全球内河和沿海航运的排放和管理措施Globalinlandwaterwayandcoastalshippingmanagementandemissions清华大学2023年9月TsinghuaUniversitySeptember,2023报告负责人刘欢清华大学环境学院教授技术报告承担单位清华大学环境学院顾问专家组彭传圣交通运输部水运科学研究院纪永波交通运输部水运科学研究院陈东升北京工业大学何卉国际清洁交通委员会(ICCT)纪亮生态环境部机动车排污监控中心于丹阳交通运输部科学研究院李悦交通运输部规划研究院丁焰中国环境科学研究院致谢本研究由清华大学环境学院统筹撰写，由能源基金会提供资金支持。关于清华大学环境学院清华大学环境学院源于清华大学1928年设立的市政工程系。1977年建立中国第一个环境工程专业，2011年在清华大学百年校庆之际发展为环境学院。在最近的数十年中，在教育部、生态环境部、科学技术部等有关部委的大力支持下，环境学院在师资队伍、学科建设、人才培养、科学研究和国际合作等方面取得了优异的成绩。环境学院建立了以环境科学、环境工程、环境管理三大学科方向为基础，涵盖多要素多介质的综合性、交叉型学科体系，下设环境工程系、环境科学系和环境规划与管理系。教师中现有4名中国工程院院士（其中2位为美国工程院外籍院士），教师队伍具有很强的创新能力、凝聚力和团队合作精神，为高水平教学、科研和社会服务工作的顺利开展提供了有力保障。学院建立了“环境模拟与污染控制国家重点联合实验室”、“国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室”等高水平开放式研究机构，长期担任教育部高等学校“环境科学与工程教学指导委员会”和“环境工程专业教学指导分委员会”的主任单位。学院为国家重大环境问题的解决和可持续发展战略的实施提供了技术服务、理论支持和决策支撑，成为环境保护高层次人才培养基地和高水平科学研究中心，在国内外环境保护领域享有很高的声誉。关于能源基金会能源基金会是在美国加利福尼亚州注册的专业性非营利公益慈善组织，于1999年开始在中国开展工作，致力于中国可持续能源发展。基金会在北京依法登记设立代表机构，由北京市公安局颁发登记证书，业务主管单位为国家发展和改革委员会。能源基金会的愿景是通过推进可持续能源促进中国和世界的繁荣发展和气候安全；使命是通过推动能源转型和优化经济结构，促进中国和世界完成气候中和，达到世界领先标准的空气质量，落实人人享有用能权利，实现绿色经济增长。致力于打造一个具有战略眼光的专业基金会，作为再捐资者、协调推进者和战略建议者，高效推进使命的达成。项目资助领域包括电力、工业、交通、城市、环境管理、低碳转型、策略传播七个方面。通过资助中国的相关机构开展政策和标准研究，推动能力建设并促进国际合作，助力中国应对发展、能源、环境与气候变化挑战。除上述七个领域的工作，能源基金会还致力于支持对中国低碳发展有重要影响的综合性议题的研究和实践，并成立了六个综合工作组：中长期低碳发展战略、城镇化、煤炭转型、电气化、空气质量、国际合作。------------------------------报告正文-------------------------------免责声明-若无特别声明，报告中陈述的观点仅代表作者个人意见，不代表能源基金会的观点。能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性，不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。-凡提及某些公司、产品及服务时，并不意味着它们已为能源基金会所认可或推荐，或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。Disclaimer-Unlessotherwisespecified,theviewsexpressedinthisreportarethoseoftheauthorsanddonotnecessarilyrepresenttheviewsofEnergyFoundationChina.EnergyFoundationChinadoesnotguaranteetheaccuracyoftheinformationanddataincludedinthisreportandwillnotberesponsibleforanyliabilitiesresultingfromorrelatedtousingthisreportbyanythirdparty.-Thementionofspecificcompanies,productsandservicesdoesnotimplythattheyareendorsedorrecommendedbyEnergyFoundationChinainpreferencetoothersofasimilarnaturethatarenotmentioned.目录目录..............................................................................................................................1第1章绪论...................................................................................................................11.1研究背景..........................................................................................................11.2研究现状..........................................................................................................21.3研究目标..........................................................................................................81.4研究内容..........................................................................................................8第2章全球内河和沿海船舶排放管理经验研究.....................................................102.1中国篇............................................................................................................102.2欧洲篇............................................................................................................252.3美国篇............................................................................................................492.4对比分析........................................................................................................692.5小结................................................................................................................80第3章内河船舶排放计算.........................................................................................823.1计算方法........................................................................................................823.2中国内河和沿海船舶排放特征分析............................................................953.3长江流域典型航道断面船舶排放特征分析..............................................1093.4长江流域内河船舶排放强度计算..............................................................1223.5长江流域内河船舶排放计算......................................................................130第4章内河和沿海船舶减排潜力评价...................................................................1424.1减排目标及相关政策指导..........................................................................1424.2长江内河船舶碳减排发展路径研究..........................................................1444.3全球其他地区船舶减排路径......................................................................1584.4中国内河和沿海船舶减排方案建议..........................................................163第5章结论与展望...................................................................................................1665.1结论与建议..................................................................................................1665.2展望..............................................................................................................167参考文献....................................................................................................................169第1章绪论1.1研究背景船舶排放的大气污染物主要包括氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等[1]。每年船舶排放的温室气体约占全球总排放的3%，CO2、NOx排放分别占全球化石燃料燃烧的2%、15%左右，SO2排放占人为源排放的4%-9%[2]。水运排放对全球硫沉降的贡献占据了全部排放来源的大概5%，贡献了约3%的陆地硫沉降[3]，这一比例在水运发达、船舶活动频繁的地区更高，该类地区的土壤和地表水的酸度和氮含量将会提高，生态环境平衡遭到破坏，优势种群可能发生改变[4]。船舶排放和气候变化之间的联系较为复杂，是多种污染物的复合影响结果，NOx、SO2可能导致气候变冷，而CO2则会导致气候变暖，因此航运可能会在短期内促进气候变冷，而在更长时间尺度上推动全球变暖[5]。除了气候和生态影响，船舶排放还会对人群健康产生影响。船舶排放的大气污染物会随大气运动扩散到沿岸居民生活区，对公众产生潜在健康隐患。据统计，东亚地区的船舶排放可能造成了每年1.45-3.75万人的过早死亡[6]。在航运体系中，内河航道多临近或流经人口居住区，对公众的影响更大，研究表明，内河船舶是航运对城市空气质量影响的主要贡献者，上海市航运来源的PM2.5的40%-80%均来自于内河船舶[7]。中国拥有世界上最繁忙的内河水运系统，世界上年货运量最高的三条河流均位于中国，分别是长江、珠江、京杭运河[8]。2022年全国内河等级航道通航里程达6.75万公里，拥有内河运输船舶10.95万艘，净载重量1.52亿吨，全年内河货运量44.02亿吨，内河货物周转量19025.73亿吨公里[9]。如此大体量的内河水运带来的是高排放和高减排潜力，为此，建立清单评估船舶排放和探究内河船舶减排潜力是有必要的。近年来，中国政府将碳达峰、碳中和作为国家重大战略目标，习近平总书记在第七十五届联合国大会、气候雄心峰会上先后做出重要承诺，宣布中国二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年实现碳中和。2021年10月25日，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达1峰碳中和工作的意见》（以下简称《意见》），并就加快推进低碳交通运输体系建设作出部署。《意见》明确了优化交通运输结构、推广节能低碳型交通工具的具体举措。内河和沿海航运作为水路运输最重要的组成部分，近年来成为国家水路运输实现低碳、绿色发展的重要内容。《国家综合立体交通网规划纲要》明确指出内河水运要充分发挥其在“6轴7廊8通道”综合立体交通网主骨架中的通道作用。《绿色交通十四五发展规划》，明确提出要“深入推进大宗货物及中长距离货物运输“公转铁”“公转水”。以上都表明，我国内河和沿海航运无论从现状还是从未来规划而言，都将在国家交通网络中发挥重要作用，而且呈现良好的发展趋势。航运的快速发展必然带来排放量的增加，如何实现航运尤其是沿海及内河航运的绿色低碳发展，是未来航运高质量发展面临的挑战。围绕全球沿海及内河航运的绿色低碳发展，探索全球沿海及内河航运排放管理模式及研究方法，分析全球沿海及内河航运的排放现状，探索适应于中国特色的船舶排放控制路径是十分有必要的。1.2研究现状1.2.1船舶排放清单研究现状建立船舶大气污染物排放清单是评估船舶排放影响的重要基础，基于清单对水运排放的时空特征进行分析，进而展开排放控制措施的评价和减排路径的探索，为实际政策制定和脱碳减排奠定基础。最早的排放清单计算探索可以追溯到上世纪末，美国环境保护署对船舶排放因子和船舶发动机功率展开了研究，建立了船舶活动水平和排放因子数据库[10]。目前的船舶排放清单建立方法主要包括四种：燃油法、贸易法、统计法、动力法[11]。燃油法是自上而下的计算方式，通过船舶燃油的消耗量和燃油排放因子计算得到总体的船舶排放情况，计算公式如式（1.2-1）所示。由于没有对船舶单体进行分析，不考虑船舶实际运行状态差异，计算结果较为粗糙，在NOx、PM等污染物排放水平和排放的空间分布上较真实情况有较大差异[12]。因此目前燃油法主要用于估算大空间尺度的船舶排放，获得该区域大致的排放水平。如果2要对区域内部的空间分布进行进一步分析，一般是基于船舶流量数据对估算得到的排放总量进行空间分配。𝐸p=∑j(𝐹×𝐴j)×EFp,j×103式（1.2-1）其中：𝐸p，船舶排放的污染物p的年排放量，单位：吨/年；F，燃油年消耗量，单位：吨/年；𝐴j，第j类船舶在所有船舶中的百分比，单位：%；EFp,j，基于燃料的第j类船舶排放的污染物p的排放因子，单位：克/千克；当计算NOx排放时，通常基于发动机类型对船舶进行分类，而计算SOx的排放时，通常基于燃料进行分类。这与二者的形成机制有关。贸易法是根据贸易对之间的水路货物运输等数据，利用经验给出假设和参数取值，将贸易和排放联系起来，进行船舶排放计算。该方法对数据的要求较低，可以基于经验对数据缺失较严重的地区进行评估假设，但准确性受限于数据完整性和经验假设准确性。Streets等人基于港口货物周转量，结合典型航运参数，估算了亚洲水域国际航运的SO2排放量[13]。近些年也有研究基于AIS系统进一步建立了贸易和船舶排放的关系，基于voy-SEIM和GTMS模型进行高精度计算，并将排放分配到贸易商品和贸易国上，对全球交易和运输市场减排提出建议[14]。统计法是一种自下而上的方法，基于船舶静态数据和船舶活动水平来估算排放量，采用船舶静态统计数据，如船舶进出港艘次，结合船舶类型、发动机功率、运行工况、排放因子等数据，进行船舶排放的计算，一般计算公式如式（1.2-2）所示。统计法由每艘船舶的数据合并到一个船队或一类船舶，进而统计出总体的排放清单，因此这种方法可以较好地体现单船差异，精细化程度也相较于之前两种方法更高。但这种方法仍然无法真正模拟船舶实际运行情况。𝐸p=∑j𝑃×LFj×EFp,j×𝑇j×10−6式（1.2-2）其中：𝐸p，船舶排放的污染物p的排放量，单位：吨；P，船舶主机的连续运转功率，对每艘船舶来说是固定值，单位：千瓦；LFj，第j类船舶的平均航行负载；3𝑇j，第j类船舶的航行时间，单位：小时；EFp,j，基于发动机功率的第j类船舶排放的污染物p的排放因子，单位：克/千瓦时。2003年Corbett等人基于劳氏海事信息系统中的船舶注册信息建立全球远洋船舶的排放清单[15]。同年Endresen等基于美国船只自动化互助救助系统中的船舶数据建立了全球远洋船排放清单[16]。2007年Wang等人建立了STEEM模型，基于往返于北美港口的1.72万艘船舶的活动水平数据建立了北美船舶排放清单，后又基于该模型更新了全球船舶排放清单，提高了清单的空间分辨率[17]。动力法和统计法一样是自下而上，利用船舶活动水平和船舶静态数据进行排放计算，但是动力法的分辨率更高，利用AIS信号或其他实时监测数据，获取实时的船舶动力信息，确定船机功率、运行工况等参数，进而建立排放清单，计算公式如式（1-3）所示。由于动力法和船舶实际运行情况紧密联系，是目前分辨率最高的一种排放计算方式，也是近些年学界广泛采用的方式。𝐸i,p=∑j𝑃i×LFi,j×EFp,i×∆𝑇i,j×10−6式（1.2-3）其中：𝐸p，船舶i排放的污染物p的排放量，单位：吨；𝑃i，船舶发动机的额定功率，单位：千瓦；LFi,j，船舶i在工况条件j下的主机负载因子；∆𝑇i,j，船舶i在工况条件j下的的航行时间，单位：小时；EFp,j，船舶i排放的污染物p的排放因子，单位：克/千瓦时。按照对船舶动力数据的不同处理方式，动力法又分为集计法和非集计法。集计法先将统计每艘船舶在不同工况下的航行时间，再进行计算，然后利用集计的网格化AIS信号强度进行空间分配。而非集计法则是逐个信号分析计算，得到单艘船舶的瞬时排放，再依据不同计算目标进行累计，得到不同船型、不同空间范围、不同时间尺度的船舶排放。2009年，Jalkanen等人首次用基于AIS信号的动力法进行船舶排放清单计算，建立了第一代船舶交通排放评估模型STEAM，以此为基础得到了波罗的海2007年的船舶排放清单[18]。目前该模型已更新至第三代，于2017年建立了2015年的全球高时空分辨率船舶排放清单[19,20]。42020年国际海事组织IMO发布的第四次温室气体报告基于AIS动力法，加入了对航程的考虑，对2012年-2018年全球船舶排放清单进行了计算，是目前国际上最权威的船舶排放清单之一[21]。1.2.2岸电减排效益评价船舶污染控制措施主要分为运行控制和技术控制。技术控制包括了对船体设计的优化、船舶发动机的设计优化以及燃料技术（新能源使用和燃油硫含量控制）[22]。运营措施包括优化船舶航线、航速控制[23]、船体维护、关闭辅机等。船舶使用岸电进行减排就是通过控制在港期间辅机运行时间来减少排放。目前多项国际研究都对岸电减排效益进行了分析，各国也推进岸电建设和使用来减少在港船舶的排放。2007年美国AAPA发布的远洋船舶岸电使用白皮书对低硫油和岸电的减排效益进行了比较[24]。将船用燃料从高硫油换成低硫油，可以减少排放10%的NOx、18%-65%的PM10和45%-96%的SO2。使用岸电船舶停靠在港口几乎没有排放，如不考虑火电厂的排放，只讨论港口区域，假设船舶靠港95%的时间使用岸电，则大气污染物的降低率为95%。低硫油相较于以往2.7%硫含量的燃料油可以大幅度的降低船舶的SO2和PM10排放，但是NOx降低得很少，而使用岸电时SO2、PM10和NOx都会有大幅度降低。2012年，莱茵河航运委员会对未来可能发展的几项船舶技术和管理措施进行了减排潜力计算，其中岸电的减排潜能在0-5%CO2/吨公里，岸电和船倾优化、船闸通道优化、港内航行几项运行措施的组合减排潜能在5-15%CO2/吨公里[25]。