張 曦，李大屹

(1. 中國(guó)船級(jí)社 質(zhì)量認(rèn)證公司，北京 100006；2. 中國(guó)船級(jí)社 船舶能效推進(jìn)工作組，北京 100007)

0 引 言

水運(yùn)行業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，截至“十二五”末我國(guó)擁有水上運(yùn)輸船舶16.59萬(wàn)艘，海運(yùn)船隊(duì)運(yùn)力規(guī)模1.6億載重噸,位居世界第三。與其他行業(yè)相比，水運(yùn)行業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)更難準(zhǔn)確獲取，這主要是因?yàn)榇坝秃挠?jì)量監(jiān)測(cè)難度高、數(shù)據(jù)量龐大,且在航行過程中受氣候條件、船舶工作周期、航行特點(diǎn)等因素影響，能耗量及碳排放量存在一定波動(dòng)性，因此在船舶二氧化碳排放數(shù)據(jù)收集、基線設(shè)訂及排放量監(jiān)控等方面難度較高。

根據(jù)IPCC的定義，任何行業(yè)在計(jì)算其二氧化碳排放量時(shí)都存在一定的不確定性，主要是由數(shù)據(jù)缺乏代表性、統(tǒng)計(jì)隨機(jī)取樣誤差、測(cè)量誤差等原因引起的，不確定性估算是一份完整的溫室氣體排放清單的基本要素之一[1 - 3]。在我國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)建設(shè)中，在MRV階段，北京等地區(qū)的重點(diǎn)排放企業(yè)被要求計(jì)算其二氧化碳排放量的不確定性[4]。由于水運(yùn)行業(yè)沒有納入全國(guó)碳排放權(quán)交易，尚未有針對(duì)船舶碳排放計(jì)算二氧化碳的不確定性的案例，因此，本文嘗試采用IPCC提出的不確定計(jì)算原則，提出船舶二氧化碳排放不確定性的計(jì)算方法和案例分析。

對(duì)不確定性的分析和控制可以提升對(duì)水運(yùn)行業(yè)二氧化碳排放量計(jì)算的準(zhǔn)確度，確定現(xiàn)有船舶能量利用薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)于提高船舶的能源利用水平具有重要意義。

1 船舶二氧化碳排放量計(jì)算的不確定性分析

根據(jù)IPCC的定義，不確定性主要包括與活動(dòng)數(shù)據(jù)相關(guān)的不確定性和與排放因子相關(guān)的不確定性。

1.1 活動(dòng)數(shù)據(jù)不確定性

活動(dòng)數(shù)據(jù)即船舶燃油消耗水平，對(duì)船舶碳排放來(lái)說，活動(dòng)數(shù)據(jù)不確定性主要來(lái)自于：

1）計(jì)量設(shè)備如量油尺、容積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生的計(jì)量誤差；

2）船員對(duì)燃油密度進(jìn)行修正產(chǎn)生的不確定性；

3）燃料的錯(cuò)誤分類及缺乏數(shù)據(jù)完整性。

船舶燃油體積計(jì)量主要采用油艙監(jiān)控和流量計(jì)2種計(jì)量方式：1）油艙監(jiān)控。通過艙容表和量油本計(jì)算吃水差（Trim）、橫傾角（Heel）及燃油體積，即先由船員監(jiān)測(cè)油艙深度（或空距），再以油艙深度（或空距）為引數(shù)，查吃水差修正表，或查橫傾修正表，再查艙容表得出燃油體積。2）流量計(jì)計(jì)量。目前我國(guó)絕大部分船舶安裝的是容積式流量計(jì)，每艘船上配備的容積式流量數(shù)據(jù)與船型有關(guān)，例如一艘超大型油輪VLCC船配備的流量計(jì)有5個(gè)，分別為主機(jī)1個(gè)、副機(jī)2個(gè)、鍋爐2個(gè)，分別計(jì)量主機(jī)燃油消耗量、副機(jī)燃油消耗量、鍋爐燃油消耗量。因此，由于油艙監(jiān)控的復(fù)雜性、容積流量計(jì)的安裝數(shù)量和覆蓋范圍，不可避免會(huì)產(chǎn)生活動(dòng)數(shù)據(jù)的不確定性。

