顧偉紅 徐瑞華

（上海海事大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院1） 上海 201306） （同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院2） 上海 201804）

0 引 言

2009年國際海事組織（IMO）發(fā)布關(guān)于船舶溫室氣體排放的第二份研究報(bào)告（以下簡稱《2009研究報(bào)告》）［1］，數(shù)據(jù)表明，1990～2007年間，全球海運(yùn)溫室氣體排放平均年遞增3.75%.如果不采取任何政策或措施，2050年海運(yùn)溫室氣體排放量可能會較2007年排放水平增長2～3倍.為應(yīng)對全球氣候變化，保護(hù)環(huán)境，航運(yùn)業(yè)自身降低碳排放要求強(qiáng)烈.

目前，海運(yùn)業(yè)溫室氣體減排問題的談判在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》以及國際海事組織這2個框架下同時進(jìn)行.其中國際海事組織擬對國際海上運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放采取包括技術(shù)、營運(yùn)和市場機(jī)制方面的一系列措施加以限制，國際海運(yùn)業(yè)減排壓力驟然上升.

本文研究了影響海運(yùn)溫室氣體排放量的因素，采用情景模擬預(yù)測法，對2020～2050年中國國際海運(yùn)溫室氣體排放量進(jìn)行預(yù)測，揭示了中國國際海運(yùn)溫室氣體排放量發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，該結(jié)果可以為評估中國在可能實(shí)施的國際海運(yùn)溫室氣體減排市場機(jī)制中的成本提供依據(jù).

1 影響海運(yùn)溫室氣體排放量的因素

自船舶排放的溫室氣體主要來源于4個途徑，即船舶廢氣排放、所載運(yùn)貨物的排放、制冷劑的排放以及其他排放.IMO《2009研究報(bào)告》稱CO2是海運(yùn)溫室氣體中的主要成分，占整個海運(yùn)溫室氣體排放的96%.所以本文主要以CO2排放為主要研究對象.

測量溫室氣體排放的最常用的方法學(xué)是把有關(guān)人類活動發(fā)生程度的信息（稱作“活動數(shù)據(jù)”）與量化單位活動的排放量或清除量的系數(shù)結(jié)合起來［2］（這些系數(shù)稱作“排放因子”）.因此，基本方程為

在海運(yùn)部門，燃料消費(fèi)量構(gòu)成活動數(shù)據(jù)，而每單位被消耗燃料排放的CO2的質(zhì)量作為一個排放因子加以計(jì)算.可見，一定時期內(nèi)海運(yùn)溫室氣體排放量與海運(yùn)燃油消耗量及所用燃料種類有關(guān)，而燃料消耗量取決于海運(yùn)運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量和船舶能效.其相互間的關(guān)系為

研究數(shù)據(jù)表明，海運(yùn)運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量與經(jīng)濟(jì)增長高度相關(guān).1992～2008年間，世界經(jīng)濟(jì)GDP年均增長率為2.94%，同期世界海運(yùn)年均增長率為4.04%（見圖1）.船舶運(yùn)輸量取決于國際貿(mào)易對海上運(yùn)輸?shù)男枨?，它和一定時期內(nèi)國際經(jīng)貿(mào)活動的規(guī)模以及運(yùn)輸需求在不同運(yùn)輸方式之間的分配有關(guān).具體而言，國際經(jīng)濟(jì)活動、原材料的地理分布、最終消費(fèi)和生產(chǎn)組織決定了運(yùn)輸需求的流量和流向；海運(yùn)運(yùn)輸成本、運(yùn)價以及它在多種運(yùn)輸方式中的競爭能力決定了它從總運(yùn)輸需求中得到的份額.

圖1 世界海運(yùn)量增長率與世界經(jīng)濟(jì)增長率的對比

船舶能效取決于船舶設(shè)計(jì)能效和船舶營運(yùn)組織能效這2個因素.船舶設(shè)計(jì)能效與船舶類型（例如，船舶發(fā)動機(jī)類型，船體大小和形狀）及各種節(jié)能技術(shù)的采用有很大關(guān)系，國際海運(yùn)界有關(guān)提高船舶能效的強(qiáng)制性規(guī)定以及實(shí)施時間也是一個非常重要的影響因素；而船舶技術(shù)性能是影響船舶營運(yùn)能效的技術(shù)關(guān)鍵，所以做好船舶的維護(hù)保養(yǎng)工作對于提高船舶能效有很好的保證作用；此外，船東還會根據(jù)運(yùn)輸市場供給狀況（如租金水平）、船隊(duì)規(guī)模以及燃料價格等因素，以降低能耗為目標(biāo)，對現(xiàn)有船隊(duì)在船舶運(yùn)行組織方式、營運(yùn)航速以及航線配船等方面尋求最佳的配置.