2016年，Vaishnav等人通过假设污染物的社会成本，结合空气质量模型，计算了岸电使用的社会影响，结果显示，通过对四分之一至三分之二停靠在美国港口的船舶改造，可以实现每年0.7-1.5亿美元的空气质量效益，并且这种好处可以在不给社会带来净成本的情况下产生[26]。大部分研究认同岸电的减排效益，多国政府也采取了政策和技术手段推进岸电建设和使用。但也有研究认为，岸电可能带来排放的增加。印度一份依据本土排放因子开展的研究显示，靠港船舶使用的能源从高硫油转向岸电，PM2.5的净排放量将下降46%，NOx排放量将下降84%，但SO2和CO2排放量将分别增加240%和17%[27]。这是印度火电的高硫排放特征导致的，结合经济效益分析，研究者不建议印度政府推进岸电建设。5岸电使用带来的大气污染物减排实质是将污染物从交通行业转移到发电业。Hall等人对全球各地区2010年的岸电使用带来的减排效益进行了分析，指出中国如果实施岸电，则可能会使靠泊船舶的CO2排放量增加近40%，SO2排放达992克/千瓦时[28]，因为当时的中国严重依赖化石燃料，特别是品质不高的煤炭来发电，电力来源远不如燃油清洁。然而，也有研究指出，这并不意味着这些火电不够清洁的国家或地区不应该使用岸电[29]，因为岸电一个很大的优势是将污染物从港口地区等人口密集地区转移到发电厂通常所在的更偏远地区。因此，尽管某些污染物总数上可能有增加，但岸电将降低这些人口密集地区的健康影响等显性损害。当火电排放较高时岸电的使用仍存争议，但考虑到中国目前电力清洁化，排放因子有所下降，岸电的减排效益将更加凸显。交通运输部水运科学研究院2019年发布的《靠港船舶使用岸电和低硫油效益分析》就证明了这一点。报告使用本土化的电力和燃油排放因子，对岸电和燃油的经济效益、社会效益进行了评价。结果显示，即便考虑了火电排放，船舶靠港使用岸电的大气污染物排放也远低于船舶使用燃油。和低硫油相比，船舶排放的SOx降低率可达81.4%-87.9%，NOx降低97.4%-98.3%，PM降低77.1%-85.1%。和普通燃料油相比，大气污染物排放可降至原来的四分之一左右。除了降低大气污染物的排放，岸电使用还比燃油燃烧更节能，可节约7%到39.3%的能量消耗[30]。2012年针对台湾高雄港的一项研究，基于统计法进行了百分百使用岸电情况下的船舶减排情景评价，结果显示，可以减少49.2%的NOx、63.2%的SO2和39.4%的PM排放。此外，温室气体排放量也将下降，CO2减少57.2%，HC减少29.2%[31]。2015年国际清洁交通委员会ICCT的一份报告采用统计法，基于AIS船舶数据和集装箱船的测试数据，评估了深圳地区岸电使用控制港口空气污染的潜力[32]。报告证实了岸电的减排潜力是可观的。由于缺乏集装箱船以外船型船舶的准确排放数据，报告只使用了集装箱船舶的排放因子。对厦门港的一项船舶排放清单计算中，将岸电使用纳入了清单计算公式中，根据厦门港口管理局提供的靠港船舶岸电量使用数据，结合燃油排放因子，估算污染物减排量[33]。清单计算采用了AIS动力法，但对岸电的考虑还是停留在较为粗糙的排放因子计算上，没有考虑船舶工况。6可以看到目前大部分关于岸电的减排效益的研究只评价了岸电使用和火电在排放因子上的区别，或者是根据排放因子进行较为粗糙的计算和评价，没有依据岸电使用在船舶工况中的实际情况进行岸电使用减排的分析和计算，也没有结合中国内河水运发展情况，对未来岸电建设和使用对船舶减排潜力展开计算和分析。1.2.3船舶减排潜力研究目前关于船舶减排潜力的研究主要包括脱碳路径的探索和政策的评价。IMO于2011年发布船舶能效管理规划时就进行了未来减排路径的评估分析，考虑了船队增长、燃料价格、法规实施情况等因素，对2030年的全球船舶减排进行了预测[34]。在2020年的第四次温室气体报告中，IMO基于RCP2.6情景，预测了全球海运的碳排放将从2018年的10亿吨增加至2050年的10-15亿吨[21]。ICCT于2022年发布的一份关于中国沿海船舶排放脱碳路径探索的报告设置了三个情景，以2019年的船舶活动水平和排放情况为基准，对2060年的碳排放做出预测，并提出了可能的减排政策，例如，每五年收紧一次能效标准，推进替代燃料等[35]。交通运输部水运科学研究院在2022年11月发布的《中国内河航运中长期低碳发展路径研究》针对不同政策和组合措施进行了碳排放预测和减排评价[36]。所采用的方法是先利用行驶里程计算燃油消耗，再结合排放因子计算。只考虑了CO2排放，没有考虑其他污染物排放情况。政策评价主要集中在对替代燃料技术的评价。目前船舶使用燃料主要是柴油和船用燃料油，国内外均已通过相关法规对燃料油的硫含量提出限制，进而控制船舶的SOx、PM等污染物排放[37,38]。但低硫油可降低污染物的效果有效。对大气污染排放控制区内船舶发动机的排放监测显示，当大型集装箱船减速进入大气污染排放控制区，使用的燃油从高硫燃料换为低硫燃料，几乎所有测量到的排放物减排量都超过了88%。其中，SO2、PM、颗粒硫酸盐和云凝结核的降低比例可达90%[39]。一研究对河北某港区多艘船舶的排放进行了实测分析，结果显示，在实施转换油政策前后，靠泊船舶对港口周边大气的硫酸盐贡献从35%下降到27%，有显著下降但仍有减排空间[40]。挪威船级社发布的报告《面向2050年的海事展望》对不同情景下2050年散货船的燃料使用市场份额进行了预测[41]。在基准情景也就是非脱碳路径下，7低硫燃油、船用轻柴油和液化天然气LNG将占据船用燃油的主导地位。而在脱碳路径下，碳中性燃料如氨、甲醇、生物燃料、电化LNG等，将占据大部分市场份额。莱茵河水运中央委员会发布的《莱茵河内河水运减排的技术路线图》以2015年莱茵河排放情况为基准，设立了三个情景进行2030和2050年减排情况的预测，分别是现有措施情景（维持现有发动机控制政策和燃料市场份额）、保守情景（发展目前较为成熟的清洁能源）、创新情景（发展目前尚不成熟或价格昂贵但长期减排潜力可能更高的燃料）。结果显示，以生物燃料为主的保守情景和以电力、甲醇、氢动力为主的创新情景在温室气体、氮氧化物和颗粒物减排上都有较好效果[42]。目前对船舶减排潜力的研究大多聚焦于替代燃料的技术路线选择和碳中和路径分析，缺少对于大气污染物与减碳综合路径的分析和评价，对于我国的研究仍以宏观预测为主，缺少自下而上的测算和校验。1.3研究目标对德国、美国和中国的内河航运排放管理进行综合对比研究，建立内河船舶排放清单，并构建未来内河航运需求和排放预测模型，并提出内河航运碳中和战略路径，最后撰写结题报告。1.4研究内容本研究的研究内容包括以下5点，具体项目研究技术路线图，见图1.4-1。（1）分析内河航运在环境、社会、法律和技术经济方面的潜力。（2）制定实现全球内河航运碳中和的减排战略路径。（3）分析内河航运排放的主要影响因素。（4）预测2030年和2050年内河航运需求和排放概况。（5）提供技术和政策建议，协助决策者规范内河航运市场。8图1.4-1研究内容及技术路线9第2章全球内河和沿海船舶排放管理经验研究2.1中国篇2.1.1航运管理体系2.1.1.1航运管理机构中国内河和沿海水运的管理由交通运输部、水利部、省政府和一些其他部门共同承担，从中央到地方分层管理，同一层级的不同部门承担不同的职责，但整体来说是以交通运输部及其下的航务管理局为核心的中央-地方分层管理制度，如图2.1-1所示。图2.1-1中国内河水运管理框架交通运输部负责推进综合交通运输体系建设，会同有关部门组织编制综合运输体系规划，统筹规划铁路、公路、水路、民航以及邮政行业发展，组织拟定并监督实施行业规划、政策和标准。在水运方面，交通运输部全面负责中国内河和沿海水运的管理，制定水运方面的主要政策框架和发展路径，组织制定水运有关政策、准入制度、技术标准和运营规范并监督实施，承担水上交通安全和建设市场的监管责任。在资金支持方面，交通运输部负责提出水路固定资产投资规模和方向、国家财政性资金安排意见，按国务院规定权限审批、核准投资项目。至于具体的航道，交通运输部管理国家重要航道，包括国家航道网重要构成部分的四级及以上航道，以及在跨省运输中发挥重要作用的五级及以上航道。此外，交通运输部还需要承担水运行业的环境保护和节能减排的指导工作。10交通运输部水运局具体承担交通运输部内部水运方面的工作，主要负责水路建设和运输市场监管工作，管理港口、航道及其基础设施的建造和运维。交通运输部海事局主要负责海运相关事宜，履行水上交通安全监督管理、船舶及相关水上设施检验和登记、船舶污染防治和航海保障等沿海和远洋运输的行政管理和执法职责。对应的沿海省份均设有地方海事局，直属交通运输部海事局管理。在交通运输部的监管下，长江航务管理局和珠江航务管理局分别负责长江水系和珠江水系内河航道的日常管理。图2.1-2展示了长江航务管理局的单位组织构架，管理的流域范畴为长江干线，即四川宜宾至上海长江口，干线航道里程2808公里，主要职责包括长江干线的航运发展规划、运输市场监管、水上安全监督、航道整治维护、三峡枢纽通航等。珠江航务管理局承担的职责类似。图2.1-2长江航务管理局组织构架此外，还有一些其他部门参与了内河及沿海水运相关的规划和管理。水利部负责管理和协调中国的水资源，涉及内河的基础设施和港口管理，参与与水资源和水电有关的水道开发计划以及港口和船闸的建设。根据《航道管理条例》，在实施航道工程之前，主管部门应酌情征求同级林业和渔业行政主管部门的意见[43]。国家发展和改革委员会将参与制定产业政策和价格政策。生态环境部参与内河水运的污染防治和减排工作。在地方层面，省级政府负责本省辖区内级别较低的内河航道，依据上级指示，结合当地内河水运具体情况，因地制宜制定具细化、可实施的规章制度，并负责相应的执行和监管工作。112.1.1.2航运管理法规考虑到中国内河及沿海水运的分层管理制度，国家层面的法规更为宏观，具体的政策、标准、行动方针和发展目标也因为需要考虑到所有地区而显得更为保守，而地方政府则会给出更具体的执行方案，部分地方政府还会颁布更为严格的限制标准和更激进的发展目标。五年规划是中国管理制度中最重要的政策法规之一。最新的《水运“十四五”规划》分析了中国水运行业的现状、不足和发展需求，提出了2025年安全、便捷、高效、绿色、经济的现代水运体系建设取得重要进展，2035年基本建成的发展目标[44]。从基础设施、运输服务、技术创新、绿色安全和港口竞争力几个方面展开，对中国水运业的发展制定了战略引导。如表2.1-1所示，十四五规划主要对航道建设、沿海港口建设和多式联运提出了具体的发展目标。在水运减排方面，规划指出，需要加强海域、岸线资源集约节约利用，推进船舶污染防治，促进岸电常态化使用，进一步推广LNG、电动、氢能等清洁能源应用和船舶的改造，构建清洁低碳的港口船舶能源体系，包括清洁能源和风能、光能等分布式发电技术在港口的应用。表2.1-1“十四五”期间水运发展主要指标指标2020年2025年增长新增及改善内河航道里程（公里）//5000左右#新增国家高等级航道（公里）2500左右//沿海大型专业化码头通过能力适应度/沿海主要港口铁路进港率（%）>1.0>1.1//集装箱铁水联运量年均增长率（%）>9015国务院颁布的《国内水路运输管理条例》对国内水运经营行为和市场秩序做出了规定，明确了水运业务各方的法律责任[45]。交通运输部依据该条例发布的《国内水路运输管理规定》进一步对水运经营者的经营范围（包括经营区域和业务种类）、船舶条件、船员配备、安全管理制度提出了要求。规定还明确，国内水路运输是指始发港、挂靠港和目的港均在中华人民共和国管辖的通航水域内使用船舶从事的经营性旅客运输和货物运输，按照经营区域分为沿海运输和内河运输，按照业务种类分为货物运输和旅客运输。12《中华人民共和国航道管理条例》于1987年由国务院发布，2008年修订[46]。条例旨在通过加强航道管理，改善通航条件，保证航道畅通和航行安全，充分发挥水运在国民经济和国防建设中的作用。适用于沿海和内河的航道及有关基础设施。将航道划分为三类，明确了对应管理部门：国家航道及其航道设施按海区和内河水系，由交通部或者交通部授权的省、自治区、直辖市交通主管部门管理；地方航道及其航道设施由省、自治区、直辖市交通主管部门管理；专用航道及其航道设施由专用部门管理。国家航道和地方航道上的过船建筑物，按照国务院规定管理。2003年通过的《中华人民共和国港口法》对港口的规划与建设、经营、安全与管理监督以及有关经营人的法律责任作出了立法规定[47]。港口经营人须取得港口行政管理部门的经营许可证。2007年交通运输部依据该法颁布了《港口规划管理规定》，对于港口规划的编制、审批、公布、修订与调整、实施和监督管理作出了规定[48]。港口规划应当符合城市体系规划，并与土地利用规划、城市规划、水资源规划、防洪规划、海洋功能区规划、水路交通规划和其他交通运输方式相一致，还应当与法律、行政法规规定的其他有关规划相协调。资金支持方面，目前的内河及沿海水运市场已初步形成了一个多主体融资体系。资金来源可以分为中央和地方政府、交通运输部专项资金、国内银行贷款、地方自筹资金、企业投资和国外投资。2022年全年水路固定资产投资达1679亿元，比上年增长10.9%。其中，内河建设完成867亿元、增长16.7%，沿海建设完成794亿元、增长9.9%。“九五”期间，中央政府利用国家能源交通重点建设基金、国家预算调节基金等建立了内河水运建设专项基金，用于内河水运基础设施的建设。基金的资金来源还包括了车购税和港建费。2018年内河航道建设专项资金投入达109亿元。《中华人民共和国航道管理条例实施细则》中的第五章航道养护经费中，对过闸费、港务费、水电成本等航道养护资金的重要来源作出了规定。2.1.1.3船舶排放控制标准《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》（GB15097-2016）规定了内河和沿海船中额定净功率大于37kW的第1类和第2类船机（包含主机和辅机）的排气污染物排放限值[49]。第1类船机指额定净功率大于或等于37kW并且单缸排量小于5L的船机，第2类船机指单缸排量大于13或等于5L且小于30L的船机。标准的第一阶段自2018年7月1日起实行，第二阶段自2021年7月1日起实行。目前执行的是第二阶段限值，具体分类及限值如表2.1-2所示。表2.1-2船机排气污染物第二阶段排放限值船机类单缸排量额定净功率COHC+NOxCH4aPM型（SV）（P）(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)（L/缸）（kW）第1类SV<0.9P≥375.05.81.00.3第2类0.9≤SV<1.25.05.81.00.141.2≤SV<55.05.81.00.12P<20005.06.21.20.145≤SV<152000≤SV<37005.07.81.50.14P≥37005.07.81.50.27P<20005.07.01.50.3415≤SV<202000≤SV<33005.08.71.60.50P≥33005.09.81.80.50P<20005.09.81.80.27P≥200020≤SV<255.09.81.80.50P<20005.011.02.00.27P≥200025≤SV<305.011.02.00.50a，仅适用于NG（含双燃料）船机。第3类船机（单缸排量大于或等于30L的船机）执行《船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南》（GD01）[50]。指南对不同建造阶段的船舶安装的船用柴油机进行了区分，给出了不同的NOx排放限值。表2.1-3给出了2000年1月1日以后建造船舶上安装的船用柴油机NOx排放适用要求。对于2000年1月1日以前建造船舶上安装的第3类船机应符合TierI排放极限值，否则应禁止使用。表2.1-32000年1月1日以后建造船舶上安装的船用柴油机NOx排放适用要求船舶建造日期排放标对应的NOx极限值(g/kWh)准（按NO2总加权排放量计算）142000年1月1日或以后至2011年TierIn<130130rpm≤n<2000n≥20001月1日以前rpmrpmrpm17.02000年1月1日TierI或以后至2011年1月1日以前2011年1月1日或以后2011年1月1日TierⅡ14.4或以后TierⅡ2016年1月1日或以后a2016年1月1日TierⅢb3.4或以后aTierⅢba，适用于：2016年1月1日或以后建造并且在北美排放控制区内或美国加勒比海排放控制区内航行的船舶，其上安装的柴油机：在其他NOx排放控制区(北美排放控制区或美国加勒比海排放控制区除外)通过日期或以后建造，或在指定NOx排放控制区的修正案中规定的日期或以后建造(以较晚者为准),且在该排放控制区内航行的船舶，其上安装的柴油机。b，TierⅢ标准不适用于：船长（见MARPOL公约附则I第1.19条定义）小于24米、经特殊设计并仅用于娱乐目的的船上安装的船用柴油机；主机额定功率之和小于750kw船舶上的所有柴油机，并向本社证实该船因设计或构造限制而不能符合TierⅢI标准；船长等于或大于24m、经特殊设计并仅用于娱乐目的、在2021年1月1日之前建造、且小于500总吨的船上安装的船用柴油机。额定功率不超过37kW的船机执行《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》（GB20891-2014）[51]。自2022年12月1日起执行第四阶段标准。如表2.1-4所示，该类船机适用于第四阶段P<37kW一类。表2.1-4非道路移动机械用柴油机排气污染物第四阶段排放限值额定净功率COHCNOxHC+PMNH₃PN（P）(g/kWh)NOx(g/kWh)(ppm)(g/kWh)（kW）(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)P>5603.50.403.5，0.100.67a130≤P≤5603.50.192.00.02525b0.0255×101256≤P<1305.00.193.337≤P<565.04.70.02515P<375.57.50.60a，适用于可移动式发电机组用P>900kW的柴油机；b，适用于使用反应剂的柴油机。硫氧化物的排放限制主要通过燃油限制来实现。内河船、江海直达船和在内河作业的渔业船舶应使用符合GB252标准的柴油，硫含量不大于10mg/kg。沿海船使用的燃料油适用于现行的《船用燃料油》（GB/T17411-2015），该标准按硫含量限值将馏分燃料分为三个等级，Ⅰ级符合2015年IMO对行驶在普通区域的船舶燃料油硫含量的要求，Ⅱ级符合IMO拟定2020年（或2025年）船舶行驶在普通区域对燃料油硫含量的要求，Ⅲ级符合2015年起船舶行驶在SOx排放控制区（SECA）内对燃料油硫含量的要求，具体限值如表2.1-5所示[52]。残渣燃料对应的Ⅰ至Ⅲ级硫含量最高限值分别为3.50%、0.50%、0.10%。表2.1-5船用馏分燃料油硫含量要求燃料类型DMXDMADMZDMB燃料等级硫含量（质量分数）不大于/%Ⅰ1.001.50Ⅱ0.500.50Ⅲ0.100.102018年发布的《船舶大气污染物排放控制区实施方案》设立了沿海控制区和内河控制区，对控制区内航行船舶的硫氧化物和氮氧化物排放提出了要求[37]。内河控制区范围为长江干线（云南水富至江苏浏河口）、西江干线（广西南宁至广东肇庆段）的通航水域。沿海控制区的范围如图2.1-3所示。16图2.1-3沿海船舶排放控制区范围示意图2019年1月1日起，海船进入船舶排放控制区，应使用硫含量不大于0.5%m/m的船用燃油，大型内河船和江海直达船舶应使用符合新修订的船用燃料油国家标准要求的燃油。其他内河船舶应使用符合国家标准的柴油。2020年1月1日起，海船进入内河控制区，应使用硫含量不大于0.1%m/m的船用燃油。2020年3月1日起，未使用硫氧化物和颗粒物污染控制装置等替代措施的船舶进入排放控制区，只能装载和使用按照本要求规定应当使用的船用燃油。2022年1月1日起，海船进入沿海控制区海南水域，应使用硫含量不大于0.1%m/m的船用燃油[37]。交通运输部2019年发布的《2020年全球船用燃油限硫令实施方案》对进入中国水域的国际船舶燃料油进行了规定，自2020年1月1日起，国际航行船舶进入中国管辖水域应当使用硫含量不超过0.50%m/m的燃油，国际航行船舶进入中国船舶排放控制区，应当使用硫含量不超过0.10%m/m的燃油；自2022年1月1日起，国际航行船舶进入中国管辖水域，不得装载硫含量超过0.50%m/m的自用燃料，即不合规燃油。2.1.2航运现状2.1.2.1主要河流和港口如图2.1-4所示，《全国内河航道与港口布局规划》明确了内河水运“两横一纵两网十八线”和28个主要港口的布局框架[53]。其中，两横指长江干线和西17江航运干线，一纵为京杭运河，两网为长江三角洲高等级航道网和珠江三角洲高等级航道网，十八线是中国内河18条主要干支流高等级航道。截至2022年末，全国内河航道通航里程12.80万公里。等级航道按照可通航的船舶最大运载能力划分，如表2.1-6所示，2022年全国内河等级航道通航里程达6.75万公里，占内河航道通航里程比重为52.7%，其中三级及以上航道通航里程1.48万公里，占内河航道的11.6%。表2.1-7给出了2022年中国各大水系的可通航里程数，其中，长江以64818公里的可通航里程数占据了过半的全国内河可通航里程数[9]。