低碳经济下船舶航行速度选择研究

低碳经济下船舶航行速度选择研究

宋扬

大连港口设计研究院有限公司 辽宁省大连市 116001

摘要：海运业的碳排放问题越来越引起人们的关注，国际社会也表达了减少海运业碳排放的决心。当前,减速航行是短期内显著减少船舶碳排放的有效措施。但船舶减速后，为了保证服务的频率，需要投入更多的船舶来运输同样数量的货物。为此，本文基于低碳经济下，首先介绍船舶航行限速的背景，并探讨船舶航行限速的意义，最后研究船舶航行速度的选择。

关键词：低碳经济；船舶；航行速度；选择；

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：

导言：

室气体排放引起的全球气候变暖是人类迄今面临的最重大的环境问题．备受国际社会广泛关注。研究报告显示。航运业目前每年排放的CO2超过12亿t，约占全球碳排放总量的4％。因此减少海运业的CO2排放乃大势所趋。在此背景下，必须研究船舶在低碳经济下的最优运行速度。为此，本文就针对低碳经济下船舶航行速度选择展开研究，为航运企业降低营运航速、减少碳排放量的措施和方法。

1 船舶航行限速的背景

随着我国航运经济的蓬勃发展，船公司经营范围和规模不断扩大，同时我国港口扩大建设规模，在沿海内河水域航行船舶流量日益激增，为了保证船舶在港内的航行安全，在很多特定的港内水域中，针对当地水域的具体特点对其船舶航行时的港内航行限速、港内能见度等级、船舶种类吨位、风浪级别、通讯设备等级、航段等方面都有约束。水上交通管理的最终目标是为了增进安全、提高效率、保护环境，而港内船舶航行限制航速是实现水上交通管理目标的重要措施之一。各港口港内水域的交通密度日益增大，船舶港内航速成为影响港内船舶航行安全的重要因素之一。为保证船舶港内的航行安全，在很多港内水域中，根据其港内水域的不同的具体特点，对港内航行的船舶限速进行了不同的量值规定。目前，世界航运发展理念有所转变，同时强调航行安全，航行效率，绿色航行，节能减排相协调。如何适应当今航运发展的绿色安全的理念，合理的规范港口船舶限制航速是十分有必要的。

我国各港口在确定港内船舶航行限速规定时，一般遵循以下步骤：(1)针对主管机关所管辖的港内水域初步确定船舶港内限速方案；(2)对涉及到利益的有关各个方面的部门或机构，咨询意见并对初步确定的方案作进一步的调整；(3)在各个方面均有所考虑，并进行实际的咨询和照顾的前提下，将港内船舶航行限制航速的规定进行公开并执行。因此，我国在如何确定港内船舶航行限速值这个问题上普遍缺乏系统统一的思想方法以及数学方法，同时也缺少规范性的研究，没有准确的指标体系作为修改新的港内限速值的参考。

2 船舶航行限速的意义

2.1 有利于保障水上交通安全

对港内航行船舶进行航速限制的目的，是从港口主管机关的角度，对港口水域的通航船舶进行航速方面的控制，从而达到减少或防止船舶碰撞、搁浅、触礁和浪损等事故发生的效果。对港口水域船舶航行速度的控制，在一定程度上可以增加船舶的驾驶人员对于事故危险发生或紧迫局面产生的反映时间，同样的也增加了操纵港内航行船舶的时间，从而在一定程度上降低了事故以及险情的发生概率，并且对于事故发生后的损失，也有减少的效果。

2.2 有利于保持良好的交通秩序

从表面上来看，对港内航行船舶进行航行速度的控制的结果是对港内水域通航船舶的航行自由进行了限制，也就是说在一定程度上限制了港内水域的通过能力，但该种现象只是对于那些港内水域的通航船舶交通量较为少的情况才适用，因为在没有达到港内水域通过能力的情况下，放开航行的速度的控制，更有利于港内水域提高通航船舶交通量。