圖2歸納了影響船舶CO2排放的主要因素及其與排放量之間的直接或間接的關(guān)系.

2 海運(yùn)溫室氣體排放情景模擬預(yù)測法

由于對2013～2050年海運(yùn)溫室氣體排放的估測是一個非常長的時期，很多因素?zé)o法確定，因此采用情景模擬預(yù)測法來預(yù)測.情景模擬預(yù)測法是全球應(yīng)對氣候變化排放預(yù)測研究中常用的方法，該法首先預(yù)設(shè)計(jì)未來可能出現(xiàn)的、有代表性的社會經(jīng)濟(jì)活動場景，然后結(jié)合燃料性質(zhì)和能源效率水平，對這些場景下可能的溫室氣體排放進(jìn)行預(yù)測.

圖2 影響海運(yùn)溫室氣體排放量的因素

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在其《2000年IPCC排放情景特別報(bào)告》［3］（以下簡稱《IPCC SRES》）中公布了一組新的情景設(shè)計(jì)用以更好地描述未來全球環(huán)境變化，這組情景具體標(biāo)記為 A1，A2，B1和B2（見表1），分別代表了未來經(jīng)濟(jì)全球化還是區(qū)域化發(fā)展、以發(fā)展經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向還是以環(huán)境保護(hù)為導(dǎo)向的幾種可能的模式組合，在這個設(shè)計(jì)中主要考慮了人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、能源、土地使用和農(nóng)業(yè)狀況等因素.

表1 IPCC排放情景特別報(bào)告中的情景設(shè)計(jì)

其中，情景A1代表著一個經(jīng)濟(jì)增長非?？斓奈磥硎澜纾蛉丝谠诒臼兰o(jì)中葉，即2050年，達(dá)到高峰之后開始下降，迅速引進(jìn)新的和更有效的技術(shù)；以經(jīng)濟(jì)、文化的融合和能力建設(shè)為發(fā)展主題，人均收入地區(qū)差異大幅減少；在這個世界里，人們追求個人財(cái)富，而不是環(huán)境質(zhì)量.根據(jù)未來可能的化石能源需求狀況，又將A1情景族進(jìn)一步劃分為3種情景：分別代表化石燃料加強(qiáng)型A1FI情景、非化石燃料占主導(dǎo)地位的A1T情景以及能源平衡的A1B情景.

情景A2.一個極不均衡的世界，經(jīng)濟(jì)發(fā)展面向區(qū)域，自給自足，保持當(dāng)?shù)靥厣?；各地域間生產(chǎn)力方式的趨同異常緩慢，人口持續(xù)增長；與其他情景相比，經(jīng)濟(jì)增長較為分散而緩慢.

情景B1.一個趨同的世界，有著與A1故事情節(jié)中一樣的全球人口數(shù)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向服務(wù)和信息經(jīng)濟(jì)迅速轉(zhuǎn)變，材料強(qiáng)度降低，并引進(jìn)清潔和資源高效的技術(shù).

情景B2.一個著力于尋找關(guān)于經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)?shù)氐慕鉀Q方案的世界，不斷增加的人口（低于情景A2）以及中等的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r.

對中國國際海運(yùn)溫室氣體排放的預(yù)測將根據(jù)《IPCC SRES》中設(shè)置的6種經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景，預(yù)測中國國際海運(yùn)周轉(zhuǎn)量，再結(jié)合船舶規(guī)模效益以及船舶技術(shù)能效進(jìn)步因素，預(yù)測2020～2050年中國國際海運(yùn)溫室氣體的排放軌跡.

3 主要參數(shù)的確定

3.1 中國國際海運(yùn)運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量

1）基于世界海運(yùn)同步增長水平的周轉(zhuǎn)量預(yù)測 IMO《2009研究報(bào)告》就6種模擬情景下未來世界海運(yùn)周轉(zhuǎn)量進(jìn)行預(yù)測，在這6個情景中，A1B情景下未來海運(yùn)周轉(zhuǎn)量增長最快，年增長率為3.3%；B2情景下未來海運(yùn)周轉(zhuǎn)量增長最緩慢，年增長率為2.7%.