表2.1-62022年中国按等级划分的内河航道里程数航道等级典型运载能力（吨）里程数（公里）占总量百分比（%）等级之下6.05万47七级501690013六级1001660213五级30077646四级500114239三级100085437二级200040463一级300021962总计12.80万100表2.1-72022年中国按水系划分的内河航道里程数水系可通航里程数（公里）占总量百分比（%）长江珠江6481851黄河黑龙江1688013京杭运河闽江35333淮河其他82116总计14231197321761014135521112.80万10018图2.1-4全国内河高等级航道和主要港口布局方案图如表2.1-8所示，截至2022年末，全国港口生产用码头泊位21323个，其中，沿海港口生产用码头泊位5441个，内河港口生产用码头泊位15882个。全国2751个万吨级以上泊位中沿海2300个，内河451个。内河港口的生产用码头泊位数更多，但万吨级的泊位却要远低于沿海港口。如表2.1-9所示，从用途结构看，全国港口专业化万吨级及以上泊位1468个，通用散货万吨级及以上泊位637个，通用件杂货泊位434个[9]。表2.1-82022年年末全国港口万吨级及以上泊位数量泊位吨级全国港口年末数沿海港口年末数内河港口年末数合计275123004513万吨级以下8917061853-5（不含）万吨级4523271255-10（不含）万吨级93079813210万吨级及以上4784699表2.1-92022年年末全国万吨级及以上泊位构成（按主要用途分）泊位用途数量集装箱泊位372专业化泊位煤炭泊位273金属矿石泊位8819原油泊位93成品油泊位155液体化工泊位287散装粮食泊位39专业化泊位合计1468通用散货泊位637通用件杂货泊位4342.1.2.2船舶属性截至2022年末，全国拥有水上运输船舶12.19万艘，净载重量2.98亿吨，载客量86.18万客位，集装箱箱位298.72万标准箱。其中，内河运输船舶10.95万艘，净载重量1.52亿吨，载客量57.27万客位，集装箱箱位55.16万标准箱；沿海运输船舶1.10万艘，净载重量0.94亿吨，载客量26.84万客位，集装箱箱位59.88万标准箱[9]。如图2.1-5所示，2016-2022年间船舶数量不断下降[54]，而船舶净载重量却呈上升趋势，说明了船舶大型化的趋势。图2.1-52016-2022年间全国水上运输船舶数量及其净载重量运输船舶又可按照有无动力推进系统分为机动船和驳船。拥有动力系统，可以自行承担航运工作的机动船占据了运输船队的绝大部分，而没有动力系统，无法自主航行，需要和推拖船配合进行航运的驳船则数量占比较少。截至202220年末，全国水上运输船舶共有民用机动运输船114507艘，民用驳船运输船7361艘[54]。由交通运输部主编，国家铁路局、中国民用航空局、国家邮政局等部门联合参编的《中国交通运输年鉴（2022）》将船舶分为客船、货船、拖船、驳船、客货船五类，其中货船又分为集装箱船、油船和其他货船[55]。如图2.1-6所示，货船占据了所有船舶数量的大多数，其次是客船和驳船。图2.1-62022年不同船型船舶所占数量比例进一步细分到内河和沿海船队的船型构成，船型的划分和比例又有所不同。世界银行编制的报告《新时代的蓝色航道：中国内河水运发展》从交通运输部水运科学研究院处获得了2018年中国内河船队的船型构成和运力数据[17]。该报告将内河船舶分为货船、客船、驳船、拖船、油船、集装箱船和滚装船七大类。如表2.1-10所示，货船仍是内河船舶中数量占比最高的船舶类型，其次是客船和拖船。内河船队的运力如表2.1-11所示，货船船队总载重吨129.2百万吨，集装箱船队总载重能力33.81万标箱，客船总载客量71.59万座。表2.1-102018年中国内河船队构成船舶类型船舶数量占总数百分比（%）货船93,45475.2客船17,65114.2驳船11,1489.0拖船1,8481.5油船1,4951.2集装箱船5560.421滚装船2440.2总计124,345100表2.1-112018年中国内河船队运力运力129.2船舶类型338.1715.9货船（百万载重吨）集装箱船（1000标箱）客船（1000座）交通运输部水运局于2023年初发布的《2022年沿海省际货运船舶运力分析报告》对沿海船舶中的干散货船、集装箱船、液货危险品船三大类的船舶运力进行了统计，其中液货危险品船又进一步分为油船、化学品船和液化气船[18]。报告显示，截至2022年12月31日，沿海省际运输干散货船（万吨以上，不含重大件船、多用途船等普通货船）共计2427艘、7982.4万载重吨，集装箱船（700TEU以上，不含多用途船，下同）共计350艘、箱位数83.0万TEU，油船（含原油船、成品油船，不含油品、化学品两用船）共计1194艘、1142.2万载重吨，化学品船（含油品、化学品两用船，下同）共计287艘、139.9万载重吨，液化气船共计80艘、28.8万载重吨。进一步讨论中国船队的船龄结构，根据《新时代的蓝色航道：中国内河水运发展》报告给出的2017年中国内河船队的船舶平均船龄数据，如图2.1-7所示，各船型的平均船龄多在10年左右，滚装船和其他船舶的平均船龄超过了14年[56]，要略高于其他船型的船舶，但与世界上其他国家相比，如美国船队38年的船龄中位数，中国的船队显得尤为年轻。如图2.1-8所示，按照船舶吨位进行划分和统计的船舶平均船龄在5-12.7年间不等，其中很明显的趋势是大吨位的22船舶平均船龄要小于小吨位的船舶，这与中国船型标准化的政策及船舶大型化的发展趋势是一致的。新造船舶拥有更大的吨位、更先进的基础设施，随之带来的是更高效的工作效率和更清洁的航运水平。这意味着，年轻的中国内河船队在水运市场上要比其他老旧的船队更为高效清洁，也更节约成本，无论是经济成本还是时间成本。图2.1-72017年中国内河船舶按船型和载货类型划分的平均船龄图2.1-82017年中国内河船舶按载重吨划分的平均船龄《2022年沿海省际货运船舶运力分析报告》中同样给出了几类沿海船的平均船龄[57]。干散货船平均船龄10.6年，其中，老旧船舶（船龄18年以上）和特检船舶（船龄28年以上）分别有253艘、23艘，占总艘数的10.4%和0.9%。集装箱船平均船龄9.3年，其中，老旧船舶和特检船舶分别有32艘、3艘，占总艘数的9.1%和0.9%。油船平均船龄11.0年，其中，老旧船舶和特检船舶分别有503艘、2艘，占总艘数的42.1%和0.2%。化学品船平均船龄10.8年，其中，老旧船舶和特检船舶分别有135艘、1艘，占总艘数的47.0%和0.3%。液化气船平均船龄13.1年，其中，老旧船和特检船舶分别有39艘、5艘，占总艘数的48.8%和6.3%。此外，还有一些新能源船舶开始在内河和沿海水运中得到应用。截至2020年夏季，中国运营或订购的内河和沿海的纯电动船舶超过50艘（主要是沿长江和珠江运行）。2021年，三艘氢燃料电池示范船在大连和广东佛山进行了海试。中国船级社还批准了两套船用燃料电池系统的型号（70kW和50-80kW）。中23国船舶重工动力工程研究所和发动机制造商温特图尔发动机有限公司联合建立了一个新的全球测试中心，开展包括氨和甲醇在内的未来燃料推进系统的研究。2.1.2.3水运规模根据《2022年交通运输行业发展统计公报》，2022年全年中国水运总计完成营业性货运量85.54亿吨，比上年增长3.8%，完成货物周转量121003.14亿吨公里，增长4.7%[9]。其中，内河货运量44.02亿吨，内河货物周转量19025.73亿吨公里；海洋货运量41.51亿吨，海洋货物周转量101977.41亿吨公里。在客运方面，2022年营业性客运量为1.16亿人，旅客周转量为22.60亿人公里。港口吞吐量方面，2022年港口货物吞吐量156.85亿吨，比上年增长0.9%。其中，沿海港口货物吞吐量101.31亿吨，内河港口货物吞吐量55.54亿吨；外贸货物吞吐量46.07亿吨，内贸货物吞吐量110.77亿吨。集装箱吞吐量2.96亿标准箱，增长4.7%，集装箱铁水联运量874.70万标准箱，增长率16.0%。集装箱铁水联运有较大幅度的提升。如表2.1-12所示，水运主要货物包括煤炭及其制品、石油、天然气及制品、金属矿石和集装箱。沿海港口的集装箱运输要比内河更为发达。表2.1-122022年中国港口货物吞吐量构成类别单位数量合计亿吨156.85外贸亿吨46.07按内外贸分亿吨110.77内贸煤炭及制品亿吨28.64石油、天然气及制品亿吨12.97按货物品类分金属矿石亿吨24.66内河亿标准箱0.35集装箱沿海亿标准箱2.61合计亿标准箱2.962.1.3船舶排放现状据《中国移动源环境管理年报（2022年）》统计，2021年中国船舶排放共计HC9.70万吨，NOx147.98万吨，PM5.99万吨，没有单独的船舶二氧化硫排24放数据，包含工程机械、农业机械、船舶、铁路内燃机车、飞机在内的非道路移动源总共的二氧化硫排放为16.8万吨[58]。年报计算的船舶排放包括内河、沿海与远洋船舶排放，地理范围为领海基线外24海里向陆地一侧的水域。2020年发布的第二次全国污染源普查公报统计了2017年末营运船舶数量27.82万艘（含机动渔船），核算水域范围包括内河及沿海水域。普查主要通过船舶保有量、燃油消耗及相关活动水平数据，根据排污系数核算污染物排放量。核算得当年内河及沿海营运船舶排放共计SO242.08万吨，NOx102.48万吨，PM8.44万吨[59]｡环境保护部机动车排污监控中心编制的《中国船舶大气污染物排放清单报告》基于燃油法测算得2015年中国内河船舶排放SO20.8万吨、CO15.8万吨、HC4.1万吨、NOx31.7万吨、PM2.5万吨[60]。交通运输部水运科学研究院和中国气象局的几位研究人员以AIS数据为基础，结合船舶静态数据和排放参数，采用动力法估算了中国近周边海域2014年的船舶排放清单。研究得到中国近周边海域范围内由于船舶活动一年产生的SOx、NOx、PM10分别约为87.98万吨、137.84万吨、11.73万吨[61]。北京工业大学团队于2017年发表的高时空分辨率的中国船舶排放清单研究范围包括中国大陆及邻近水域（北纬12.6度至41.6度，东经102.0度至126.0度）。研究基于AIS数据，采用自下而上的方法，建立了2014年的中国船舶排放清单。研究显示，中国2014年的船舶总排放量约为1.1937×106吨SO2，2.2084×106吨NOx，1.807×105吨PM10，1.665×105吨PM2.5，1.116×105吨HC，2.419×105吨CO和7.843×107吨CO2[62]。清华团队基于AIS动力法利用更新后的SEIMv2.0模型计算了2016-2019年高分辨率的中国内河和沿海船舶排放清单，具体的计算范畴为距中国大陆领海基线约200Nm以内的可通航内河和沿海水域。清单得到2016年中国内河和沿海船舶SO2、NOx、PM和HC的排放量估计分别为1.8×106、2.5×106、2.3×105和1.1×105吨，2019年分别为1.3×106、2.8×106、1.7×105和1.3×105吨[63]。2.2欧洲篇本小节分析了欧洲内河航道状况，重点关注监管工作、主要利益相关者、法规、船队概况、排放、运输商品以及该行业面临的挑战。长期以来，内河水25运一直是欧洲交通网络的重要组成部分，为货物运输提供了一种成本效益高、环保节能、安全性高的选择。然而，应对气候变化和实现可持续交通解决方案的紧迫性促使内河水运需要采取大胆行动实现减排。2.2.1航运管理体系2.2.1.1航运管理机构尽管在欧盟层面，欧洲的内河水运存在一定的管理框架和公约条例，但在欧洲各国不同地区间，内河水运的具体管理仍存在一定差异。在一些情况中，国家层级的管理机构对内河水运管理起到主要作用，而另一些情况中，地方级别的机构发挥更重要的作用[66]。不同河流的水运情况取决于特定河流上实行的航运制度。欧洲许多河流流经多个国家，这些跨国河流的管理情况较为复杂，同时管理体系在不同河流间差异较大。多瑙河、莱茵河、萨瓦河是其中较为出名的几条国际河流。因为河流流经多个国家，而不同国家关于航行自由的法律体系是不同的，因此，不同流段的管理体系也有所差异，这也带来了不同跨国河流水运情况的独特性。欧洲的内河航运主要由各种政府机构管理，包括欧洲经济委员会（UNECE）、欧盟（EU）、四大国际河流航运委员会，以及代表业界各方的非政府机构（NGOs）。UNECE在技术和政策层面管理欧洲地区内河航运。UNECE是公认的国际陆上运输协定中心，维持着59项国际运输公约，为发展国际公路、铁路、内河航运、多式联运，运输危险货物和建造公路车辆提供了法律框架和技术条例[67]。欧盟在协调和统一各成员国与内河水运有关的政策方面发挥重要作用。欧盟委员会（EC）是欧盟的执行机构，负责立法并确保条例的实施。欧盟议会和欧盟理事会通过提供立法建议和制定规章，对决策过程作出贡献。欧盟成员国的内河水运日益受到欧盟立法的管制。欧盟对于内河水运的管辖已扩展到欧洲地区更多拥有重要内河航道的国家。随着2007年欧盟的最后一次扩大，27个成员国中有20个国家的37000多公里的水道受到欧盟水运管理框架的约束。但多瑙河，这条重要的国际河流，是个明显的例外，它的很大一部分流域仍然在欧盟的管辖范围之外[68]。除了国家法规外，欧洲几条主要的国际河流还由专门设立的航运委员会管理，这些委员会负责为各自流域内的航运制定技术和法律标准。目前欧洲经委26会区域内共有4个国际河流航运委员会，分别为：莱茵河中央航行委员会（CCNR）、多瑙河委员会（DC）、萨瓦河流域国际委员会（ISRBC）和摩泽尔河流航运委员会（MC）。它们之间的主要区别在于所制定的条例是否具有法律约束力。CCNR的决议对其成员国具有法律约束力，ISRBC和MC在航运方面的决定同样具有法律约束力。而DC颁布的决议则不具有法律约束力，需要其成员国通过国家立法加以执行[68]。CCNR专注于莱茵河及其支流的航运管理，致力于规范管辖范围内航行船舶的法规、安全标准和技术要求。委员会的成员国包括德国、法国、瑞士、荷兰和比利时。除了对莱茵河航运的基本监管之外，CCNR在技术、法律、经济和环境领域也很活跃。在其活跃领域，工作以内河运输的效率、安全、社会和环境考虑为先。现在，CCNR的许多活动已经超出了莱茵河的范畴，更广泛地影响着欧洲可通航的内河航道，尽管CCNR在地理和法律方面对这些航道并没有全面的管辖权。在此背景下，CCNR与业界代表、其他河流委员会和欧盟展开了密切合作。正如《曼海姆宣言》所强调的那样，CCNR作为莱茵河的管理中心，对莱茵河乃至整个欧洲内河航运，都发挥着引领和先锋作用[68]。DC是根据1948年的《关于多瑙河航行制度的贝尔格莱德公约》第V条设立的。然而早在1856年，《巴黎条约》第XVI条就设立了欧洲多瑙河委员会，尽管有些改动，但该委员会一直存在到第二次世界大战。2010年，DC共有11个成员国：奥地利、保加利亚、克罗地亚、德国、匈牙利、摩尔多瓦共和国、罗马尼亚、俄罗斯联邦、塞尔维亚、斯洛伐克和乌克兰。缔约各方承诺保持各自辖区流段的通航性，进行必要的航道和设施建设，解决通航障碍的问题。委员会发布的决定和建议不具有法律约束力，需要通过转变为其成员国的国家立法来执行[68]。ISRBC成立于2004年，目的是执行萨瓦河流域四个沿岸国家（波斯尼亚和黑塞哥维那、克罗地亚、塞尔维亚和斯洛文尼亚）之间的《萨瓦河流域框架协议》。ISRBC的目标是建立一个在萨瓦河及其通航支流流域范围内的国际航行制度，进行可持续的水资源管理，同时采取措施保证通航安全性。MC是基于1956年法国、德国和卢森堡之间关于摩泽尔运河化的公约设立的，总部设在特里尔（德国）。委员会于1962年12月21日，在运河化项目完27成一年半之后，举行了第一次会议。MC通过发布具有约束力的条例，规范摩泽尔河的航运，包括交通规则、船员证书、人员配备要求和通行费[68]。在行业层面，有几个非政府组织代表了欧洲内河航运各个部门的利益。欧洲驳船联盟（EBU）代表内河航运业，是由八个欧洲主要内河航运国家的驳船船东和驳船运营商组成的协会。欧洲船东组织（ESO）代表私人船东。欧洲内河航运组织（INE）主要代表基础设施运营商和水路管理机构。此外，还有欧洲内陆港口联合会、欧洲江海直达运输联盟等等。2.2.2.2航运管理法规为了处理内河航运的主要方面，欧盟、欧洲经委会和河流委员会的内河航运管理制度涵盖许多相同的领域，共同构成的欧洲内河水运管理框架下，需要处理的问题包括内河水道的标准和参数、进入内河水道的途径、内河水运相关的技术标准和安全要求、内河运输业务的法律条例以及内河航运的环境影响。在大多数情况下，除了萨瓦河之外，欧洲最重要的河流流域的环境保护问题都由前一节提到的专门的河流保护委员会管理。基础设施的发展要复杂得多，很大程度上取决于水道上基础设施的现状，对于仍然需要开展工作来改善航行条件的水道来说，例如多瑙河和萨瓦河，如何协调各部门进行共同建设并平衡经济和环境是一个巨大挑战。而莱茵河在过去的几个世纪里，大多数主要的基础设施项目均已完成建设。最近的基础设施建设项目在寻找各方协作平衡的路上取得了一定的成绩，例如塞纳-欧洲北运河，地方当局同环境协会进行了密切协商，成功地使基础设施发展目标同环境和地方发展问题相协调。有关内河水运的主要政策和计划如下。2018年10月17日，莱茵河中央航行委员会成员国的内河航运部长重申了到2050年基本实现温室气体和其他污染物零排的目标。为了进一步提高莱茵河和内河航道航行的环境可持续性，《曼海姆宣言》要求CCNR制定路线图，实现2035年温室气体排放量与2015年相比减少35%，2035年污染物排放量与2015年相比至少减少35%，2050年基本消除温室气体和其他污染物的排放。欧盟委员会于2019年12月提出的《欧洲绿色协议》在其智能和可持续交通战略中，列出了几个优先政策领域，其中在可持续交通方面提出了到2050年实现气候中和所需采取的行动。除此之外，该协议促进更雄心勃勃的政策的出台，旨在减少运输对化石燃料的依赖，努力实现“零污染”目标。设立的目标28为：与1990年相比，到2030年所有部门温室气体减排至少50%，接近55%；到2050年运输部门温室气体减排90%，实现气候中和。为了实现这些目标，《欧洲绿色协议》确认，欧盟运输部门必须在2050年前将其排放量减少90%，而目前占据货运总量75%的由公路运输的内陆货物中，很大一部分应该转向内河水运和铁路运输。协议还呼吁采取措施以提高尚未开发的内河航运能力[69]。根据2020年12月的可持续和智能交通战略，欧盟委员会发布了欧盟运输系统未来的转型计划，到2030年内河运输和短途海运将增加25%，到2050年增加50%。为此，内河水运需要采取措施以确保全年通航，如改善水道间的连接和可通航性，建设更现代化的导航基础设施。预计到2030年，欧盟基于铁路和水路的多式联运将能够与公路运输平等竞争。最迟在2050年，欧盟内部的所有外部运输成本将由运输用户承担[70]。NAIADESIII内河水运行动计划于2021年6月由欧盟委员会发布，其核心目标是到2050年将更多的货物运输转移到欧洲的内河水运上，同时促进船舶向零排放驳船的过渡。这与《欧洲绿色协议》和《可持续和智能交通战略》的目标是一致的。为应对能源转型挑战，计划采取的措施包括：加快低排放船舶的创新和认证过程，提高多种类替代燃料的供应及其基础设施的建设，支持各成员国向零排放过渡的需求，特别是在资金方面提供支持。PLATINA3项目承接之前的PLATINA和PLATINA2项目，旨在支持NAIADES项目的实施。能源转型是项目的一个核心目标。为了加速实现NAIADESIII的目标，委员会与23个不同合作者组成的财团共同创建了Platina项目。该项目是一个多学科项目，由欧洲联盟第七个研究框架计划（FP7）资助。2010年，Platina项目量化了消除欧洲许多内河航道瓶颈的大致成本。根据这份清单，在相关内河运输通道上的国家改善通航、发展水运的成本超过了160亿欧元。“Fit-for-55”一揽子计划是欧盟最新发布的环境层面的计划。该计划于2021年7月14日启动，旨在使欧盟的气候、能源、土地利用、交通和税收政策能够实现到2030年将温室气体净排放量在1990年的基础上减少至少55%的目标。计划实际上是实施《欧洲绿色协议》和实现《欧洲气候法》设定的目标的立法工具。计划分为许多部分，所有建议之间都是协调一致的，以确保总体的实施连贯和目标一致。一揽子计划中和水运相关的包括以下几点[71]。29能源税指令包括了海运和内河水运的燃料不获豁免；岸上电力豁免的可能性以及为期10年的可持续燃料的最低税率为零。该指令建议将能源产品的税收与欧盟的能源和气候政策保持一致，推广清洁技术，取消目前鼓励使用化石燃料的过时豁免和税率降低。这将被视为对新的碳排放交易体系提案的有力补充，并与这方面的现有国际法规相关联。在水运部门中，提案将支持清洁能源和替代燃料的使用，同时取消现有的燃油税豁免，并增加对化石燃料的税收。该提案还试图排除欧盟港口以外的船舶加油，从而防止事实上的碳泄漏。根据欧盟委员会的提议，可再生能源指令（RED）将设定一个更高的目标，到2030年，欧盟40%的能源是可再生能源。所有成员国都将为实现这一目标作出贡献，并为包括运输在内的不同部门使用可再生能源的情况提出了具体指标。基于此，该提案提出了到2030年将运输部门燃料的温室气体强度在2010年的基础上降低13%的目标。