由于燃油計(jì)量的結(jié)果是燃油體積，體積折算成重量需要乘以密度，因此需要對(duì)燃油做密度修正。燃油密度與溫度呈線性關(guān)系，且燃油供應(yīng)單BDN上只有標(biāo)準(zhǔn)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)密度，因此做燃油密度修正時(shí)需要將標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換為油艙實(shí)際溫度下的燃油密度。船舶燃油溫度通常是：對(duì)接觸海水且沒有加熱的油艙采用海水溫度作為該艙的油溫，對(duì)空氣包圍的且沒加熱的油艙采用氣溫作為該艙的油溫，日用柜、沉淀柜一般都配有溫度計(jì)可直接讀取溫度；如果對(duì)溫度沒有測(cè)量，將根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)溫度。因此，對(duì)燃油密度的修正也會(huì)帶來(lái)活動(dòng)數(shù)據(jù)的不確定性。

1.2 排放因子的不確定性

二氧化碳排放因子主要取決于燃料的碳含量。對(duì)船舶來(lái)說，排放因子的不確定性主要來(lái)自于：

1）區(qū)別國(guó)內(nèi)和國(guó)際燃料消耗的難度帶來(lái)的不確定性；2）燃料構(gòu)成的不確定性；3）不同供油方的燃油雜質(zhì)含量及含水量；4）船舶使用年齡分布；5）燃燒條件（氣候，海拔）和行駛方法的不確定性；6）燃燒后排放控制技術(shù)應(yīng)用率的不確定性（如催化劑）；7）作業(yè)溫度 （N2O）的不確定性。

由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 8217-2010船用燃料油規(guī)格》和我國(guó)的《GB/T 17411-2012船用燃料油》均未對(duì)船用燃料油的熱值和含碳量做出規(guī)定，且由于國(guó)內(nèi)船舶燃料油交易具有靈活性（我國(guó)船舶燃料油的價(jià)格完全由市場(chǎng)來(lái)決定，不同于柴油、汽油是由發(fā)改委定價(jià)的），因此，煉油廠的煉油廠工藝不同，有的是用煤焦油調(diào)的燃料油，有的是用石油烴調(diào)的燃料油，生產(chǎn)的燃料油的熱值、含碳量也有一定的差異。燃油檢測(cè)通常也只檢測(cè)的是8217中規(guī)定的17項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)17項(xiàng)指標(biāo)之外的物質(zhì)含量通常不檢測(cè)，從船上BDN和油品化驗(yàn)單，并不能準(zhǔn)確估算出燃油含碳量。

因此，由于缺乏統(tǒng)一的含碳量標(biāo)準(zhǔn)，各型號(hào)油品的熱值和含碳量差異也無(wú)法具體量化，行業(yè)上統(tǒng)一采用了IMO在2008年MEPC.1/Circ.684通函《船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）自愿使用指南》上提出的轉(zhuǎn)換系數(shù)，即1 t重質(zhì)燃料油完全燃燒時(shí)排放3.1144 t二氧化碳，但這種通用的排放因子并不能代表國(guó)內(nèi)所有船舶的燃燒排放情況，因此在排放因子方面存在一定的不確定性。根據(jù)IPCC的研究，柴油燃料的CO2排放因子的不確定值大約為±1.5%，殘留燃料油的為±3%；非CO2排放的不確定性大得多，CH4排放因子的不確定性可能高達(dá)50%，N2O排放因子的不確定性可能低于缺省值大約40%。

2 不確定性的案例計(jì)算

2.1 IPCC 提出的不確定性量化原則

IPCC提出，不確定性量化過程采取誤差傳遞公式進(jìn)行估算。當(dāng)不確定量由加法合并時(shí)，總和的標(biāo)準(zhǔn)偏差為相加量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方之和的平方根，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差都以絕對(duì)項(xiàng)表示：

其中：Utotal1 為所有量的總和的百分比不確定性；xi和Ui分別為不確定量及其相關(guān)的百分比不確定性。

當(dāng)不確定性量用乘法合并時(shí)，應(yīng)用同一規(guī)則，但標(biāo)準(zhǔn)偏差表示為適當(dāng)平均值的分?jǐn)?shù)：

其中：Utotal2為所有量的乘積的百分比不確定性；Ui為與每個(gè)量相關(guān)的百分比不確定性。

2.2 船舶二氧化碳排放量計(jì)算及其不確定性水平

以某集裝箱輪為例，2016年其全年的航行里程及油耗量見表1。

表1 某集裝箱輪 2016 年航行里程及油耗值Tab.1 Shipping Kilometer and Fuel Consumption of XX Ship

經(jīng)計(jì)算，該輪2016年二氧化碳排放總量82 495.9 t，計(jì)算不確定性為3.2%1。具體計(jì)算過程如表2所示。

3 不確定性的主要控制措施

從船舶管理現(xiàn)狀角度分析，針對(duì)船舶二氧化碳排放量的不確定性，可以從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)管理：