本文假定中國國際海運(yùn)周轉(zhuǎn)量年增長速度與全球海運(yùn)運(yùn)輸需求同步增長，也就是說采用IMO 6種情景下的海運(yùn)增長率作為中國國際海運(yùn)運(yùn)量增長率（見表2），表中基準(zhǔn)值是它的平均值，高、低值分別是某種情景下可能出現(xiàn)的最高和最低增長率.

2）基于中國經(jīng)濟(jì)增長速度的周轉(zhuǎn)量預(yù)測第2種預(yù)測中國國際海運(yùn)周轉(zhuǎn)量的方法是依據(jù)中國國際海運(yùn)量與中國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)測得中國國際海運(yùn)的發(fā)展與中國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在著高度相關(guān)性，如模型（3）所示.

式中：Qc為中國國際海運(yùn)運(yùn)輸量；GDPc為中國國民生產(chǎn)總值.

參照清華大學(xué)能源所2011年提出的未來中國國民生產(chǎn)總值的預(yù)測值，2010～2020年期間年均增長9%，2020～2035年期間年均增長6%，2035～2050年期間年均增長3.8%，根據(jù)相關(guān)系數(shù)模型（3），計(jì)算得到，2013～2019年期間，中國國際海運(yùn)周轉(zhuǎn)量年均增長率為7.83%，2020～2034年期間為5.23%，2035～2050年期間為3.31%.

3.2 船舶綜合能效

IMO《2009研究報(bào)告》認(rèn)為，基準(zhǔn)情形下，2020年船舶能效可以提高12%，2050年可以提高39%.2007年中國國際海運(yùn)船舶單位能耗值為2.479kg／（kt·km）（根據(jù)文獻(xiàn)［4］的數(shù)據(jù)測得）.按照這個基準(zhǔn)，測得2008～2020年間中國國際船舶能效年均提高1.27%，2020～2050年間船舶能效年均提高1.21%，因此，2020年中國國際海運(yùn)船舶相應(yīng)的單位能耗值為2.181 5kg／（kt·km），2050年為1.512 2kg／（kt·km）.

3.3 燃料碳排放因子

CO2排放因子是基于燃料品種含碳量以及燃料中碳的非氧化份額計(jì)算得到的.國際海運(yùn)船舶主要是由大功率中低速柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動，航行時主要使用殘?jiān)剂嫌停ㄖ赜停?，停泊時主要使用燃料油（輕油）.聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2006年《IPCC優(yōu)良做法指南》中建議采用由勞埃德船級社確定的排放因子，即：重油CO2排放因子為3 130kg／t燃油，輕油的CO2排放因子為3 190kg／t燃油.考慮到海運(yùn)業(yè)在未來幾十年中還不可能大規(guī)模地采用其他清潔燃料，因此，在這個預(yù)測期內(nèi)，仍采用重油作為國際海運(yùn)主要燃油.

4 未來中國國際海運(yùn)業(yè)排放預(yù)測

依據(jù)上文分析，未來中國國際海運(yùn)船隊(duì)CO2溫室氣體排放量將與未來中國海運(yùn)貿(mào)易需求量、船舶能效進(jìn)步水平以及所使用燃料的CO2排放因子有關(guān)，即

下文將依據(jù)模型（4），基于不同情景下的中國國際海運(yùn)增長速度，估算2010～2050年中國國際海運(yùn)業(yè)CO2排放量.

4.1 運(yùn)輸需求平均增長速度下的排放

該情景假設(shè)中國國際海運(yùn)量以世界運(yùn)輸需求平均發(fā)展速度增長.計(jì)算結(jié)果表明，中國國際海運(yùn)CO2排放量2050年之前沒有拐點(diǎn).A1情景下，2020年中國國際海運(yùn)CO2排放量將比2010年增長15%，2050年將比2010年增長111%；而A2，B1和B2情景下中國國際海運(yùn)CO2排放量增長較緩.結(jié)果見表3.

表3 平均增長速度下中國國際海運(yùn)CO2排放量萬t

4.2 運(yùn)輸需求高速度增長下的排放

估算結(jié)果表明，運(yùn)輸需求高速度增長情況下，中國國際海運(yùn)CO2排放量不斷增長，2050年之前沒有拐點(diǎn)，其中，A1T情景下增長速度最大，2010～2050年間平均年增長3.68%，B2情景下平均年增長1.94%.預(yù)測結(jié)果見表4.