还必须指出的是，燃料质量指令（FQD）已经适用于内河水运，其中包括到2020年达到6%的减排目标，以及对燃料供应商设定的维持2010年水平的每兆焦尔能量88.45克二氧化碳当量的最高限制。正如PLATINA3项目中所提到的，成员国可以自行选择是否也对内河水运施加目标和要求。目前，在荷兰、德国和比利时等国家，内河水运的燃料供应商被排除在减排具体要求之外，而其他运输方式，主要是公路运输，正通过设立更高目标弥补这一点。《替代燃料基础设施条例》旨在为某些需要不同基础设施并已准备就绪的替代燃料部署基础设施。该条例主要针对公路运输部门，但其中一些规定也与水运部门相关。特别是，该条例要求船舶在跨欧洲运输网络（TEN-T）的主要港口能够获得清洁的电力供应。新立法预计TEN-T核心和综合网络中几乎所有海运港口（包括双重港口，如鹿特丹、安特卫普、康斯坦察等）将有足够的岸上电力输出，以满足至少90%的船舶电力需求。另一方面，该条例对内河水运端口的要求则不那么严格，唯一的目标是TEN-T网络上的所有内河水运端口需要提供至少1个岸上电源。此外，到2025年，TEN-T的沿海港口需要覆盖足够的液化天然气加气站，以满足在TEN-T核心网络内航行的船舶当前和未来的需求。然而，生物燃料和电力来源的天然气也应该被使用，而不仅仅是“常规”的液化天然气。该条例没有对内陆港口提出这种对液化天然气的要求，但这些燃料方面的政策也可能通过船舶的发展趋势和燃料需求间接影响到内河水运部30分，特别是靠近较大海运港口的航线。此外，成员国还需要制定并通过国家计划，确保推出AFIR目标的基础设施。《减排分配条例》为每个成员国的建筑、公路和国内海运、内河水运、农业、垃圾回收和小型工业均分配了加强的减排目标。考虑到每个成员国的排放现状和减排能力不同，这些指标是根据其人均国内生产总值制定的，并基于成本效率进行了调整。条例为欧盟27个成员国设定了具有约束力的国家温室气体减排目标，预计到2030年减排总量达到30%，以2005年为基准。《具有国际重要性的欧洲主要内河航道协定》（AGN）为发展和建设具有国际重要性的内陆水道网络提供了协调计划，为其他内河航运的协定提供了参考。从1998年到2016年，水道网络的总长度从27711公里增加到29238公里，共计连接37个国家，还连接了欧洲经委会管辖区域以外的航线，包括地中海、黑海和里海的沿海航线[72]。欧盟的跨欧洲交通网络政策TEN-T修订是在整个欧盟范围内发展连贯、高效的运输、多式联运和高质量交通基础设施的关键工具。TEN-T修订旨在实现以下几个主要目标：建设和改善基础设施，提供可持续的交通方式，促进绿色交通；提高运输效率，促进TEN-T网络间的多式联运，提高不同运输方式间的连接和转换效率，同时更好地将城市节点整合到网络中；提高TEN-T治理工具的效率，简化报告和监测工具，审查TEN-T网络的布局[73]。TEN-T网络的建设仍将持续到2050年完成，中间期限为2030年和2040年：核心网到2030年，扩展核心网到2040年，综合网到2050年。TEN-T的建设还支持充电和加油基础设施的应用，具体应用情况将取决于与替代燃料基础设施部署的协同布局（AFIR提案）。CCNR内陆航运减排路线图依据2018年10月17日的《曼海姆宣言》制定，旨在到2050年基本消除内陆航运部门的温室气体排放和空气污染物，这也是欧盟的长期愿景。具体而言，与2015年相比，到2035年，温室气体排放量减少35%，污染物排放量减少至少35%；到2050年基本消除温室气体和其他污染物的排放。船机排放控制标准方面，自2019年起，大于37kW的内河船舶的新主机必须符合欧盟为非道路移动机械（NRMM）设定的第五阶段排放要求。要求限制了一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）31和颗粒物数（PN）的排放。船用发动机按发动机气缸体积和发动机净功率进行分类。具体限值和分类如图2.2-1所示。图2.2-1欧盟为非道路移动机械制定的排放要求迈向零排放的水上运输项目（STEERER）由欧盟委员会在地平线2020框架下资助，由水上技术平台协调，设定了到2050年的排放目标，制定战略研究与创新议程、实施计划，以实现商定的目标。CCNR秘书处将参与成立一个绿色航运专家组，以监测和评估战略的实施情况，并基于零排放内河运输战略制定行动方针，使船队能够实现其气候目标[74]。2.2.2航运现状2.2.2.1主要河流（1）欧洲内陆河流概况欧洲的水路网包括了约37000千米的水道。具有国际性意义（IV级及以上）的核心内河网络由超过12000千米的互相连接的水道、444个船闸和数百个内河港口和交通站点构成[75]。现存的内河网络由更小的水道组成。AGN将欧洲内河水道和港口进行了分级，并将在部分项目中得到应用。在欧盟，28个成员国中的21个国家有内河水道，其中13个国家的内河水道相互连接。AGN网有6个主要的次级网络[76]：⚫莱茵河-多瑙河网，共有14362千米的水道，占据AGN网的47.6%；⚫亚速海-黑海-里海航道网络，航道长度为9339千米，占30.9%；32⚫波罗的海地区，航道长度为840千米，占2.8%；⚫捷克斯洛伐克中心网络，航道长度为715千米，占2.4%；⚫Rhône-Saône流域，航道长度为679千米，占2.3%；⚫塞纳-瓦兹河网，航道长度为632千米，占2.1%。此外还有沿海航线及其相连的内河航道，长度为2774千米，占9.2%。图2.2-2AGN下的欧洲内河航道（2）水运市场的国家份额内河水运与公路、铁路运输并称为陆地运输的三大主要方式。船舶通过内河港口和码头之间的运河、河流和湖泊等内河航道运输货物。欧洲一半的人口居住在海岸或内河航道附近，大多数欧洲工业中心都可以通过内河航运到达。总的来说，说到欧洲的河流网络，除了意大利、西班牙、葡萄牙、芬兰、英国、乌克兰和俄罗斯的国内自主管理的内河航道体系，主要的国际内河航道网络是莱茵河-多瑙河网络，其长度为14360公里，主要的流域有：（1）莱茵河流域，大约80%的内河货运发生在莱茵河及其支流；（2）多瑙河流域，能够保证北海和地中海之间的顺利通航；（3）黑海。莱茵河-多瑙河流域超过三分之一的水道不符合欧洲交通部长会议制定的水道标准，巴伐利亚流域东部和西部的基础设施也存在很大差异。欧盟的目标是在整个跨欧洲水道网络实现这些标准。相较于其他内陆运输方式，通过内河水路运输货物是有利的，因为推驳船比任何其他类型的陆地运输工具单位距离33（吨千米）可以运输更多的货物，一艘内河船舶的装载能力相当于数百辆卡车，这有助于节省运输成本，减少排放，缓解道路拥堵。从内贸货物运输比例来看，与铁路和公路相比，内河航运是份额较低的运输方式。在美国和欧洲，只有不到10%的货物运输是通过内河航道进行的。然而，在中国，2022年内河航运的货运量在交通货运总量中的份额已达到16.9%，并且增长速度快于铁路。在欧洲，也有一些地区的内河航运发挥着重要作用。在荷兰，三分之一的货物是通过内河运输的。鹿特丹和安特卫普这两个欧洲主要海港的主要优势之一是它们通过高效的内河网络与欧洲的腹地相连，而莱茵河则构成了该网络的主干[77]。图2.2-3欧洲内河水运的市场份额（3）莱茵-多瑙河网1992年，随着多瑙河主运河的开通，莱茵-多瑙河网络开始行程，连接E10（南北）和E80（东西）路线。该网络几乎占AGN水道总长的一半（30177公里中的14360公里），由以下几级水道组成：V-VII级（8913公里），IV级（2813公里）和I-III级（2636公里）[77]。超过三分之一的内陆水道低于AGN标准（即低于IV级）。图2.2-4显示了基于船舶容量和多式联运适用性的不同类别的欧洲水道。需要强调的是，巴伐34利亚流域东部和西部的基础设施质量存在巨大差异，除了经济、政治和管理因素外，还对交通的发展产生了影响。图2.2-4欧洲内河水运的市场份额（UNECE）莱茵河流域是AGN网络中最发达、维护程度最好和利用率最高的货物运输水路，拥有最高的人口和水道密度，其高等级航道的份额远高于其他欧洲内河水系[78]。2.2.2.2船舶属性（1）船舶数量欧洲的内河船队由近1万艘在莱茵河沿线国家注册的船只、3500艘在多瑙河沿线国家注册的船只、2300艘船在其他欧洲国家注册的船只组成。欧洲的运输船舶总数超过16000艘，其中62%以上的船舶活跃在莱茵河地区[79]。基础设施建设和船队构成的不平衡在莱茵河和多瑙河之间尤为明显。许多在多瑙河上航行的船只也在莱茵河上航行。2017年，根据CCNR的统计，莱茵河船队由9800多艘船只组成，如表2.2-1所示。而DC的报告称，2016年多瑙河船队共有3197艘船只，船队的发展情况如表2.2-2所示。表2.2-1莱茵河船队的发展情况干货船油船推拖船船舶数量年份船舶数量总载重吨船舶数量总载重吨200882491026000015692583000127620098203106690001643282400012862010795210647000173231270001220201179801076900017063203000126520127776107480001654317400012193520137618106810001623315200012672014746410553000160031850001251201573231049600015513185000124620167136102850001511315000012402017709210432000150131120001241表2.2-2多瑙河船队的发展情况机动船驳船推拖船船舶数量年份672船舶数量总载重吨船舶数量总载重吨649694201344639495226333024191576288751120144393928942511283493925784152015451401533244120164183971302171至于其他地区的水道包括：a.Azov-Black-CaspianSea流域（9339km）俄罗斯方面：2008年，在俄罗斯河流登记的船舶有28215艘，其中包括1066艘河海连通船。包括17694艘机动船和10521艘驳船，6807艘干货船、1705艘油轮和1596艘客轮。总运力12033吨，内河船舶平均船龄29年，河海连通船平均船龄28年。乌克兰方面：2011年初，乌克兰内河航运船队有1,048艘船只，包括18艘油轮和276艘干货船，其中66艘是机动船。b.Baltic流域（840km）在加里宁格勒和立陶宛，内河船队微不足道。在波兰，2007年有107艘自行式驳船，平均运力600吨，428艘推式驳船，平均运力500吨。这支舰队在波兰的水道上作业，这些水道与德国的水道和莱茵河流域相连。c.Czech-Slovak干线（714km）捷克船队由68艘自行式驳船和249艘推曳式驳船组成，平均载重量分别为900吨和500吨。它们目前主要从事国内运输，而跨国运输的经济可行性受到航道有限深度的严重影响。斯洛伐克舰队主要在多瑙河上运输货物。2009年斯洛36伐克共有内河船舶228艘，其中推船42艘，自行船28艘，推驳船143艘，客船15艘。d.Rhône-Saône流域（679km）Rhône-Saône流域专用的船队由宽度超过5.1米或足够窄但长于Freycinet船闸（38.5×5.20米）的船只组成，这样尺寸的船只能够在该流域航行，因为从该流域出来的每条路线都是Freycinet船闸的尺寸。目前船队总吨位21.54万吨，船舶152艘，其中2008年营运船舶134艘，总吨位20.96万吨。公共运输部分由挪威国家航道管理局定期报告。e.Seine-Oise流域（632km）Seine-Oise流域的专用船只数量约为500艘（宽度超过5.8米），唯一能通行的相连航道是北运河（6米宽的船闸），其他所有运河都是Freycinet尺寸的运河，船闸宽度为5.2米。船队的很大一部分是推船。因为没有Freycinet船，船队的平均规模比整个法国舰队大。（2）船型构成如图2.2-5所示，莱茵河和多瑙河船队的船舶数量占据整个欧洲地区船队数量的大部分，干货船的数量要高于液货船和推船、拖船。图2.2-5欧洲不同地区船队干货船、液货船和推船、拖船的数量37从主要国家的船舶数量来看，荷兰以4175艘货船、841艘推船和拖船的船船舶数量（艘）舶数量居首位[80]。其次是德国，约有2000艘货船，410艘推船和拖船。图2.2-6和图2.2-7分别展示了各个国家的货船和推拖船数量。船舶数量（艘）450040003500300025002000150010005000国家图2.2-6欧洲各国干货船和液体货船的数量9008007006005004003002001000国家图2.2-7欧洲各国推船和拖船的数量（3）船龄结构如图2.2-8所示，欧洲海事安全局统计了截至2023年整个欧洲船队（包括远洋船、内河船、沿海船）的平均船龄。38图2.2-8欧洲船队的平均船龄目前在欧洲内河上航行的许多船只都是30多年前建造的。事实上，莱茵河流域干货船的平均建造年份是1965年，油轮的平均建造年份是1979年。油轮船队是莱茵河流域最年轻的船队，21世纪建造的油轮占所有油轮的52%，而干货船和客船的这一份额分别为16%和29%。欧洲内河的推船和拖船大多是在20世纪建造的。荷兰在推拖船方面具有领先地位。进入21世纪以来，全球102艘新推拖船中，仅荷兰就注册了70艘。莱茵河船队中大约69%的推轮和拖船在荷兰注册，其次是德国，占19%。莱茵河沿岸国家约53%的油轮在荷兰注册，其中47%是在20世纪建造的，其余53%是在21世纪建造的。值得注意的是，荷兰的油轮在莱茵河所有油轮中53%的占比几乎完全符合国家船队数据库显示的52%的占比。排在第二位的德国油轮约占全球总量的25%，其中约45%建于20世纪，55%建于21世纪。干散货船船队是所有船型的船队中最古老。84%的船舶建造于20世纪，仅有16%建于21世纪。干散货船中51%在荷兰注册，德国和比利时分别占22%和16%。这些基于IVR数据库的数据，与国家船队数据库中的数据基本相符。依据后者的统计，莱茵河沿线49%的干散货船在荷兰注册，22%在德国，14%在比利时。法国98%的干散货船是在21世纪之前建造的，这是莱茵河流域所有国家中最古老的船队。而瑞士和荷兰，这一比例加起来高达76%。39莱茵河流域的客船总数为2213艘，其中71%是2000年以前进入市场的。荷兰和德国仍然在客船数量上占据领先地位，分别占所有船舶的53%和33%。瑞士以9%的份额排名第三，约有200艘客船。图2.2-91880-2021年间莱茵河流域不同船型的船舶试运行数量变化多瑙河干货船的平均船龄从18年（克罗地亚、乌克兰）到32年（斯洛伐克、摩尔多瓦）不等。奥地利的平均船龄是25岁。多瑙河船队的总平均船龄也是25年。另一方面，由于缺乏数据，多瑙河液货机动船整体的平均船龄更难确定，油轮的平均船龄为28年。除塞尔维亚和克罗地亚（超过25年）外，驳船船队的平均船龄不到20年。罗马尼亚（735艘，平均船龄17年）和乌克兰（369艘，平均船龄12年）的驳船船队是多瑙河上规模最大、最年轻的船队。奥地利干货推驳船的平均使用时长为19年。表2.2-3多瑙河船队的船龄船型船龄（年）干货机动船25液货机动船（油轮）28拖船35推拖船27推船25欧洲现役内河游轮船队占世界现役内河游轮船队的40%以上。欧盟地区的内河游船主要集中在中欧水道，根据船只数量，这些水道占欧盟内河游船船队40总数的近75%。2020年，欧洲内河游轮数量达到397艘，总计57,940张床位，而2019年为378艘现役船只，总计54,814张床位。如图2.2-10所示，欧盟游轮的平均船龄很年轻，2011年以后建造的游轮有194艘，几乎占整个船队的50%。82134691950以前112151951-1960501961-19701971-1980601981-1990461991-20002001-20052006-20102011-20152016-2020图2.2-10按建造年份划分的欧盟内河游船数量此外，船舶燃料方面，90%的船舶燃料是柴油，而10%的船舶燃料消耗为MDO、HFO、LNG和其他替代燃料。2.2.2.3货物运输情况考虑到总运输表现，莱茵河流域国家（比利时、法国、德国、卢森堡、荷兰、瑞士）加上瑞士、塞尔维亚和乌克兰，占据了欧盟27国内河水运货物周转量的78.6%，多瑙河沿岸国家的水运份额则为19.1%（不包括乌克兰）。从2020年欧洲内河水运货物周转量（约1320亿吨千米）来看，74.4%的运输属于跨国运输，无论是出口、进口还是过境运输。内河运输对某些走廊特别重要。目前的市场特征表明，在莱茵-阿尔卑斯走廊内的跨境交通中，内河水运占54%的运输份额。对于北海-地中海走廊，内河水运占35%的跨境交通量，北海-波罗的海走廊占38%，莱茵-多瑙河走廊占14%。41货物周转量（百万吨公里）60000德国荷兰罗马尼亚比利时法国5000040000201820192020国家30000200001000002017图2.2-11欧盟各国的内河水运情况传统范畴的莱茵河（从巴塞尔到德荷边境）的货物运输量在2020年达到1.6亿吨，货物周转量达到326亿吨千米，这部分数据由德国统计局根据港口和船东提供的信息计算得出。莱茵河航运中各货物运输量的一个重要变化趋势与能源变化趋势有关，煤炭在能源部门中被逐步淘汰导致了煤炭运输的减少，2020年延续了这种下降趋势。莱茵河运输的煤炭主要是从国外进口的，其中约一半用于能源行业，另一半用于生产钢铁。如果单独考虑与钢铁有关的煤炭，所有与钢铁生产有关的货物运输约占莱茵河水运货运量的25%。唯一呈现上升趋势的水运货物类型是农产品和食品，这与欧洲收获的更高的粮食产量有关。2020年集装箱货物运输量（净重）达1500万吨，与2019年的1520万吨基本持平。表2.2-4和图2.2-12显示了莱茵河水运不同类型货物的货运变化。表2.2-4莱茵河水运货物运输量货物类型20192020年增长比例%莱茵河总货运量174.1160.0-8.4矿物油产品30.027.6-8.0砂、石、砾石28.626.2-8.4化学品20.119.3-3.7铁矿石21.618.5-14.2农产品和食品15.717.4+10.7煤炭22.417.1-23.8集装箱货物15.215.0-1.4金属9.38.0-14.6423500030000货运量（百万吨）2500020000150001000050000201720182019202020122013201420152016金属石油制品化学品年份煤炭沙石铁矿石农产品和食品图2.2-12莱茵河水运货物类型在凯尔海姆（德国）和罗马尼亚黑海之间的整个可通航的多瑙河航段上，每年的货物运输量在3600万至4000万吨之间。2020年，多瑙河上（欧盟的多瑙河流域国家加上塞尔维亚）的货物周转量达到258亿吨千米，比2019年减少了1.4%。铁矿石、金属、金属制品、钢铁和炼焦煤的货运量占多瑙河所有货物运输的45-55%。2014年至2019年期间，多瑙河的铁矿石和金属货运量总体呈上升趋势。这是由于沿线许多国家积极的宏观经济增长环境，特别是2014年至2019年间，大多数国家的钢铁产量持续增长。农业部门稳定支撑着多瑙河运输，大量的粮食和其他农产品从多瑙河中部的港口运往多瑙河三角洲的港口。多瑙河上石油产品和化工产品的运输市场相对稳定。1.81.6货运量（百万吨）1.41.210.80.60.40.20201520162017201820192020年份农产品铁矿石化肥金属煤炭图2.2-13多瑙河中游的货物运输（百万吨）432.2.2.4港口建设现状整个欧洲有很多内河港口可供使用。据欧洲内河港口联合会统计，在欧盟超过18个国家有近200个内陆港口。一些主要的内陆港口如表2.2-5至表2.2-8所示。表2.2-5莱茵河主要港口的内河运输量（以百万吨计）港口/年份2017201820192020Duisburg52.248.147.842.4Cologne10.78.99.19.1Mannheim9.77.57.96.9Strasbourg85.97.56.8Neuss87.66.96.5表2.2-6多瑙河主要港口的内河运输量（以百万吨计）港口/年份2017201820192020Constanţa12.112.114.514.5Galati6.36.45.94.5Ismail5.14.74.33.2Smederovo3.23.642.6Linz4.23.23.43.4表2.2-7荷兰主要港口的内河运输量（以百万吨计）港口/年份2017201820192020Rotterdam159.2152.8152.8150.6Amsterdam58.460.16053.1Vlissingen13.415.319.917Terneuzen14.114.114.414.3Moerdijk9.510.210.210.9表2.2-8法国和比利时主要港口的内河运输量（以百万吨计）港口/年份201820192020Antwerp101.099.3101.322.8Paris13.9Liège22.125.36.8Strasbourg5.9Rouen16.016.05.97.54.85.544根据CCNR2020年发布的报告统计，途径莱茵河和多瑙河内河港口的货物总量在内陆腹地的港口中呈上升趋势，而靠近海洋的港口则有所减少。多瑙河河口附近港口的货物运输量从8.5%下降到4.4%，而位于多瑙河中游和上游的港口货运量显著增加。