1）更新計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，完善計(jì)量器具配置

由于目前船舶燃油計(jì)量仍屬于石油計(jì)量范疇，沿用的是石油計(jì)量方法和石油計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)《ISO-91/1石油計(jì)量表》，與計(jì)量容積大的石油相比，這種計(jì)量方法對(duì)船舶燃油來(lái)說略于粗略，行業(yè)上需要從計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的角度完善船舶燃油計(jì)量。

表2 排放量計(jì)算及不確定性分析Tab.2 Emission Calculation and Uncertainty Analysis

目前國(guó)內(nèi)新船已經(jīng)按《JTT12-2004 運(yùn)輸船舶油耗計(jì)量?jī)x表配備技術(shù)要求》配備了流量計(jì)，但老船未對(duì)主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐單獨(dú)配備燃油計(jì)量器具，應(yīng)進(jìn)一步完善船舶計(jì)量器具的配置。同時(shí)，應(yīng)逐步將傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)更新為質(zhì)量流量計(jì)。由于質(zhì)量流量計(jì)可以直接測(cè)出燃油質(zhì)量，而不是通過測(cè)量體積再乘以密度后得出燃料重量，監(jiān)測(cè)精度較高。但由于其價(jià)格昂貴，目前我國(guó)絕大部分船舶安裝的都是容積式流量計(jì)，目前只有少數(shù)幾家大型船公司為部分船舶安裝了質(zhì)量流量計(jì)。

2）加強(qiáng)燃油管理，降低燃油損失

加強(qiáng)船舶燃油管理，按照燃油的加裝計(jì)劃、航線情況，合理使用或調(diào)整各油艙的存油量，盡量避免大量的不同品質(zhì)的燃油摻混，避免燃油不相溶產(chǎn)生沉淀。燃油加裝后要合理安排使用，不能在船保留太長(zhǎng)時(shí)間，防止其老化和變質(zhì)，影響使用效果。

加強(qiáng)對(duì)船舶分油機(jī)、加油及駁油管路、流量計(jì)的定期檢查校驗(yàn)，提高設(shè)備管理水平，降低以下方面的燃油損失：分油機(jī)跑油造成的損失；分油機(jī)排渣造成的損失；每次加裝燃油時(shí)造成的損失；流量計(jì)誤差造成的損失；燃油混艙后造成分油機(jī)出渣率增加造成的損失；主機(jī)、副機(jī)、鍋爐故障（燃燒不良）造成的損失；焚燒爐使用時(shí)，由于頻繁點(diǎn)火、甚至輕油伴燃造成的輕油消耗。

3）加強(qiáng)燃油計(jì)量管理，提高能耗統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化水平

燃料油由企業(yè)選定的多個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行供應(yīng)。一級(jí)計(jì)量器具為供油船流量計(jì)，由供應(yīng)商提供，應(yīng)在加裝燃料油前確認(rèn)流量計(jì)的有效性。每艘船舶的燃料艙都配有量油尺和艙容表，艙容經(jīng)船級(jí)社審批，每次對(duì)供應(yīng)商供應(yīng)的燃油的加裝量由船舶、供應(yīng)商雙方確認(rèn)簽字，必要時(shí)聘請(qǐng)有資質(zhì)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行量油檢測(cè)，并出具報(bào)告。當(dāng)輪機(jī)長(zhǎng)確認(rèn)船舶需要加油時(shí),通知供貨商,以雙方互派監(jiān)督員確認(rèn)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),加油偏差量控制在一定范圍內(nèi),雙方確認(rèn)加油單時(shí)如出現(xiàn)爭(zhēng)議，雙方互相妥協(xié)并商定加油量。

由于船舶吃水差和橫傾角的準(zhǔn)確度都會(huì)影響查算燃油體積的精度，所以測(cè)量燃油時(shí)應(yīng)排除影響測(cè)量精度的干擾因素。船舶航行特別是在淺水區(qū)域航行、裝卸貨、排放/壓入壓載水、船吊移動(dòng)等會(huì)引起船舶吃水差和（或）橫傾角的變化，因此應(yīng)把握最佳的燃油測(cè)量時(shí)機(jī)，選擇吃水差和橫傾角變化小且不影響船舶正常作業(yè)的時(shí)間段，應(yīng)盡量降低由各艙溫度、船舶搖晃、油渣估算等因素引起的測(cè)量誤差。

企業(yè)應(yīng)逐步提高能耗統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化水平，建立能耗信息系統(tǒng)平臺(tái),進(jìn)行燃油消耗的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)，逐步用自動(dòng)化手段替代人工摘錄方式,提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性,提高船岸油耗數(shù)據(jù)的同步效率。根據(jù)油渣量及水分進(jìn)行耗油量修正時(shí)，采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行修正，降低船員直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷修正系數(shù)。