑船体与水的接触面，从而减少了摩擦阻力。

虽然这项措施会消耗辅助抽取功率，却能减少那些低速航行且有大表面积船体的船舶15%的燃料使用量，减少集装箱船和车辆运送船8%的燃料使用量。

发动机设计发动机的设计，尺寸大小和功率输出对燃料使用和碳排放有决定性的作用——就此而言，在船舶设计期间采用适合船舶大小与预期工作周期性质的最高效发动机能最大程度地减少燃料消耗。

在发动机设计方面，用传统的发动机-螺旋桨轴直接连接的方式（柴油电驱动）取代耦合电驱动有最大的降低燃料消耗的潜能（高至30%），特别是对于轴负载和运行情况变化频繁（比如频繁调动）的情况。

其次，收集废气余热将其转化为电能能直接减少发动机或辅助动力机的燃料需要，余热还可以用作其他船上功能，例如燃料加热。

4%7%7%9%4%2%15%20%0%5%10%15%20%25%规模比例效能减轻压载轻量材料构造最优船体尺寸拦截调整片螺旋轴线校准空气润滑球状船艏长荣航运集团向三星重工订购的L 型环保船舶的船体结构上除了有最新的环保设备外，船用气囊还采用新型高张力钢材(HT47)，最佳压载水和船型设计，并达到省能源、低排放之目的，比同期环保船舶多节省15%的燃油量。