2.2.3船舶排放现状由于统计数据有限，而且经常与沿海航运等其他来源混杂在一起，因此很难获得欧盟内河航运排放的详细信息，需要依靠模型估计来获得对航运排放的认识。欧洲内陆船队排放的二氧化碳总量为4149.2万吨[82]。其他污染物的排放情况详见于表2.2-9。CCNR的许多活动现在已经超越了莱茵河的范畴，更普遍地关注于欧洲地区可通航的内河水道。在大多数研究中，多瑙河和其他小水道的排放要么被包括在莱茵河的排放中，要么由于缺乏特定水道的数据而被排除。大多数情况下，排放估计包括莱茵河-多瑙河走廊的排放量，而不仅仅是莱茵河。表2.2-9提供的欧洲部分的排放量只包括CCNR成员国，包括德国、法国、瑞士、荷兰和比利时。表2.2-9大气污染物和温室气体排放汇总表排放总量（千吨）CO24149.2CO38.2CH40.2NOx60.9PM102.0有研究估计了欧洲内河水道的排放量，包括多瑙河和其他水道：排放包括莱茵河和多瑙河内河船舶（不包括驳船和其他船舶）的排放。它包括比利时、法国、德国、荷兰、卢森堡、瑞士、捷克共和国、保加利亚、匈牙利、克罗地亚、摩尔多瓦、乌克兰、奥地利、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛伐克。图2.2-14显示了不同欧盟国家的总排放量分布[83]。德国和荷兰的份额最高，其次是比利时和法国，这反映了内河水运在这些国家的优越表现。45荷兰德国比利时法国罗马尼亚奥地利其他图2.2-14欧洲各国的排放分布在不同船型的排放中，主要的排放来源是干散货船，占总排放量的70%以上。图2.2-15展示了小型船舶的相对低效率。650-1000吨级干货船在货运业绩中所占的份额小于其排放份额[83]。干货船推驳船油船图2.2-15欧洲各船型的排放分布表2.2-10列出了CCNR进行的部分研究中使用的不同船型的污染物排放因子。对于二氧化碳排放假设了不同船型均为720克/千瓦时的排放因子。表2.2-10不同船型的排放因子[84]船型排放因子（g/kWh）客船（停泊或巡航工况）NOXPM推船（发动机总功率<500kW）推船（发动机总功率500-2000kW）9.220.48推船（发动机总功率≥2000kW）9.750.52469.070.488.260.41干散货船（长度≥110m）8.130.42油船（长度≥110m）7.470.35干散货船（长度80-109m）9.530.51油船（长度80-109m）机动船（长度<80m）8.390.41船队9.630.52渡轮7.770.3810.300.54根据内河船舶使用的燃料的排放系数，可以使用燃料消耗来粗略估计排放量。从图2.2-16可以看出，由于干货和液体货船是欧盟内河船队中数量最多的，这些船舶消耗了58%的年总燃料消耗。5%9%2%6%5%15%10%14%20%14%客船（停泊/巡航）推船（发动机总功率<500kW）推船（发动机总功率500-2000kW）推船（发动机总功率≥2000kW）干散货船（长度≥110m）油船（长度≥110m）干散货船（长度80-109m）油船（长度80-109m）机动船（长度<80m）船队图2.2-16不同船型的燃油消耗份额[84]燃油消耗[m3/a]图2.2-17显示了不同船型的内河船平均每艘每年的燃料消耗量[85]。25002000150010005000船型图2.2-17不同船型平均每艘船每年燃料消耗量欧洲委员会发布的2020年莱茵河和多瑙河船队（不包括驳船）的排放清单包含的船舶总数只有12262艘，NOx、PM和CO2的排放量以及每一类船舶的燃47料消耗量如表2.2-11所示。液货船和干货船在CO2、NOx和PM排放方面贡献最大，分别约占欧洲船队总量的60%、57%和55%。表2.2-11不同船型的排放船舶信息每年的排放估计船型船舶数量预计耗油量(M3)NOx（吨）PM（吨）CO2（吨）客船25531065163895177281201推船<500kW8902864475620推船500-2000kW5208197099549216400推船≥2000kW3674520196733干货船≥110m6102067402966125545794液货船≥110m60283168544582干货船80-109m18012914702647116769482液货船80-109m647153209404473机动船<80m4463219456668123457936314078155206328船队12262132384860892113819976合计1138655151712198707432243285509692199需要特别指出的是，对于莱茵河和多瑙河流域以外的其他地区的特定航道的排放情况并没有相关的报告和研究。此外，正如前文所提及的，欧洲现役内河游轮数量占世界现役内河游轮船队的40%以上，排放自然也不容忽视。如表2.2-12所示，根据欧洲运输与环境联合会（AISBL）的数据，2022年，在欧洲港口附近，214艘游轮（仅包括5000总吨位的船舶）排放了509吨SOx、19125吨NOx和448吨PM2.5。欧洲的游轮活动明显以3倍的速度增长，空气污染也是如此，因为港口周围的污染物排放标准多年来没有变化。与2019年相比，游轮的数量、在港口附近停留的时间和消耗的燃料都增加了约四分之一（23-24%）。这导致SOx排放量增加9%，NOx排放量增加18%，PM2.5排放量增加25%。表2.2-12欧洲港口附近游轮的排放在港口逗留时总燃油消耗SOx排放NOx排放PM2.5排放年份船舶数量（吨）（吨）（吨）（吨）长（天/船）201917363.533212446516140360202221463.24110235091912544848如表2.2-13所示，2019年至2022年期间，游轮在欧洲专属经济区（EEZ）停留的时间与在港口附近停留的时间相近，即增加了23%，燃料消耗量增加了18%，航行距离增加了16%。由于2020年引入了全球0.5%的硫含量上限，2019年至2022年，专属经济区的SOx排放量减少了62%，NOx增加8%，PM2.5下降15%。与燃料含硫量有关的PM排放量预计会减少更多，但实际上，与使用含硫量为0.1%的MGO相比，洗涤塔的使用加剧了PM2.5的排放。表2.2-13EEZ区域航行游轮的排放年份船舶航行距离EEZ逗留时长总燃油消SOx排放NOx排放PM2.5排数量（海里）（小时）耗（吨）（吨）（吨）放（吨）201917364841947228062198411288202221475144998879772591161397游轮的所有排放量在2019年至2022年间都有所增加。到2022年，CO2排放量增加了近17%，达到810万吨CO2。这些排放量相当于巴黎和纽约之间5万次航班的排放量。CH4、CO2和黑碳（BC）的排放量如表2.2-14所示。表2.2-14游轮的温室气体排放总燃油消耗（千吨）CO2排放（吨）CH4排放（吨）BC排放（吨）年份船舶数量tCH4tCO2等效tBCtCO2等效20191732198029696522714784405773766345920222142591827812603678042325588597731492.3美国篇2.3.1管理体系2.3.1.1航运管理机构美国内河水运的管理系统并不单由一个主体领导，而是一个由联邦、州和地方多级机构监管和规划内河水运基础设施的复杂程序[86]。总的来说，美国内河水运一共有8个主要的利益相关主体：美国陆军工程兵团（USACE）、美国海岸警卫队（USCG）、美国环境保护署（EPA）、海事管理局（MARAD）、州政府、地方政府、港口管理机构和航运公司。USACE在内河水运方面的职责主要包括管理和优化水运基础设施，提高船用替代燃料的使用，开展基础设施改进相关的实验研究，协调各州和联邦政府以降低内河水运对环境的影响[87]。USACE本身并没有控制内河水运环境影响的49职责，但该部门的职责及其发布的政策和项目间接地影响着美国内河水运排放[88]。内河水运基础设施的新建和维修费用由USACE和使用水道的商户共同承担（50%来自于IWTF，50%来自于USACE）。USCG承担了管制船舶排放的职责，总的来说，USCG需要规范、监测、报告和应对船舶排放相关事件[89]。USCG通过执行美国水域内河船只的排放标准，并收集AIS数据来监管内河水运[90]。比如，USCG需要确保船舶一般许可证（VGP）的施行，该法规确定了船舶排放污染物的标准，包括压载水和发动机排放[91]。作为USCG的一部分，国家船舶调度中心（NVMC）负责记录和监控美国水域的船舶抵达，其中一个主要职责是追踪船舶航行轨迹及其对应的排放数据[92]。EPA是美国内河水运排放监管的几个主要负责部门之一，主要职责包括制定船舶排放标准、监管排放、支持R&D、提供财政拨款、管理内河水运的排放、与其他机构合作建立美国的空气污染物排放清单[93]。EPA在内河水运方面采取主要措施包括清洁空气法案（CAA）和清洁水法案（CWA）的施行[94]。EPA还负责向79英尺及以上的船舶颁发VGP，该VGP的执行则由ESCG负责[95]。EPA还要求部分船东上报排放和其他航行数据如燃油消耗、航行距离、平均船速和其他参数[96]。这些数据被EPA通过中央数据交换（CDX）或者交换网络（EN）等电子工具处理后发布在各种报告中[97]。总的来说，有18个州和地方机构在使用EN，剩余的则使用CDX。这些排放报告将对国家排放清单（NEI）的更新做出贡献。MARAD是美国交通部（DOT）的一个下属部门，主要职责包括确保包括港口、联邦航道和船舶运行在内的海运业的可持续增长[98]，并确保水运和其他交通运输方式联运畅通。虽然MARAD不像USGC和EPA对内河水运的排放有直接的监管职责，但其颁布的一些项目和政策在促进建成环境友好的水道方面扮演着重要角色，比如为改善美国航道环境质量的减排项目提供资金支持[99]。州和地方政府也是美国内河水运管理的重要一环。美国每个州都有自己的部门监管当地内河航道网络、河流和湖泊。比如，在伊利诺斯州，内河航道由伊利诺伊州自然资源部（IDNR）的水资源办公室管理，该部门负责监管连接密50西西比河和密歇根湖的伊利诺斯河，并负责维护相应的基础设施，监管水质，保护航道的生态环境和野生动物资源[100]。在州内，伊利诺斯州环境保护局（IEPA）负责管理包括内河船舶在内的各种排放源的排放[101]。其他主要的州级排放管理部门包括明尼苏达州污染控制署(MPCA)、路易斯安那州环境质质部(LDEQ)和加州空气资源委员会(CARB)等等。在地方层面，港口当局通过各种计划和倡议，在内陆航运脱碳方面发挥着重要作用。港务局的主要职责是管理港口供应链和基础设施[102]。美国一些重要的港务局包括洛杉矶港、休斯顿港、新奥尔良港等。此外，航运公司、非政府组织、环保组织和研究中心也可以影响内河航运业的治理[103]。简而言之，美国的内河水运治理是一个复杂的多层系统，涉及联邦、州、地方多级部门和其他利益相关者之间的协商合作。该系统主要被认为是纵向分级管理的，联邦机构在重大政策和基础设施项目中发挥主导作用。但在一定程度上，它确实涉及一些横向结构的多层次治理。例如，联邦政府将对美国所有航道拥有管辖权。另一方面，州政府的管辖权局限于本州内的部分河道，而不是整个水系，并且在一些重大项目中仍需要得到联邦政府的批准[104]。各州政府可以选择遵循联邦政府实施的控制政策，也可以制定更严格的标准，例如加利福尼亚州就实施了更严格的排放标准[105]。此外，这些部门还将监管地方和国家层面的空气质量，提供财政支持和激励政策以鼓励更清洁的技术，并推动各方共同参与到美国环境保护的事业中[106]。图2.3-1显示了美国IWT的治理概要。51图2.3-1美国IWT治理概况2.3.1.2航运管理法规在美国，内河水运的监管法规是一个复杂的框架，主要包括联邦、州和地方法案、EPA制定的排放标准和其他国际标准。提到联邦法律，就不得不提琼斯法案，也被称为1920年商船法，该法案要求所有通过美国水路运输的货物必须由美国制造、船东和船员均为美国公民的船只运输[107]。内河水运方面的另一个重要法案是《河流和港口法》[108]。始于1899年，该系列法案赋予USACE开发、改造和监管美国水道及有关项目的权力[109]。《内河航运条例》是一套联邦层级的法规，监管内河船舶的航运过程，包括船舶航行交通规则、航灯规则、先行权规则等[110]。《污染防治法》通过限制生产、经营过程及原材料的使用，来减少包括内河水运在内各部门的污染排放[111]。具体到内河水运方面，该法律要求船舶制造商、船东和经营人遵守MARPOL附则VI[112]。最全面的联邦法律之一是《清洁空气法》（CAA）和《清洁水法》（CWT）[113]。CAA规范了美国的排放和空气污染，对包括内河船舶在内的所有排放源52制定了若干法规[114]。而CWT则针对的是水污染治理，其主要目标是保护、改善和恢复美国的水质[115]。1978年的《内河税收法》设立了内河航道信托基金[116]。该基金的收入来自船用发动机的燃油税，该税被称为内河航道使用费，税费为每加仑0.29美元[117]。该基金的主要目的是建设、维护内陆基础设施。完善的基础设施和航道建设可以减少排放的产生、支持减排技术的应用，因此该基金间接影响着内河水运的减排。值得注意的是，该费用仅由机动船支付，同时在一些水道上航行的船舶是免税的，如夏威夷、阿拉斯加、巴吞鲁日以下的密西西比河下游部分地区、威拉米特河和休斯顿航道。图2.3-2显示了联邦收取燃油税的内河水道。图2.3-2美国收取燃油税的内河水道另一个重要的基金是根据1986年《水资源开发法》（WRDA）设立的港口维护基金，主要目的是维护港口航道和开发项目，确保美国水道内的顺畅运行[118]。港口维护费是对国内和国际贸易的一些货物征收的费用，收费标准为货物商业价值的0.125%[119]，这相当于每1000美元价值的货物需要缴纳1.25美元的港口维护费[120]。按照传统规律，WRDA每两年通过一次新法案。第一部《水资源保护法》于1974年颁布，随后几年通过了一系列法案，以应对不断变化的水资源和基础设施相关挑战。最近一次更新是在2022年，其主要目的是批准94项新的技术研究的启动，并批准21项水资源相关的基础设施项目的建设[121]。监管框架的另一个组成部分是国际法规，主要涉及国际海事组织（IMO）的法规和标准。美国作为MARPOL的签署国，适用MARPOL附则IV中的标53准，EPA将负责对美国船舶执行这些标准[122]。IMO的另一项重要举措是设立大气污染物排放控制区（ECA）。IMO在EPA的协助下，于2010年设计了北美控制区，涵盖夏威夷8个岛屿、太平洋、大西洋和墨西哥湾沿岸，在这些地区作业的船舶都需要遵守更严格的排放标准，具体控制标准如表2.3-1所示[123]。表2.3-1北美大气排放控制区（ECA）SOx和PM控制标准NOx控制标准地区燃料硫含量NOx排放（ppm）限值起始日期船舶建造年份2010年7月115000日之前北美大气排放控制区和2010年7月1100002016年1月1阶段Ⅲ美国加勒比海日之后日及以后2015年7月11000日之后通过明确的排放标准和强制许可管理内河船舶的航行。EPA负责制定包括内河船舶在内的美国船舶的排放标准，规定不同污染物的最高排放限值。在《船用发动机法规》中，EPA对C1、C2和C3三大类船舶设定了不同的排放标准[124]。EPA的一级标准始于1996年，在2001年至2006年间生效的二级标准下应用了不同严格程度的限值，三级标准在2006年至2008年之间分阶段实施，四级标准引入了大量减少NO、HC和PM的标准，第五级标准目前由CARB规划，计划于2024年实施，Tier5旨在实施更严格的PM和NOx标准，还计划提出新的船舶二氧化碳排放标准[125]。管理美国水道的另一个重要方法是颁布并执行许可。首先是船舶一般许可证（VGP），该许可为船舶排放污染物（包括发动机排放）设定标准，由EPA授予并由USCG执行[126]。此外还有一些其他的许可，例如由USCG签发的检查证书和海岸警卫队文件等等。图2.3-3概述了美国内河航道的监管框架，包含了部分较为重要的法规和条例。54图2.3-3美国内河水运主要的法规、政策和标准美国内河水运的脱碳和减排在联邦和州层级均属于优先事项，各级政府正在通过许多政策、项目、基金、行动方针等推进内河水运的减排。目前针对内河水运减排的措施可以分为以下几个方向。首先是能源和减排技术方面的应用。在船舶改造方面，推动船用燃料向零排燃料的过渡，提高生物燃料、氢和氨等替代燃料的应用；改造船舶设备使之能够使用电力或者建造运行全电动内河船；改进内河船舶的设计，改造现有船舶，以降低燃料强度，提高能源效率。在内河港口方面，往港口电气化和可再生能源使用的方向发展，通过岸电设施减少内河船舶靠港期间的排放，考虑在港口建设必要的基础设施以利用太阳能和风能等可再生能源。此外，鼓励科技创新是必要的，政府需要提供必要的资金和政策支持以促进内河船舶减排新技术的开发和应用，包括提高船舶航行效率、探索替代燃料的使用、开发船舶电池技术和许多其他的重要研究课题。其次是水运相关基础设施的建设。内河水运的发展程度很大程度上受到船闸尺寸、航道宽度和可通航深度的限制。对于大多数美国水道来说，只有大约9英尺的可通航深度，这对于内河船舶的通航显然造成了很大的阻碍。而老旧的55船闸带来的船舶等待时长也将带来许多不必要的停泊排放。因此，建设航道、改善内河基础设施，以促进向更清洁高效的内河水运的转型是美国内河水运发展的一大重点。最后是管理方面的提升。建立一个明确的管理框架，通过不同的机构和明确的分工来有效地执行。此外，还需提高内河水运行业不同参与者之间的协作和伙伴关系，主要是公私合作关系，这将支持水运基础设施的资本密集型投资。以下对直接或间接促进美国内河水运部门减排的几个重要政策进行了总结。一个重要的航运发展项目是两党基础设施法（BIL）。该法案设立的基础设施基金是拜登-哈里斯美国港口和水道行动计划的一部分，投资超过170亿美元，用于改善内河航道和港口的基础设施，应对内河水运的环境挑战。基金的目标是维护和修复内河水运的基础设施，建设绿色、智慧和高效的港口，促进内河船舶的电气化，提高减排技术的使用。BIL支持的项目包括美国海上公路计划和港口基础设施发展计划。海上公路计划来自于MARAD，致力于扩建现有基础设施，建造新的海运设施，旨在发展海运业同时减少航运排放。一个海上公路计划补助金的例子是2022年的詹姆斯河集装箱扩建工程，计划为项目提供了371.2万美元的拨款，以扩大该地区的驳船集装箱业务，加强水路运输。港口基础设施发展计划在提供资金以建设和改善港口设施的同时也支持清洁能源技术和电气化改造现有设施。该计划为2022年加州中港码头零排放转换项目提供了三千万余美元的资金支持，用60台新的电动拖拉机取代目前码头堆场的所有柴油拖拉机，并为位于长滩港的码头增加岸上技术基础设施。抑制通货膨胀法案（IRA）向EPA提供30亿美元，用于投资水运碳中和技术，并协助美国港口制定减排行动计划。EPA的清洁港口计划就是由法案资助的倡议之一，计划协助美国港口制定旨在改善空气质量和实现零排放的气候行动计划。MARAD还设立了建设储备基金，提供延缓税收的优惠，旨在扩大和现代化美国船队并提高现有船只的运行效率。该计划覆盖了大量的船舶，包括大型货船、油轮、拖轮、驳船、在五大湖运营的内河船舶等。56此外，MARAD还设立了小型造船厂拨款计划，对于规模较小的船东和运营者提供资金支持，帮助其修理或改造船舶，以提高船舶的航运效率和环保性能。EPA还发布了柴油减排法案，通过与其他政府部门、环保组织、企业等合作，减少包括内河水运在内的运输部门的柴油相关的排放。法案为使用柴油发动机的船舶所有者提供补助金，以更换或改造其船舶。该基金为休斯顿港务局提供了200万美元，为两艘港口所有的船舶改装新的Tier4船用发动机。此外，还有一些计划和基金在内河水运的发展和减排中发挥着重要作用，如USACE的可持续航运和生态发展计划、EPA的智能公路运输计划、MARAD的海事环境和技术援助计划、内河航道信托基金、港口维护基金、拥堵缓解和空气质量改善计划、清洁船舶行动计划等。如表2.3-2所示，MARAD是主要的为内河水运各方提供资金来源的的联邦机构。考虑这些项目的建设目标，以基础设施的发展为首要的目标的项目在数量上占有优势，其次是港口和设备的电气化，最后才是替代燃料和可再生能源的发展。表2.3-2美国几个主要的直接或间接推进内河水运脱碳的资金和项目项目及其来源基础设施替代燃料或电气化或能源促成合作可再生能源效率的提升美国海上公路计划(MARAD)XX港口基础设施发展计划(MARAD)XXXX建设储备基金(MARAD)X基本建设基金(MARAD)X清洁港口计划(EPA)XXX小型造船厂拨款计划(MARAD)X可持续航运和生态发展计划X(USACE)港口维护基金(USACE)X内河航道信托基金(USACE)X海事环境和技术援助计划XXXX(MARAD)57柴油减排法案(EPA)XXX联邦船舶融资计划(MARAD)XXXMARAD的生物燃料计划X(MARAD)智能公路运输计划(EPA)XX拜登-哈里斯美国港口和水道行动计划XX2.3.2航运现状2.3.2.1主要河流美国内河水系拥有超过12000英里可通航的河流、湖泊和运河[127]，是全国货物运输和贸易的重要支柱之一。内河水运运输了大量的煤炭、石油产品和其他化学品[128]，因其商品特点，造成了大量的直接和间接排放。