2.3 有利于环境保护

对港内水域的通航船舶进行航行速度的控制能够对港内航行的船舶的温室气体以及其他污染排放物进行有效地控制。港内水域与开放性水域相比，水的流动性较差，其自然环境的自我修复能力较为不好，也就是说，若单从经济上考虑，随着港内水域通航船舶的交通量的提高，确实能够提高港口的经济效益，但由于港内水域通航船舶交通量的增加随之带来的污染物的治理确实是从长远角度上讲，各港内水域主管机关所需要关注的问题。合理的限制航速，能减少港口交通密集度，减少交通事故的发生，从而改善港内温室气体含量，降低事故污染源。

3 低碳经济下船舶航行速度选择研究

通过上述探讨了船舶航行限速的背景与意义，下面笔者基于低碳经济下，研究船舶航行速度选择。

3.1以碳排放量最小为目标的船舶航速选择

速度的降低意味着在相同的时间内运送货物的数量会减少，若要保持服务频率，那么将会有两种情况发生：一船舶装载更多的货物来满足运输需求，这可通过提高船舶的货物装载能力或者使用更有效的货物装载技术或者货物包装系统来实现。二更多的船舶加入到航线来满足持续的运输需求而不改变船期表。但是更多的船舶投入将会带来更多的CO₂排放，这将抵消速度降低带来的好处。

在短期内，技术手段使我们很难实现第1种情况，我们就考虑第2种情况。在保持服务频率不变的前提下建立一个以CO₂排放量最小为目标的速度选择模型，即在航速降低带来的单船碳排放量减少和更多的船舶投入营运引起的碳排放量增加之间寻找一个平衡点。

以班轮运输为例，设某航线配船数为n，发船间隔用t间隔，一个往返航次的时间用t往返表示，其取决于往返航行时间及两端港口的装卸时间，即

航线配船数n可以表示为：

可见在保持发船间隔不变的情况下，航线配船数与船舶航行速度呈反方向变化的关系，即航行速度下降，航线配船数必然要增加。

每艘船每天的二氧化碳排放量为

因此n艘船每天的CO₂排放量为

可见，在保持发船间隔不变的情况下，Qn是航速V的函数。简化得：

对速度V求导，得

可见使整个船队CO₂排放量最小的航行速度取决于船舶主机与辅机的的日额定燃油消耗量以及船舶的设计航谏。

上式：K燃为船舶每天的燃油成本，C燃、C柴分

别为燃油和柴油的价格，单位是元／kg。

3.2 考虑到船东利润的船舶航速选择

航运经营者更关心的是船舶经营的收益与成本。诚然，降低航速会使嫩油费用—这个船舶航行中很大的成本项目降低，但是为保证服务频率而增加的配船数会带来船队的资本成本投人的增加和船队经营成本的增加。由于企业生产经营的目标是利润最大化，因此在货运量即营运收人不变的情况下，船东往往会选择一个使总成本最小，即总利润最大的速度营运。

设k固为船舶每天运营的固定成本，包括资本成本、经营成本以及除燃油费之外的航次成本(班轮运输中，货运量不变的情况下，这些成本都可视为固定成本)。

对于同一条航线来说，航线配船数用n表示。假设这些船的大小、规模都相同，每艘船的资本成

本、经营成本也相同，那么n艘船每天的总成本为:

可见，总成本c是航速v的函数，对速度V求导，得

由此我们可得出这样的结论，使船东利润最大化的航速除了与船舶主机与辅机的的日额定燃油消耗量以及船舶的设计航速有关外，还与燃油和柴油的价格以及船舶每天的固定成本支出有关。

4结语

综上可知，为了赢得市场份额，船舶必须选择有竞争力的运输速度。而低航速会带来一些连锁反应。一航速的降低会增加货物在途时间，为了保持服务的频率，船东要投入更多的船舶来运输同样数量的货物。二在某些情况下，经过成本效益的比较，托运人可能会选择其他运输方式替代海运。无论是船东投入更多的营运船舶还是托运人选择其他的运输方式都意味着更多的CO₂排放量。因此我们需要在低航速带来的碳排放量减少和更多的船舶投入营运带来的碳排放增加这两者之间寻找平衡点。

参考文献：

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