表4 高速度增長下中國國際海運(yùn)CO2排放量萬t

4.3 運(yùn)輸需求低速度增長下的排放

運(yùn)輸需求低速度增長情況下，2010～2050年期間，A1情景下中國國際海運(yùn)CO2排放量增幅不大，平均年增長0.1%，A2，B1和B2情景下，海運(yùn)CO2排放量逐年下降，其中B2情景排放水平最低，平均年遞增－0.45%，這是由于運(yùn)輸需求年均增長1%左右，而船舶能效不斷提高所致.預(yù)測結(jié)果見表5.

表5 低速度增長下中國國際海運(yùn)CO2排放量萬t

4.4 中國速度下的排放

考慮到中國經(jīng)濟(jì)增長速度平均高于世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，與經(jīng)濟(jì)高度相關(guān)的國際海運(yùn)發(fā)展速度也是如此.因此，本文測算了基于中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度下的中國國際海運(yùn)溫室氣體排放，結(jié)果顯示其趨勢與世界海運(yùn)高速度發(fā)展下的情景相似（見圖3）.具體而言，2010～2050年間中國國際海運(yùn)CO2排放量平均年增長3.35%，2040年前高于高運(yùn)輸需求下A1T情景的排放量，2040～2050年間發(fā)展速度比高運(yùn)輸需求A1T情景低，結(jié)果見表6.

圖3 中國速度下的相應(yīng)排放量與高運(yùn)輸需求下的預(yù)測值對比

表6 中國速度下中國國際海運(yùn)CO2排放量 萬t

5 結(jié) 論

影響海運(yùn)CO2排放量的主要因素是船舶活動強(qiáng)度、船舶綜合能效和船用燃料的進(jìn)步狀況，其中，中國國際航行船舶活動強(qiáng)度深受世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易發(fā)展水平、中國對外貿(mào)易規(guī)模和格局的影響.由于這些因素與未來社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式密切相關(guān)，因此，本文采用情景模擬的方法研究多種情景下未來中國國際海運(yùn)CO2排放趨勢.

結(jié)果表明，如果運(yùn)輸需求以高速、平均速度以及中國速度這3種情況發(fā)展，2020～2050年中國國際海運(yùn)CO2排放呈不斷增長趨勢，2050年之前沒有峰值；如果運(yùn)輸需求以低速水平發(fā)展，A1情景排放量增長緩慢，平均年增長0.1%，而A2，B1和B2情景下海運(yùn)CO2排放量逐年下降，B2情景排放水平最低，平均年遞增－0.45%.由此可以看出，未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式對海運(yùn)排放的影響很大，改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式，發(fā)展以服務(wù)業(yè)為主、促進(jìn)更多的區(qū)域貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)，改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展對運(yùn)輸?shù)膹?qiáng)烈依賴，將有助于運(yùn)輸業(yè)的減排.

研究結(jié)果還表明，未來中國國際海運(yùn)CO2排放量增長勢頭比世界海運(yùn)更快，減排形勢不容樂觀.以運(yùn)輸高速發(fā)展模式為例，A1T情景下，2020年中國國際海運(yùn)CO2排放量比2007年增加39.3%，2050年將增加355%；而相同經(jīng)濟(jì)模式下，全球海運(yùn)CO2排放量2020年比2007年增長21.6%.如果未來在全球范圍內(nèi)實(shí)施限制國際海運(yùn)CO2排放量的相關(guān)市場機(jī)制，中國國際海運(yùn)業(yè)將承受較大的壓力.

［1］International Maritime Organization（IMO）.Second IMO GHG study.［EB／OL］.https：／／webaccounts.imo.org／Common／.2009.

［2］Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）.2006IPCC Guidelines／Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories.［DB／CD］.2006.

［3］Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC）.IPCC special report on emissions scenarios.［DB／OL］.http：／／www.grida.no／climate／ipcc／emission／

［4］中華人民共和國交通部.公路水路交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2007－2011年各年公報(bào).［EB／OL］.http：／／www.moc.gov.cn／zhuzhan／tongjigongbao／fenxigongbao／hangyegongbao／201104／t20110428 ＿937558.html.2011