根据美国最新水上运输航道报告，2021年美国除了渔船以外的注册船舶数量约为44662艘[129]，其中内河船舶数量最多，约为35224艘，其次是沿海船，约为8845艘，五大湖地区的船舶数量为593艘。据国家水运基金会，约20%用于发电的煤炭、22%的石油产品和全国60%以上的粮食出口通过内河水路运输[130]。正如USACE在其年度运输报告提到的，内河和五大湖地区贡献了5.439亿吨的货运量和29.23亿吨英里的货物周转量[131]。美国内河规模最大也最重要的水系是密西西比河水系。该水系的河流总长度约2500英里，是连接中西部和南方地区的交通命脉[131]。密西西比河包括了密苏里河、俄亥俄河、伊利诺伊河和其他一些支流，连接了包括明尼阿波利斯、孟菲斯、圣路易斯和新奥尔良在内的许多重要城市。作为美国最繁忙的航道之一，密西西比河贡献了美国内河水运市场重要的煤炭和石油运输份额。墨西哥湾沿岸航道在运输石油和化学品相关制品方面同样重要。该水系拥有超过1100英里的河流长度，连接了如休斯顿和新奥尔良的重要港口。根据美国最新水上运输航道报告，有超过35104艘船舶在密西西比河和墨西哥湾沿岸河道通航，占据了美国所有注册船舶的78.9%[131]。另一重要的内河水系是五大湖地区，包括苏必利尔湖、密歇根湖、休伦湖、伊利湖和安大略湖。五大湖是运输大宗货物如粮食、煤炭和钢铁的重要航道。五大湖的船舶数量占全国的1.3%[131]。58美国航运的另一重要区域是沿海地区，包括大西洋、墨西哥湾和太平洋。尽管沿海航运严格意义上并不属于内河水运，但许多研究和报告都将沿海水运包含在内河水运中，通过二者的共同统计数据给出内河和沿海地区的水运特征。在沿海地区作业的船舶数量约占美国注册船舶总数的19.8%[131]。图2.3-4展示了不同地区注册船舶的数量百分比，密西西比河和墨西哥湾沿岸地区应被列为美国船队减排的首要任务之一。五大湖沿海内河0.0%50.0%100.0%图2.3-42021年美国各地区注册船舶数量占比2.3.2.2船舶属性（1）船舶类型正如2.2节提到的，美国环保署在1999年发布船用发动机规则后，为其国内注册船舶设定了三个主要类别，船舶的分类主要基于缸排量。就第1类船舶而言，主要是用于商业用途的小型内河船只，如拖船。第2类是中小型船舶，主要航行于内河和沿海航道。第3类船舶由大型远洋船舶构成，主要使用残余燃料。第1类和第2类的船舶以馏分燃料为主要能源，所适用的标准要比第3类船舶更严格[132]。USACE还将美国的注册船舶分为机动船和非机动船[133]，如图2.3-5所示。机动船不需要任何外部推进系统来领航，可以通过自身的动力系统来航行。机动船又分为拖船、推船、油轮、客船、干货船、近海供应船和集装箱船七类。2020年机动船的数量为10333艘，其中内河有6315艘。非机动船，也就是驳船，因为缺乏动力系统而不能独自航行，分为五种类型：甲板驳、油驳、干顶驳、干敞驳及其他干驳船。2020年驳船总数为34167艘，其中内河有29382艘[134]。正如前文所提及，只有机动船被纳入内河航道税的范畴，这使得这些船舶的数据更容易获取，这是由于船东在支付内河航道税以外，还需要提供更多船舶动59静态数据，包括船舶航行、船舶类型等信息。未来如能找到方式将驳船也纳入这一范畴，将有助于填补美国排放清单中关于驳船的数据空白，进而对内河水运的减排路径有更明确的认知。其他干驳船船型开放式干驳船甲板驳船油驳船封闭式干驳船干货船近海供应船集装箱船拖船客船油轮推船020004000600080001000012000数量图2.3-5各种类型内河船舶的数量美国内河船舶中的拖船有一套单独的由功率大小进行区分的分类方式，功率单位为马力（hp）。USACE统计了美国的拖船总数为6385艘。如图2.3-6所示，这种分类方式将拖船分为了低于500hp的614艘船舶、500-1000hp的1513艘船舶、1501-2000hp的943艘船舶和其他类别的船舶。低于2000hp的拖船占据了美国总拖船数量的60%。这些相对小型的船舶有着高达44年的平均船龄[135]，这对美国船队向高效清洁的船舶转型的过程造成了一定困难。动力级别（马力）未知>90007001-90005001000150020005001-70004001-50003001-40003001-40001501-2000501-1000500-1000<5000船舶数量（艘）图2.3-6美国不同动力级别的拖船数量（2）船龄结构60船舶的年龄对于其排放特征有着重要影响。尽管没有全面的统计数据单独讨论内河船舶的船龄，而是统计了美国注册船舶的总体船龄，但仍能基于已有的统计给出一点关于美国内河船舶平均船龄的分析。总的来说，美国船队38年的船龄中位数要高于全球的船龄中位数。例如，拖船占机动船数量的27%以上，在内河水运发挥重要作用，而其平均船龄要比全球高24岁[131]。基于来自《美国水运航线》和《2021年美国沿海和内河航运系统》的数据，我们对美国内河水运中8类重要船舶的船龄进行了统计。如图2.3-7所示，船龄高于25岁的内河船舶占据了全船龄段船舶超过33%的比例。船舶数量（艘）14000120001000011-1516-2021-25>258000船龄（年）6000近海供应船4000客船开放式干驳船2000甲板驳船0<=56-15拖船推船封闭式干驳船油驳船图2.3-7内河船队的船龄结构（3）船舶运载能力如表2.3-3所示，2010-2020年，美国国内航运（内河、沿海和五大湖区）机动船总数保持相对稳定，仅从10775艘减少到10333艘。2020年美国机动船的载客数约为421880人，运输货物1177万吨。表2.3-3美国机动船运载能力船型2010201520192020机动船干货船船舶数量324247221222马力6,202,8014,473,2053,627,6763,670,4148,500,2486,716,9185,685,2065,744,728载货能力（吨）载客能力（位）3,2043,2093,2213,22161近海供应船船舶数量2,1791,8881,8201,846马力5,250,2305,306,6095,388,5235,589,921载货能力（吨）1,176,6881,432,6701,496,1091,549,708载客能力（位）54,17948,52946,41646,816渡轮及客船船舶数量1,9101,7321,7411,804马力7,907,3738,718,4169,449,7149,563,083载货能力（吨）190,596133,937130,516235,486载客能力（位）394,497368,665363,662370,095油轮船舶数量102727676马力1,138,088863,207867,879867.879载货能力（吨）4,901,0283,986,1483,910,6893,910,689拖船船舶数量6,2606,1696,2946,385马力21,005,15324,079,56128,583,54230,332,191载货能力（吨）154,710204,976297,076326,517载客能力（位）1,3761,3791,7481,748合计船舶数量10,77510,10810,15210,333马力41,503,64543,440,99847,917,33450,023,488载货能力（吨）14,923,27012,474,64911,519,59611,767,128载客能力（位）453,256421,782415,047421,880美国国内航道非自航船舶数量从2010年的31906艘增加到2020年的34168艘。就乘客数量而言，载客数约为6840人。2020年，国内航道非自航船舶货运量72982159吨。表2.3-4美国非自航船运载能力船型2010201520192020干货驳船舶数量20,90320,33720,46920,783载货能力（吨）37,040,16237,136,49638,550,43339,333,160载客能力（位）1,5562,5262,5282,52862油驳船舶数量4,5325,1375,4995,648载货能力（吨）14,831,72517,752,33919,566,21120,189,398甲板驳船船舶数量6,4717,3457,6327,737载货能力（吨）9,262,17012,422,64813,231,57513,459,601载客能力（位）2,6103,4873,2823,282合计船舶数量31,90632,81933,60034,168载货能力（吨）61,134,05767,311,48371,348,21972,982,159载客能力（位）4,1666,0136,8376,839（4）船舶燃料类型与世界上许多船队一样，目前美国船舶上使用的机械不适应零碳燃料，这意味着燃料组合完全由化石燃料主导，主要是船用柴油（MDO）、重油（HFO）和一小部分液化天然气（LNG）。燃料混合的详细情况如表2.3-5所示，美国船队的燃料以MDO为主。表2.3-52018年美国船队的能源需求（单位：TJ，按燃料类型分列）MDOHFOLNG甲醇合计20278美国船队合计(TJ)17868如表2.3-5所示，MDO占燃料类型的64%，其次是HFO，占24%。如图2.3-8所示，每个类别船舶的燃料消耗有所差异，集装箱和拖船约占能源需求的35%。图2.3-82018年美国国旗船舶按船型的能源消耗632.3.2.3主要货运航线及港口美国内河水运系统有几个重要商品运输走廊，如石油和石化产品走廊（密西西比河从密苏里州的圣路易斯到新奥尔良航段）、农产品和食品走廊（从密西西比河上游和伊利诺斯河到新奥尔良的流域范围）、煤炭走廊（主要覆盖俄亥俄河流域）、制成品走廊（密西西比河从圣路易斯到新奥尔良航段）。根据USACE的美国沿海和内河航运系统，密西西比河运输的商品约为1.53亿吨，其次是墨西哥湾沿岸航道，货运量约为1.45亿吨[132]。如图2.3-9所示，绝大多数沿海机动船主要在大西洋、墨西哥湾和太平洋沿岸开展业务。只有76艘油轮在国内航道中航行，承担了总货运量的33%。相比之下，在内河水运中运营的拖船约为6385艘，仅占货运能力的3%。如图2.3-10所示，绝大多数机动船活跃在密西西比河和墨西哥湾沿岸水路，7.3千万吨的运输总量中约80%通过这一区域的水路运输。800700货运量（百万吨）6005004003002001000合计石油及石油制品煤炭化学品农产品和食品运输货物种类内河沿海五大湖图2.3-9主要运输商品的运输途径64合计五大湖地区密西西比河和墨西哥湾沿岸航道大西洋，墨西哥湾和太平洋沿海地区04812载重吨（百万吨）拖船近海供应船油轮集装箱船合计图2.3-10美国各地区机动船载货能力合计五大湖地区密西西比河和墨西哥湾沿岸航道大西洋，墨西哥湾和太平洋沿海地区020406080载重吨（百万吨）油驳船干驳船合计图2.3-11美国各地区驳船载货能力沿海港中最大的内贸港是南路易斯安那港，货运量超过1.15亿吨，排名第二的休斯顿港货运量超过0.75亿吨，新奥尔良港的内贸约为0.453亿吨。这些港口和航线在美国内河和沿海的商品运输中占据重要地位。然而，繁忙的水运和港口周转也带来了高额的温室气体排放。基于此，地方和联邦政府颁布了许多政策和行动方针致力于内河水运的减排和脱碳。65表2.3-6美国主要内河港口港口货运量（百万吨）Mid-OhioValleyPort,OHandWV36.5Cincinnati-NorthernKY35.9Huntington-Tristate,KY,OH,WV31.1St.LouisMetroPort,IL,andMO29.9IllinoisWaterwayPorts,IL16.5ElOWAandWIllinois,IAIL7.3NorthernGrainbeltPSA,MNandWI4.82.3.3船舶排放现状目前，尚没有明确计算了美国内河水运部门的排放清单。然而，有一些来自EPA、东部研究小组、ABS、蓝天海事联盟、范德比尔特大学、UMAS和其他报告的研究和草案包含了内河水运和海运的排放，这些研究为美国的内河和海上运输提供了不同的排放概况。总的来说，排放量的计算主要是基于AIS系统的数据、船舶静态统计数据或燃料消耗数据展开。范德比尔特大学与ABS合作编写了一份涵盖了内河水运排放的研究报告，简化了排放计算，根据总燃料消耗及其相应的排放因子计算排放量，船舶数据主要从内河记录中检索。燃耗消耗的数据是基于美国最大的驳船公司的燃料燃烧真实数据及其市场份额估计了整个内河船队的燃料消耗总量。其次，还根据内河航运信托基金的税收收入得到燃料的售卖情况。报告估计，内河船舶消耗了大约5.5亿加仑的燃料，每加仑燃料的CO2排放系数为10.21千克，税率为20%。根据该研究，2018年内河水运的总排放量约为567万吨CO2[133]。蓝天海事联盟的另一项研究采用了与范德比尔特大学和ABS所做的研究类似的方法，基于驳船公司的反馈和不同类别的船舶燃料使用情况，估计了船舶的燃料消耗。与之前的研究相比，前者的税收归宿约为50%，后者为20%。该报告估计，2018年美国船舶（包括内河船、沿海船、远洋船和其他船舶）的排放量为4530万吨CO2。至于内河水运单独的部门排放，该研究由于难以估计内河船队消耗的燃料量而无法给出较为准确的计算，这主要是因为美国内河的一部分船舶不需要缴纳内河航道税，而且一些公司不愿意提供燃油税相关的数据，这部分船舶的排放将无法准确获得。例如，若税率为80%，则消耗的燃料为476万吨，若税率为20%，则消耗的燃料则为290万吨。因此，内河水运的CO2排66放量可能从56亿公斤到1480万公斤不等，这是基于2018年报告的燃料税收归宿得到的估计。由于两种估计之间的范围较宽，报告中估计税收归宿为50%，内河船舶的CO2排放量为930万吨，内河船舶消耗300万吨燃料，平均每使用1吨燃料排放3.1吨CO2[134]。UMAS的研究估算了美国航运的排放量。与之前的两项研究不同，这家航运咨询公司开发了自己的模型——UMAS燃料统计和排放模型，该模型基于AIS数据和船舶信息进行计算，该研究还估计了美国注册船舶消耗的燃料。值得注意的是，该研究提到，只有56%的美国船只被AIS捕获，其载重吨约占总载重吨的87%。总体而言，美国注册船舶排放的CO2总量为2598万吨（分析也包括捕鱼的排放量），而国内水运（包括内河和沿海）排放的CO2总量为1330万吨。不同类型船舶的排放情况如表2.3-7所示。报告还指出，拖船占2018年国内航运排放的26%，CO2排放量约为349万吨。2018年，主要由内河拖船构成的服务船舶排放了约109万吨CO2，约占国内水运总排放量的8%。同时在内河和远洋水运中占据重要份额的船舶是渔船，根据这项研究，渔船在2018年排放了562万吨CO2[135]。表2.3-7美国船队不同船型船舶排放量船型CO2排放量（百万吨）散货船0.74化学品运输船1.45集装箱船4.9游船0.3渡轮（只限多人)0.66渡轮(Ro-Pax)0.44渔船5.62普通货船0.29杂货船1.35近海供应船3.46油轮0.83冷藏散装船0.05滚装船0.51后勤服务船1.0967拖轮3.49载具0.73游艇0.07合计25.98东部研究小组为EPA提供的两项研究估计了美国海运的排放量，这两份报告是EPA国家清单的一部分。估算排放量的方法如下式所示，主要基于AIS数据进行计算。𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙=𝑇𝑖𝑚𝑒(ℎ𝑟)𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙×𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟(𝑘𝑊)×𝐸𝐹(𝑔/𝑘𝑊ℎ)×𝐿𝐿𝐴𝐹其中，𝑇𝑖𝑚𝑒对应于每个连续AIS信息之间的活动持续时间；𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟是根据船舶类型和船舶航行工况来判定的发动机功率；EF是发动机的排放系数；LLAF是负荷因子。该研究比较了C1类和C2类发动机的排放演变。2017年，装载C1和C2类发动机的船舶的排放约为1460万吨CO2，2020年减少至1050万吨CO2。而C1、C2和C3类船舶的总排放量相当于3864万吨CO2[136]。除CO2外，该报告还给出了C1和C2类船舶排放的其他大气污染物。美国EPA最新的温室气体排放清单草案中估计了美国水运的排放量。在草案中，排放量是根据国内水运（包括内河和沿海）的燃油销售计算的。这项研究没有考虑到国际运输活动消耗的燃料，得到的内河和沿海水运总排放量为2330万吨CO2。图2.3-12比较了不同报告的总排放量。各类研究和报告在估计美国内河及沿海水运排放量方面缺乏统一性。首先，这种差异是由于水运排放计算缺乏标准化，研究采用不同的计算方法和原始数据来源。一些报告使用AIS数据，而其他报告使用燃油税来估计排放量。而不同的方法使用的数据来源的误差也给计算结果带来了不确定性和差异。AIS信号覆盖的船舶比例和某些类别船舶的非强制性排放报告给排放计算带来了巨大的误差空间，特别是约有49%的美国船舶没有被AIS信号捕捉到。一些地区和船舶类别免征内河航道税，这导致了一些基于此类税收收入来估计燃料消耗的报告对水运排放的低估。68CO2总排放量（百万吨）2523.313.320159.310.5105.6750研究及报告来源内河水运排放内河及沿海水运排放图2.3-12美国内河和沿海水运的排放2.4对比分析2.4.1管理体系正如上文提到的，高效的管理有利于促进内河水路贸易、运输和环境可持续性。表2.4-1给出了美国、中国和欧洲内河水运管理体系的主要区别。通过对比这三个地区，可以从其内河水运管理方法中获得经验和借鉴。表2.4-1美国、中国和欧洲内河水运的管理体系、资金来源和监管机构的对比国家管理体系主要资金来源主要监管机构美国存在一些横向结构的联邦政府联邦政府（USACE,中国集中管理模式使用费（内河航道USCG,Marad,EPA...）税、港口维护费等）具有集中和分散治理州政府为小型项目提州和地方政府的混合模型供的资金中央政府交通运输部中央政府生态环境部地方政府国外资金（世界银水利部省级政府行）河流航务管理局（长江和税收（过闸费、港务珠江）费等）69欧洲委员会具有集中和分散治理国家预算、欧盟基金河流委员会（CCNR、欧洲的混合模型和用户收费DC）成员国政府欧洲经济委员会美国内河水运的管理涉及多个联邦和州层级的机构，尽管有一些横向结构，但更准确地说，它是一个集中的管理模式。联邦政府主要通过美国陆军工程兵团（USACE）对内河水运的基础设施进行开发、维护和管理。USACE负责操作和维护船闸、大坝和航道，并负责导航、防洪和生态系统恢复。联邦政府的资金支持和征收的内河航道费是基础设施项目重要的资金来源，USACE对有关政策和项目的决策过程具有重大影响。虽然一些决策权被授予州和地方政府，但联邦政府仍保留总体控制权和权力。中国的水路运输管理模式既融合了美国和欧洲的元素，又具有鲜明的特点。这一模式很复杂，国家、省和地区的众多机构共同承担责任。中国水运的管理涉及到多部委，主要由交通运输部统筹管理，其他各部位其中包括如国家发展改革委员会、生态环境部、水利部等协管。在地方层级，省级政府发挥着突出作用。中国内河水运的资金来源多种多样，包括中央和地方政府的资助。此外，世界银行等国际银行的外国投资以及《内河航道维护费征收和使用办法》中规定的航道维护费等各种使用费也为该系统的资金提供了帮助。在欧洲，内河航道的治理呈现出一种混合模式，涉及集中和分散治理的要素。欧洲委员会（欧共体）和欧洲经委会在制定有关内河运输的政策和条例方面发挥重要作用。水道的日常管理权责在很大程度上被分散到成员国。每个国家都有自己的政府机构负责维护和运营其内河航道基础设施。这些当局与有关的国家和地区机构密切合作，以确保有效的航行、安全和环境保护。为促进成员国之间的合作与协调，成立了莱茵河中央航行委员会、多瑙河委员会等跨国河流委员会。这些组织促进讨论，协调法规，并促进特定国际水道管理方面的合作。欧洲基础设施项目的资金来自国家预算、欧盟基金和用户收费。中国和美国在内河运输系统（IWT）的管理方面存在相似之处。两国都将内河水道视为主权国家水道，并在国家体系下管理，设有次主权部门（中国为省级政府，美国为州级政府）。尽管存在这些共性，但它们的部门治理方法却70存在显著差异。在美国，联邦政府，特别是美国运输部的海事管理局，负责监督整个内河运输政策。然而，IWT网络的实际管理和运作主要是由一个单一的综合军事机构——美国陆军工程兵团来处理的。国家在内河运输政策或基础设施管理方面没有执行权责，除了为赞助项目提供资金和建议。美国系统的独特之处在于，IWT隶属于美国国防部，而其他运输网络则在民用管理模式下运作。相比之下，中国将内河运输系统的大部分管理权力下放给了专门的河流管理局和省级政府。交通运输部通过专门的河流管理局——长江航务管理局和珠江航务管理局监管中国内河两大水系的主要水道和基础设施，而省级政府通过省级航运管理局管理剩余的内河航道和水运基础设施。这种按行政区划进行的管理适合中国的独特背景，也是合乎逻辑的。总之，两国都拥有国家水道主权，并由国家政府掌握完整的内河水运管理权，但美国依靠中央军事机构进行内河运输管理，而中国则将责任分散到省级政府。根据各自国家的具体需要和情况，两种办法都有其优点。如图2.4-1所示，中国、欧洲和美国在管理体系、基础设施发展核心、主要资金来源、国际合作和排放标准几个方面都有所不同。图2.4-1美国、中国和欧洲内河水运的主要差异2.4.2排放标准和减排目标2.4.2.1排放标准1）欧洲内河船舶排放标准71欧洲船舶发动机排放标准主要包括欧盟非道路移动机械（NRMM）内燃机排放标准、莱茵河航运中央委员会（CCNR）船舶检查规则、欧洲内河航运标准起草委员会（CESNI）制定的内河航行船舶技术要求等。（1）欧盟NRMM排放标准2004年4月21日，欧盟颁布NRMM内燃机气体及颗粒物排放指令——Directive2004/26/EC，包括StageIII（2006年1月1日实施）和StageIV（2014年1月1日实施）两个阶段。其中，StageIII阶段又分为A、B两个部分，而StageIIIA部分适用于37kW以上内河船舶发动机。2016年9月14日，欧盟又更新了NRMM内燃机气体及颗粒物排放指令——Regulation(EU)2016/1628，即NRMMStageV阶段标准。与StageIIIA不同的是，StageV根据用途将内河船舶发动机分为IWP（内河船舶主推进用发动机）和IWA（内河船舶辅助用发动机）两类，IWP和IWA又各分成变速发动机和恒速发动机两种，每种发动机又根据净功率分为4小类；污染物类别方面增加了PN（粒径大于23纳米的颗粒物数量），并对气体燃料发动机的总HC排放限值提出了特殊要求。如果发动机全部或部分采用气体燃料，则HC排放限值应按HC=0.19+(1.5⨯A⨯GER)计算得到，其中GER为整个测试循环的平均气体能量比例(%)，对于双燃料发动机，系指整个测试循环所使用气体燃料的能量占两种燃料全部能量的比例；对于纯气体燃料发动机，GER取为1。如果计算值大于0.19+A，则HC排放限值就取为0.19+A。欧盟在2019年引入的第五阶段排放标准，除了功率低于300KW的发动机外，几乎所有类别的发动机PN限值都被设定为1×1012g/kWh。（2）CCNR排放标准莱茵河航运中央委员会（CCNR）成立于1816年，在欧洲船舶规范制定方面一直占据主导地位。2003年，CCNR率先在其内河船舶规范《莱茵河船舶检查规则》中颁布了船舶发动机空气污染物排放标准，即CCNRStageI标准。2007年CCNR又颁布了CCNRStageII标准，进一步收紧排放限值。CCNR船舶发动机排放标准与欧盟NRMM标准体系和限值均不相同。为了与NRMM标准协调，CCNR规则规定，按照欧盟指令Directive2004/26/EC进行型式认证的船舶发动机（即满足NRMMStageIIIA）视为等同于《莱茵河船舶检查规则》提及的型式认证。72（3）CESNI排放标准为协调NRMM与CCNR规则的一致性，CCNR在2015年6月决定成立CESNI，由CCNR成员国和欧盟成员国的专家共同组成，其目的是制定统一的内河航运船舶技术要求。按照计划，NRMM和CCNR规则将于2018年10月8日完全统一。CESNI于2017年发布了《欧洲内河船舶技术要求》（2017/1），该技术要求直接引用了欧盟指令Regulation(EU)2016/1628，即NRMMStageV标准。最迟在2018年10月7日前，欧盟指令和CCNR都将按照上述要求执行，从而达到欧洲内河船舶技术要求的统一。2）美国内河船舶排放标准美国船舶柴油机排放控制标准纳入《美国联邦法规》（CFR）中，主要由美国环保署（EPA）制定，属于具有普适性的国家法律组成部分之一。EPA根据用途、额定功率、单缸排量等将船舶柴油机分成小型、C1商用、C2、C3和C1娱乐共5类，每一类都对应有不同的排放标准。（1）小型船舶发动机（37kW以下）CFR第40篇第89部分“新造及在用非道路圧燃式发动机排放控制”规定了非道路圧燃式发动机的空气污染物排放标准，额定功率小于37kW的船舶柴油机需满足其中Tier1和Tier2两个阶段的要求。（2）C1商用、C1娱乐、C2和C3（37kW以上）CFR第40篇第94部分“船用压燃式发动机排放控制”专门针对37kW以上船舶柴油机提出了排放控制要求，也分为Tier1和Tier2两个阶段。对于C1和C2，如果是天然气发动机，则用NMHC+NOx代替THC+NOx，排放限值不变。CFR第40篇第1042部分“新造及在用船舶圧燃式发动机及船舶排放控制”进一步针对37kW以上船舶柴油机提出了Tier3和Tier4阶段限值。Tier3限值适用3700kW以下的C1和C2类发动机，Tier4限值适用于600kW以上C1商用和C2类发动机。3）中国船舶排放标准我国内河船舶排放标准主要包括《内河船舶法定检验技术规则》、GB20891《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》和GB15097《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》等。73（1）《内河船舶法定检验技术规则》2011年9月1日，中华人民共和国海事局《内河船舶法定检验技术规则》（2011版）生效，正式在全国内河实施船舶发动机NOx排放控制，限值与IMOTierI相同，适用于130kW以上柴油机。2015年3月1日，《内河船舶法定检验技术规则2015修改通报》正式生效，新造船舶柴油机NOx排放需满足IMOTierII要求，这也是我国130kW以上船舶柴油机现行排放标准。（2）GB20891《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》2007年4月3日，我国发布了GB20891-2007《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国I、II阶段）》，第I、II阶段分别于2007年10月1日和2009年10月1日实施，但仅规定额定净功率不超过37kW的船舶柴油机可参照执行，非强制要求。2014年5月16日，我国又发布了GB20891-2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV阶段）》，第III阶段从2014年10月1日开始实施，第IV阶段实施时间待定，且明确规定额定净功率不超过37kW的船舶柴油机需强制执行。（3）GB15097-2016《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》2016年8月22日，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了GB15097-2016《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》，这是中国首次专门针对船舶发动机排放控制发布强制性国家标准。该标准适用于额定净功率大于37kW的第1类船机（额定净功率大于或等于37kW且单缸排量小于5L）和第2类船机（单缸排量大于或等于5L且小于30L），包括柴油机和气体燃料发动机，对气体燃料发动机还专门提出了甲烷（CH4）排放限值。4）全球典型区域排放标准对比分析基于上述信息可以看出，欧洲和美国内河船舶排放控制标准已经历了20余年发展，中国的内河船舶排放控制标准经历了10余年，本研究将从全球各区域控制船舶排放污染物种类、排放限值两个方面进行了对比分析。（1）船舶排放污染物种类从表2.4-2可以看出，欧洲、美国和中国标准均涵盖CO、HC、NOx和PM四种基本污染物。但值得注意的是，我国在HC,NOx,PM限值方面仍相对落后；74目前欧洲在颗粒物数量PN控制方面的标准领先。我国在标准中提出了对船机CH4的排放控制，但实际并未实施，这是由于我国船舶在运行过程中CH4逃逸现象严重，导致目前标准难以实施。表2.4-2全球典型国家和地区船舶排放控制污染物种类（发动机功率>37kW）污染物种类欧洲美国中国CO√√√HC√√√NOX√√√PM√√√PN√××CH4××√（2）船舶排放污染物控制标准文件从表2.4-3以看出，目前全球缺乏针对极地区的船舶排放限制的标准或法规。值得注意的是，目前绝大多数内河船机机型已能达到IMOTier2排放水平。但IMOTier2是国际海事组织对远洋船机的排放控制要求，但只控制NOx排放。按照《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》要求中，对于内河船机不止控制IMO要求的NOx，还提出了CO、HC和PM的控制要求，控制要求比IMOTier2项目多。从NOx限值看，单缸排量小于20L的船机，《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》的控制要求比IMOTier2严格，对于单缸排量大于20L小于30L的船舶，中国的标准于IMOTier2的要求大致相当。表2.4-3全球典型国家和地区船舶排放控制污染物标准/法规各区域航行区域欧洲控制标准/法规美国控制标准/中国控制标准船舶类法规/法规型海[洋]船海洋区域欧盟非道路移动机械《美国联邦IMO（NRMM）内燃机排放标准法》75极区船北冰洋或南无无无极圈内海区远洋船大洋上欧盟非道路移动机械《美国联邦IMO（NRMM）内燃机排放标准法》沿海船沿海各港口欧盟非道路移动机械《美国联邦《船舶发动机之间（NRMM）内燃机排放标准法》排气污染物排《美国联邦放限值及测量江海直沿海水域和欧盟非道路移动机械法》方法（中国第（NRMM）内燃机排放标准《美国联邦一、二阶达船江河航道《欧洲内河船舶技术要法》段）》求》、欧盟非道路移动机械海峡[渡]海峡两岸或（NRMM）内燃机排放标《美国联邦准、《莱茵河船舶检查规法》船岛屿间水域则》内河船内河、湖泊（3）船舶排放污染物控制标准详细要求表2.4-4对欧洲、美国和中国最新船舶排放限值范围进行了比较。不难看出，欧洲StageIIIA、美国EPATier3和中国StageI对HC、NOx和PM等常规污染物的限值基本处于同一水平。但欧盟颁布标准NRMMStageV和美国颁布的EPATier4均进一步了收紧HC和NOx限值，同时对PM进行了大幅削减，相比而言，中国的第二阶段的标准则要宽松一些。从欧盟NRMMStageV和美国EPATier4来看，PM排放是未来船机的一个挑战，逐步引入颗粒物数量PN排放控制，也是未来船机PM排放控制向精准化方向发展的趋势之一。表2.4-4全球典型国家和地区船舶排放控制污染物标准详细要求规定欧洲中国美国EPA排放标准<=37kW>=37kWTier3Tier4StagStaStageeIIIgeStageIIIABVIVStaStagPhaPhaseC1C1geeIVseIII&C3&IIIC2C2762012022200201实施年份2007-1-2012019-201-20120218-2014-2008201420204202382016201347CO3.5-3.5-3.5-3.5-53.5-3.5-5.05.05-85.0-5.5555.55.5HC-0.190.190.19-0.19----2.00.190.4NOxg/kWh2--0.4-0.67-见表1.9HC+-3.32.10-3.3-2.1-3-36.-41.8NOx4-7.54--4.74-7.2-5.8-4.7---4.77.51111110.2-0.020.020.01-0.2-0.020.270.12-0.110.04PM0.5550.30.65-0.6-0.50.5-0.4--0.12PN#/kWh---1×21015×1210-----2.4.2.2减排目标如表2.4-5所示，三个地区都通过各种条例和政策加强水运发展和减排。到目前为止，只有欧盟发布的CCNR内陆航运减排路线图和NAIIDES计划专门针对内河水运部门。欧盟计划到2050年基本消除内河航运的温室气体排放，并在同年将内河航运和短途沿海运输的份额提高到50%。另一方面，尽管美国和中国通过许多计划、政策和倡议为内河运输部门的减排做出了很多努力，但在增加内河运输份额和减少内河水运温室气体排放方面仍然没有明确的目标。唯一与航运有关的精确排放目标是作为国际海事组织有关减排目标的签署国需要遵循的减排目标。表2.4-5欧洲、中国和美国的内河水运减排目标欧洲美国中国IMO2030年内河及短途沿海运输的全球航运排放强度降低40%，排目标份额增长25%放总量降低20%，力争30%，替772035年内河航运温室气体和其代燃料使用比例达到5%，力争目标他污染物排放相较于10%2040年2015年减少35%全生命周期排放总量降低70%，目标力争降低80%基本上消除内河航运的2050年温室气体和其他污染物航运净零排放目标（90%）航运净内河及短途运输的份额零排放国家碳增长50%中和目标年份2050205020502050205020602.4.3航运现状图2.4-2比较了三个地区内河船队不同船型的船舶数量，主要对比了推拖船、货船和驳船，这几类船舶占这三个国家内陆船队总数的85%以上。中国的内河船舶总量比欧洲和美国分别高出150%和111%。这表明，从技术和经济角度来看，中国向更清洁的船队过渡将更具挑战性。78总的内河船舶船型推拖船货船/驳船020000400006000080000100000120000140000数量（艘）美国中国欧洲图2.4-2欧洲、中国和美国的内河船舶数量据研究统计，长江作为中国最重要的内河航道，在2022年，完成内河货运量36.5亿吨，货运周转量为16881.6亿吨公里。而根据美国交通统计局2019年的数据，密西西比河是美国最重要的水道，长度为3766公里，运输货物约4.53亿吨，而长江内河货运量在2019年为31.94亿吨，约为美国密西西比河货运量的7倍。根据CCNR2021年的数据，莱茵河是欧洲最繁忙的河流，年运输量约为1.59亿吨，而长江2021年内河货运量为33.9亿吨，约为莱茵河内河货运量的21.3倍。2.4.4船舶排放现状由于中国拥有最多的内河船舶，中国的内河船队将排放更多的CO2。我们使用SEIM2.0模型进行分析计算，得到2022年内河航运的CO2总排放量为3238万吨/年，其中排放量是基于AIS数据对每艘船的瞬时运行状态和功率变化进行计算的[21]。就美国而言，正如上文提到的，有几家机构对航运的排放量进行了估算。EPA和EasternResearchGroup共同完成的2020年1类和2类商业船舶排放清单研究提供了2020年排放的一些不同类型的污染物。该报告显示，美国注册船舶每年的CO2排放量为1058万吨，是中国的三分之一。减少内河航运排放的CCNR路线图给出了欧洲内河船舶的基线排放量，该报告估计欧洲内河船CO2排放量为415万吨。792.5小结中国、欧洲和美国是世界上水运最发达的几个地区，但面对内河水运的减排问题都仍还在路上，采取了一些措施，但尚未确立成熟的减排路径、达成减排目标。在航运管理体系方面，三个地区均呈现分层治理的结构，但管理力度有所不同。欧洲在欧盟的带领下确立了部分国际条例和公约，并对于重要的跨国河流设立了专门的管理委员会，但受限于国际组织较为松散的结构和有限的管理权力，欧洲范围内并没有统一的强制性标准，内部不同主权国家对各自的河流和航道有着不同的管理条例和法规政策，这给不同航段间的连续通航带来了一定的阻碍。而中国和美国作为主权国家，内河水运由中央政府领导，地方政府具体执行，中央政府对于国内的航道具有最高管辖权。但在具体管理机构上又有所不同，中国由交通运输部统领整个内河及沿海水运从基础设施建设、航运管理到减排控制方面的各项管理政策，其他部门如水利部、生态环境部配合承担部分责任，并成立了长江、珠江航务管理局具体负责中国内河两大水系，省政府及地方政府则负责辖区内的低等级航道。而美国的内河水运由美国陆军工程兵团（USACE）、美国海岸警卫队（USCG）、美国环境保护署（EPA）、海事管理局（MARAD）、州和地方政府多个主体共同管理，管理体系更为复杂且涉及一些横向结构的管理，联邦政府拥有所有航道的管辖权，而州和地方政府则只对辖区内的航道负责。在航道建设和基础设施方面，中国的内河航道通航里程达12.8万公里，欧洲拥有3.7万公里水道，美国有1.2万公里的水道。其中，长江水系就拥有6.5万公里的可通航里程，甚至高于欧洲和美国的总和。需要指出的是，美国内河可通航的河流平均深度只有9英尺，加上其老旧基础设施带来的漫长过闸等待时长，对航运的便利和高效都带来了阻碍。莱茵河-多瑙河流域超过三分之一的水道不符合欧洲交通部长会议制定的水道标准，巴伐利亚流域东部和西部的基础设施也存在很大差异。而2022年中国内河等级航道通航里程占比为52.7%。尽管对于水道的标准并不相同，但中国内河航道的通航状况和基础设施的运行状况要普遍优于欧洲和美国，这与中国内河水运在近几十年内的快速发展和建设是相关的。80在船队方面，中国同样以12.19万艘的水运船舶和10.95万艘的内河船舶数量领先于美国和欧洲。中国船队中数量最多的船型是货船，而美国船队中驳船要更多。在航运现状方面，中国拥有世界上最大的内河水运体系。在美国和欧洲，只有不到10%的货物运输是通过内河航道进行的。而中国内河航运的货运份额已达到16.9%，并且在不断增长。在航运管理经验方面，值得注意的是，中国的船舶排放标准起步较晚，目前已与国际标准接轨，如IMO的2020年全球船用燃油限硫令，但与美国和欧洲在船舶发动机的排放限值上仍存在一定差距，还有继续发展和严格要求的空间。在对未来水运船舶的减排发展上，欧洲CCNR针对莱茵河地区的船用替代燃料的发展作出了预测和路径分析，而中国目前对于船舶能源发展还不明确，目前的政策聚焦于LNG和岸电这两类能源，但对于更长远的船舶发展和燃料应用仍缺乏更多的研究和探索。81第3章内河船舶排放计算3.1计算方法3.1.1基于AIS的船舶排放计算方法3.1.1.1方法概况SEIMv2.0以非集计动力法为核心思想，对船舶大气污染物和温室气体排放进行逐船、逐时的精细化模拟。在全球船舶AIS数据的支持下，SEIMv2.0模型适用于2016—2019年从全球至港口不同尺度船舶排放清单的建立。模型的主要功能包括数据预处理、排放计算和结果分析。在数据预处理方面，首先对收集到的原始AIS数据和多源船舶技术参数数据进行数据清洗、缩减及缺失参数估算等，建立动态AIS数据库和船舶静态信息数据库，并根据船舶活动轨迹识别中国内河船。在排放计算方面，需要设置模拟区域、排放因子、低负荷调整因子等参数作为基础输入参数，通过发动机负荷计算、运行工况判断来逐船模拟其瞬时排放，并利用Dijkstra最短路径法和10分钟节点插值法对部分缺失信号进行航线修复，最后结合排放控制技术进行系数修正，从而建立船舶排放清单数据集。在结果分析方面，可对模型生成的排放数据集进行汇总与聚合，进行可视化和统计分析。SEIMv2.0模型基于Python语言编写，在Spark分布式计算框架下运行，相较于最初版本，SEIMv2.0模型将在数据库质量、模型稳定性及结果准确性等方面均有所提升。模型的最终产出为高信息密度的船舶排放数据集，一方面可基于AIS信号传输时间和船舶的经纬度位置建立高时空分辨率的排放清单，另一方面可以结合船舶静态资料实现船队排放结构化表征。3.1.1.2计算流程模型具体的计算过程可以描述为：1）针对AIS动态数据库中的每艘船舶i，将其所有AIS信号按时间排序获得历史航行状态序列，船舶i在目标区域内的总AIS信号数以Ni表示；2）基于船舶i的海上移动通信业务标识（MMSI）编码，将其静态技术信息与动态序列进行匹配，获取该船舶的船型、建造年代、载重吨、主机功率、主机类型、主机转速和设计航速等静态信息列表；3）最后以每两个连续AIS信号（n和n+1）之间的时间间隔△T（数秒至数分钟）为计算单位，基于船舶瞬时的航速、航行工况及发动机输出功率，以微观视角对船舶的82主发动机、辅发动机与锅炉分别进行排放模拟计算。本研究对船舶的分类标准与SEIMv1.0保持一致：将船舶类型划分为集装箱船、散货船和油船等15种类型；按船舶的载重吨位将其尺寸分为不同的等级，包括0~9099吨、10000~19999吨、20000~29999吨等共12个等级；不同船舶的主机类型主要有四种，即低速柴油发动机（SSD）、中速柴油发动机（MSD）和奥托循环液化天然气燃料发动机（Otto），船舶的燃料使用类型包括HFO、船用轻柴油（MGO）和普通柴油（GDO）等；排放标准按船舶的建造年代分为Tier0、TierI和TierII四种；而船舶航行过程中的运行工况根据其负载和航速判断，包括巡航（Cruising）、机动操纵（Maneuvering）、锚泊（Anchorage）和停靠（Berth）四种类型。针对船舶的详细分类标准如Liuetal.（2016）的研究所述。本研究针对主机、辅机和锅炉的计算方法略有差异。由于船舶的主机功率通常可以从静态库中获得较完整的数据，因此可基于船舶主机的额定功率和瞬时负荷情况来计算实际输出功率，从而结合排放因子和运行时间来计算瞬时排放：𝐸𝑖M,𝑛a,𝑝in=MCR𝑖×EF𝑖M,𝑝ain×LF𝑖,𝑛×LLAF𝑖,𝑛,𝑝×∆𝑇𝑖,𝑛×10−6式（3.1-1）式中，𝐸𝑖M,𝑛a,𝑝in是船舶i的主机在第n与n+1个AIS信号之间产生的大气污染物或温室气体p的排放量（t）；MCR𝑖是船舶i的主机最大连续额定功率（kW），从船舶静态信息库中获取；EF𝑖M,𝑝ain是船舶i主机产生的物种p的排放因子（g/kW·h），受船舶使用的燃料类型、发动机类型和排放标准影响；LF𝑖,𝑛是船舶i在第n个AIS信号时的主机负荷系数；LLAF𝑖,𝑛,𝑝是船舶i在第n个AIS信号时产生的物种p在主机在低负荷状态（LF<0.2）运行时的排放调整系数；∆𝑇𝑖,𝑛是船舶i的第n与n+1个AIS信号之间的时间间隔（h）。其中，船舶实时负荷系数可以根据螺旋桨定律，通过船舶瞬时航速和其最大设计速度计算，如公式3.1-2所示：𝑉Actual3LF𝑖,𝑛=()𝑖,𝑛式（3.1-2）𝑉𝑖Maximun83式中，LF𝑖,𝑛为船舶i在第n个AIS信号时的主机负荷系数；𝑉𝑖A,𝑛ctual为船舶i在第n个AIS信号时的地面航速（节）；𝑉𝑖Maximun为船舶i的最大设计航速（节）。对于船舶辅机和锅炉，由于船舶注册信息中的额定功率资料不完善，因此按国例惯例处理方法（Faberetal.,2020;Smithetal.,2014），在SEIMv2.0中对不同类型、不同尺寸的船舶设定在不同工况下的默认输出功率。每艘船舶的辅机和锅炉排放计算方法分别如公式3.1-3和公式3.1-4所示：𝐸𝑖A,𝑛u,x𝑝iliary=𝑃𝑖A,𝑛uxiliary×EF𝑖A,𝑝uxiliary×∆𝑇𝑖,𝑛×10−6式（3.1-3）𝐸𝑖B,𝑛o,i𝑝ler=𝑃𝑖B,𝑛oiler×EF𝑖B.𝑝oiler×∆𝑇𝑖,𝑛×10−6式（3.1-4）式中，𝐸𝑖A,𝑛u,x𝑝iliary和𝐸𝑖B,𝑛o,i𝑝ler分别为船舶i的辅机和锅炉在第n与n+1个AIS信号之间产生的大气污染物或温室气体p的排放量（t）；𝑃𝑖A,𝑛uxiliary和𝑃𝑖B,𝑛oiler分别为船舶i的辅机和锅炉在第n个AIS信号时的实际输出功率（kW），它与船舶的类型、载重吨级和其瞬时运行工况相关；EF𝑖A,𝑝uxiliary和EF𝑖B,𝑝oiler分别为船舶i的辅机和锅炉产生的物种p的排放因子（g/kW·h），受船舶的燃料类型和排放标准影响。船舶辅机和锅炉的输出功率采用（Liuetal.,2016）。最后，将所有船舶所产生主机、辅机和锅炉排放量进行合计获得总排放量，如公式3.1-5所示：𝐸𝑖,𝑝=∑𝑁𝑛=𝑖−11𝐸𝑖,𝑛,𝑝=∑𝑁𝑛=𝑖−11(𝐸𝑖M,𝑛a,𝑝in+𝐸𝑖A,𝑛u,x𝑝iliary+𝐸𝑖B,𝑛o,i𝑝ler)式（3.1-6）式中，𝐸𝑖,𝑝是船舶i在目标区域内产生的大气污染物或温室气体p的总排放量（t）；𝐸𝑖,𝑛,𝑝是船舶i在第n与n+1个AIS信号之间产生的物种p的总排放量（t）；𝑁𝑖是船舶i在区域内的总AIS信号数。3.1.1.3数据来源本研究中使用的船舶动态信息主要来自船载自动识别系统（AIS）。为了避免船舶在航行过程中发生碰撞，提高船舶航行中的安全性和效率，更好的管理船舶，IMO要求国际航行的300GT以上的船舶、沿海航行500GT以上的船舶安装AIS。该系统由船载设备、岸基和卫星接收站组成，船舶航行过程中，84船载设备每隔2秒至数分发射一次AIS信号，该信号被基站（T-AIS）或者卫星（S-AIS）接收并实时传输到服务器上储存，研究表明，基站仅能接收距离50海里范围内的AIS信号，卫星可以接收远洋船舶的AIS信号，因此在使用AIS数据计算船舶排放清单时，应使用完备的T-AIS和S-AIS数据，以提高清单的准确度。本研究收集的全球AIS信号同时包括卫星信号和地面信号，年均报文总数约300亿条。将AIS数据按报文内容分为静态报文和动态报文，动态报文记录了船舶在航行过程中随其行驶状况而逐时改变的高频动态信息，包括船舶MMSI编码、信号发射时间、船舶位置（经度和纬度）、地面航速、航向、运行工况、吃水、目的地等字段信息，在进行层层清洗之后将用于建立动态AIS数据库。MMSI编码是船舶无线电通信系统在其无线电信道上发送的能独特识别各类台站和成组呼叫台站的一列十位数字码，其前三位是国家代码，后七位是关于船舶其它信息的识别码。船舶地面航速为报文发送时刻船舶的地面航行速度，以“节”为单位（1节=1海里/小时=1.852公里/小时）。而船舶静态报文信息记录了船舶类型、船长、船宽、船舶总吨、载重吨和设计航速等信息，将与多源的船舶技术参数信息进行融合，用于建立船舶静态信息库。船舶静态信息是指船舶建造后固有的、不随实际驾驶条件而变化的信息，主要包括船舶MMSI代码、IMO代码、船型、船长、船宽、最大吃水深度、吨位（DWT）、额定发动机功率、设计速度、船旗国、建造年份等。船舶静态信息数据库与全球AIS数据匹配后，可用于的船舶排放清单的计算。本研究的船舶静态信息数据库主要收集了劳氏船级社、中国船级社和东亚其他国家船级社收集船舶档案信息，构建船舶技术规范数据库（STSD），该数据库在过去六年中不断更新，从最早的约80000艘全球远洋船舶覆盖到约120000艘全球远洋船只和东亚本地船只。结合AIS静态消息和全球渔业观察（GFW）数据库收集的有效信息，从2016-2019年开始逐年淘汰老旧和报废船只，并增加新建船只。目前，以MMSI代码为唯一标识符的STSD包含了全球约38.4万艘船舶的静态信息，高于基于AIS数据构建全球船舶排放清单的其他研究，如国际海事组织第四次GHG报告中的约18.9万艘船舶（Faberetal.，2020）。具有IMO编号的船舶在STSD中被定义为远洋船舶。统计数据显示，更新后的STSD共包含122746艘远洋船舶，与国际海事组织第四次温室气体报85告中记录的截至2018年年中在役船舶数量（119626艘）一致，略高于贸发会议记录的2019年世界船队数量（97136艘)。3.1.2基于船舶进离港记录的内河船舶排放估算方法在本研究中“内河船舶排放”是指航行于内河流域中的航行船舶的排放行为。内河航道多呈狭长型分布，且内河航道的水文条件也显著区别于沿海和远洋水域。船舶AIS数据可用来表征船舶动态活动特征，近年来随着船舶安装AIS装置的比例升高，和船舶AIS信号质量的提高，AIS数据可成为了计算船舶大气污染物排放量的关键数据，且与之相适应的计算方法也不断被提出和改进。但在内河水域，采用AIS数据计算内河船舶排放量具有明显的局限性，主要表现在以下三个方面：（1）由于船舶AIS信号接收基站分布不充分，且虽然规定大于300总吨的船舶需要安装AIS装置，但仍会有部分船舶被人为关闭AIS船载设备，同时，内河船舶AIS信号相较于海船更具有政治敏感性问题，因此，基于商业的AIS数据用来表征内河船舶活动特征具有局限性；（2）计算船舶大气污染物排放，还需要与船舶AIS数据相匹配的船舶静态数据，但内河船舶静态数据多存储于行业管理部门，难以获取，且船舶静态数据与船舶AIS数据的匹配率不高，这都会影响船舶排放清单计算精度；（3）以船舶AIS数据为基础计算的内河船舶排放结果，会存在排放计算记过与船舶货运量统计数据源不一致的问题，难以进行后续的研究分析，例如结合船舶货运量、排放量、运输距离分析船舶排放强度。在考虑以上问题基础上，本研究引入了船舶进离港记录数据，以替代船舶AIS数据用来计算内河船舶大气污染排放量。船舶进离港机记录数据记录了各艘船舶详实的相关数据，其中包括船舶进离港时间、港口名称、船舶的静态数据（例如船舶类型、总吨、船舶建造年份、主机功率）、船舶在各个航程的载货量、货物类型等。但船舶的航行速度是影响排放量的关键因素，而船舶进离港数据无法提供详细的船舶的航行速度，因此，本研究结合提出了一种结合船舶AIS数据和船舶进离港记录数据的内河船舶大气污染物排放量计算方法。该方法分为基础数据收集与处理、船舶排放计算两部分，具体的方法流程如图3.1-1所示。该方法仍然延续课题组现有的SEIMv2.0计算模型，具体计算步骤如下：86步骤1：各个港口间船舶习惯航速统计分析。以航道内船舶历史AIS数据为基础，统计分析船舶在各个港口之间的习惯航行轨迹和习惯航行速度，并结合航道内历史水文数据，修正基于AIS数据统计的船舶习惯航速；步骤2：各个港口间船舶单航程航行时间统计分析。基于步骤1统计的各个港口间的习惯航行轨迹，估算各个港口间船舶单航程航行距离。再结合步骤1中统对于船舶在各个港口间单航程内的习惯航速分布区间统计结果，计算船舶在单航程内各个习惯航速区间内的航行时间；步骤3：单船在单航程内排放量计算。依据现有的对于内河船舶大污染物排放限制政策，结合已有文献和SEIMv2.0中提供的船舶排放各组分污染物的排放因子，确定适用于本船舶的排放因子。再结合一系列船舶静态数据信息（如船舶主机功率、船舶辅机功率、船舶设计航速等），以及SEIMv2.0模型中的其他计算参数（如船舶低负载修正因子（LLAM）、船舶负载因子（LF）等），计算单船在单航程内的排放量；步骤4：区域内河船舶大气污染物排放量计算。累加单船在单航程内的排放量。87图3.1-1内河船舶大气污染物排放量计算方法流程3.1.2.1基础数据收集与处理在计算模型中，需要收集五种类型基础数据，数据类型、数据字段名称、数据获取途径的详细介绍如表3.1-1。表3.1-1模型基础数据概要表数据类型数据字段名称数据获取途径习惯航速分布历史AIS数据习惯航迹历史AIS数据统计分析航行时间船舶静态数据发动机功率船舶档案数据库、设计航速采用统计方法进行补充88航道水文数据船舶建造年份公共网站、港口地理空间数据船舶载重吨水利局船舶进离港文本记录数公共网站河流流向据河流流速海事局港口名称港口地理空间坐标船舶进离港记录（1）内河船舶航行状态辨识船舶在不同活动状态下的航行速度有着显著的差异，在SEIMv2.0中，将船舶的活动状态分为了巡航、机动、锚泊和停靠泊四种状态。在本研究中，结合内河船舶的活动特征以及内河航道的通航环境特征，以内河船舶活动的地理空间位置为分类标准，将内河船舶活动分为四种状态，如图3.1-2所示。图3.1-2内河船舶活动状态示意图四种活动状态的具体解释如下：⚫活动状态1（𝑆1）：船舶航行于主航道上。在计算模型中，船舶处于该活动状态时，船舶航速大于3节，船舶主机、辅机同时工作；⚫活动状态2（𝑆2）：船舶进离港的过程。在计算模型中，船舶处于该活动状态时，船舶航速位于1~3节范围内，船舶主机、辅机同时工作；⚫活动状态3（𝑆3）：船舶停靠泊。在计算模型中，船舶处于该状态时，船舶辅机工作，船舶主机停止运转；89⚫活动状态4（𝑆4）：船舶等待通过大型通航建筑物。船舶处于该状态时，船舶辅机工作，船舶主机停止运转。（2）港口间船舶习惯航速统计分析在本研究中，需要统计船舶在𝑠1和𝑠2的航行速度的统计分布特征。首先，并对船舶的航行速度进行区间划分，具体如式（3.2-1）所示。{𝑠1={𝑣1(1,1.5𝑘𝑛),𝑣2(1.5,2𝑘𝑛),𝑣3(2,3𝑘𝑛)}式（3.1-7）𝑠2={𝑣1(3,5𝑘𝑛),𝑣2(5,7𝑘𝑛),𝑣3(7,10𝑘𝑛),𝑣4(10,+∞)}然后，以航道内近3年或更长时间尺度的历史AIS数据为基础，分别统计历史AIS数据中，船舶在𝑠1和𝑠2状态下，在各个航行速度区间范围内的航行时间比例，具体计算公式如式（3.1-8）所示。𝑅𝑠𝑖,𝑣𝑗=𝑡𝑠𝑖,𝑣𝑗×(𝑡𝑠𝑖)−1式（3.1-8）式（3.1-8）中，𝑅𝑠𝑖,𝑣𝑗为船舶处于活动状态𝑠𝑖时，历史船舶以𝑣𝑗航速航行的时间占船舶处于活动状态𝑠𝑖时总活动时间的比值；𝑡𝑠𝑖为船舶处于活动状态𝑠𝑖时总活动时间，单位：h；𝑡𝑠𝑖,𝑣𝑗为船舶处于活动状态𝑠𝑖时，并以𝑉𝑗航速航行的时间，单位：h。3.1.2.2内河船舶排放计算（1）船舶单航程活动时间统计分析⚫船舶处于活动状态𝑠1和𝑠2时的活动时间船舶排放量与船舶航行速度密切相关，当船舶处于状态𝑠1和𝑠2时，船舶会以不同的航行速度在内河航道中航行，因此，在本研究中，通过统计船舶在各个航程段，在𝑠1和𝑠2活动状态下以不同航行速度航行的时间，记为𝑇𝑠𝑖,𝑣𝑗，单位为h，具体的计算方法如下：𝑇𝑠𝑖,𝑣𝑗=𝑆𝑠𝑖×(∑𝑛1𝑣𝑗×𝑅𝑠𝑖,𝑣𝑗)−1×𝑅𝑠𝑖,𝑣𝑗式（3.1-9）𝑗=式（3.1-9）中，𝑇𝑠𝑖,𝑣𝑗为在单航程内船舶在活动状态𝑠𝑖时，以航速𝑣𝑗航行的时间，单位：h；𝑆𝑠𝑖为船舶在活动状态𝑠𝑖时的航行距离，单位：km。航行于内河中的船舶航速会受到风和水流的影响。在航海领域，将船舶在静水中的航行速度称为船速，即对水速度，将船舶在风、浪、流等环境因素影响下相对于海底的速度成为航速，即对地速度。而船舶AIS提供的船舶速度信息指的是航速，因此需要对AIS提供的航速进行修正，得到真正的船速，才能90用于模型的计算。对环境影响因素下的船速修正主要分为两大步骤，第一步计算环境场中风流因素对船舶速度的影响。风和流对船舶航速的影响主要体现在两个方面，一方面，风动力和水动力的综合影响会导致船舶产生风致飘移；另一方面，风致飘移不仅与迎风面相关，而且受到船舶速度的影响，当船舶处于静止状态下，船速完成受风致飘移的影响。风、流影响船舶运动的示意如图3.1-3和3.1-4所示。风流影响因素前的速度等于AIS提供的航速减去风致飘移速度和流至飘移的速度，航速修正的公式如式（3.1-10）所示。因此，式（3.1-9）中的𝑣𝑗是在考虑风、流修正后的AIS航速。xVsogx'φwtVwndVossvsogβtusogvwndθwto'ψuwndy'oy图3.1-3风影响下的船舶运动平面坐标系xucurVossx'VcurusogφctθctψVsogo'vsogvcury'oy图3.1-4流影响下的船舶运动平面坐标系𝑉𝑂𝑆𝑆′=(√V𝑠𝑜𝑔2∗0.5144−(V𝑐𝑢𝑟∗sin𝜃𝑐𝑡−V𝑤𝑛𝑑∗sin𝜃𝑤𝑡)2−V𝑐𝑢𝑟∗cos𝜃𝑐𝑡+V𝑤𝑛𝑑∗cos𝜃𝑤𝑡)∗1.944式（3.1-10）91式（3.1-10）中，𝑉𝑂𝑆𝑆′为修正后的航速，单位：knot；V𝑤𝑛𝑑为风速，单位：m/s；𝜃𝑤𝑡为风舷角；𝜃𝑐𝑡为流舷角；V𝑠𝑜𝑔为船舶对地航速，即AIS提供的船舶航速，单位：knot；𝑉𝑂𝑆𝑆′为考虑风、流影响修正后的船舶航速，单位：knot。⚫船舶处于活动状态𝑠3时的活动时间船舶在港口的停泊时长可通过实地调研、问卷调查、一线访谈等形式，进行统计。⚫船舶处于活动状态𝑠4时的活动时间由于内河航道各航段内地势、地貌等的差异，因此，可通过修建大型通航建筑物以改善内河航道通航条件。船舶等待通过大型通航建筑物的时间，可参考统计年鉴或通过实地调研的方式获取。（2）单船在单航程内排放量计算本研究计算的船舶大气污染物组分包括CO2、N2O、CH4、PM、NOX、SO2、CO、HC。单船在单航程内的排放量为船舶在四种活动状态下的排放量之和，具体计算方法如式（3.1-11）所示。𝐸=∑4𝑖=1𝐸𝑚,𝑠𝑖+𝐸𝑎,𝑠𝑖式（3.1-11）式（3.2-5）中，𝐸𝑚,𝑠𝑖和𝐸𝑎,𝑠𝑖为船舶在活动状态为𝑠1时，船舶主机和船舶辅机排放量，单位：g。当船舶处于活动状态𝑠1和𝑠2时，船舶主机和辅机同时处于工作状态，船舶主机工作排放的大气污染物计算方法如下所示。𝐸𝑚,𝑠𝑖=∑2𝑖=1∑𝑛𝑗=1𝑃𝑚×(𝑀𝑣𝑗𝑆)3×𝑇𝑠𝑖,𝑣𝑗×𝐿𝐿𝐴𝑀×𝐸𝐹𝑚,𝑘式（3.1-12）式（3.1-12）中，𝑃𝑚为船舶主机功率，单位：kW；𝑀𝑆为船舶设计航速，单位：kn；𝐿𝐿𝐴𝑀为主机处于低负荷状态下的调整因子，当主机负荷率低于20%时，主机的排放量明显增加，因此需要运用𝐿𝐿𝐴𝑀对船舶排放因子进行调整，参考值见表3.1-2；𝐸𝐹𝑚,𝑘为第𝑘类污染物的船舶主机排放因子，单位：𝑔/𝑘𝑊ℎ，参考值见表3.1-3。𝐸𝑎,𝑠𝑖=𝑃𝑎×𝐿𝐹𝑎×𝑇𝑠𝑖,𝑎×𝐸𝐹𝑎,𝑘式（3.1-13）92式（3.1-13）中，𝑃𝑎为船舶辅机功率，单位：kW；𝐿𝐹𝑎为船舶辅机负载因子；𝑇𝑠𝑖,𝑎为船舶在活动状态𝑠𝑖时主机的运行时间，单位：h；𝐸𝐹𝑎为第𝑘类污染物的船舶辅机排放因子，单位：𝑔/𝑘𝑊ℎ。表3.1-2主机低负荷调整因子参考值（Gengetal.,2016）负荷%CO2N2OCH4PMNOXSO2COHC21.18214.6321.187.294.6319.6811.687.71312.9211.684.332.9216.465.614.35412.217.713.092.2114.863.522.95511.835.612.441.8313.892.522.18611.64.352.041.613.251.961.76711.453.521.791.4512.791.6811.352.951.611.3512.451.471.36911.272.521.481.2712.181.261.181011.222.181.381.2211.961.111.051111.171.961.31.1711.7911211.141.761.241.1411.64HC1311.111.61.191.1111.52CO1411.081.471.151.0811.410.0.5641511.061.361.111.0611.320.0.5541611.051.261.081.0511.240.0.5441711.031.181.061.0311.171811.021.111.041.0211.111911.011.051.021.0111.05201111111表3.1-3船舶排放因子参考值（Wangetal.,2022）排发动燃料放机CN2CHPMNOX_tiNOX_tiNOX_tiSO2类型设O2Oer0er1er2类4备型SS600.00.01.3318.1179.2615.3HFO主D7311251-机MS670.00.01.33141311.210.22.43D034115%辅700.00.01.3314.71311.210.7机736898293锅970.00.00.炉08022.114.8514.8514.850.110.217.0115.9814.38SS600.00.013.1612.2210.530.0.50.3113.8212.2210.531.81主D731121.9741.9741.97417.0115.9814.3864机MS670.00.013.1612.2210.530.0.50.3113.8212.2210.531.98MGD03411.9741.9741.9745417.0115.9814.38O-辅700.00.013.1612.2210.530.0.50.5%机0.3213.8212.2210.532.1217.0115.9814.38736813.1612.2210.534413.8212.2210.53锅970.00.017.0115.9814.380.13.1612.2210.53炉08020.213.8212.2210.533.110.2SS600.00.00.19940.510.0.5主D731129564MG机MS670.00.00.20.560.0.5D0341854O-0.13辅700.00.00.200.590.0.5944%机73682锅970.00.00.110.820.0.2炉0802251SS600.00.00.010.130.0.5GDO主D7311292364-机MS670.00.00.010.140.0.50.035D034192754700.00.00.010.150.0.5%辅544机7368930.010.0.5SS600.00.00.00964GDO主D73112280.020.0.5-机MS670.00.00.001540.150.0.50.005D034127700.00.00.00544%辅0.000.0.5机7368284640.000.0.5SS600.00.00.00GDO主D7311214540.000.0.5-机MS670.00.00.004440.001D03411700.00.00.00%辅机73681LNGOtt450.08.50.031.31.31.30.000.0.5o7235（3）区域船舶排放量计算即对研究区域范围的单船、单航程的排放量进行累加。3.2中国内河和沿海船舶排放特征分析3.2.1研究区域和范围与大多数具有固定地理活动范围的公路移动源不同，船舶具有很强的空间流动性。由于船舶的船旗国、作业国和活动地点的不一致性带来的复杂性，目前几乎没有统一的标准来确定船舶排放的归属国。在本研究中，制定中国船舶排放清单的目标区域是距离中国大陆领海基线约200Nm以内的可通航内河和沿海水域（以下简称200Nm区域），如图3.2-1所示。确定目标区域的主要原因有以下几点。首先，从空气质量影响的角度来看，研究表明，该地区发生的船舶排放量被证明在200Nm以内，对中国的空气污染和人类健康有重大贡献。第二，由于目前的DECA被限制为距离领海基线12Nm，远小于国际上提出的ECA面积，即200Nm可以延伸到距离领海基线200Nm，研究200Nm区域的排放变化，为进一步的方案设计提供科学的参考。第三，200Nm区域是船舶交通最密集、航线最复杂的水域。此外，该研究区域也与中国其他基于AIS的船舶排放清单的研究范围大致一致，以便对相应的结果进行比较。需要特别说明的是，本研究聚焦于水路运输产生的船舶排放，共包含集装箱船、散货船、普通货船、客船、滚装船、冷藏船、化学品船、油船、液化气船等船型。不包含渔船、搜救船、科考船、港口作业船等不参与水路运输的船舶类型。本研究中内河船、沿海船、远洋船遵循了SEIMv2.0模型中的区分方式[147]。首先，对模拟年份的逐船AIS信号数量和所属地理区域进行统计，将一年中AIS信号量中超过50%位于内河水域的船舶定义为内河船，即在内河航行的船舶。非内河船中，具有IMO号的认为是远洋船，其余则被认定为沿海船。95图3.2-1中国船舶排放控制区200nm3.2.2结果分析3.2.2.1船队构成由于AIS信号中有浮标、灯塔、渔网等干扰信息，本研究结合多年建立的船舶静态信息库对具有有效技术信息的船舶进行了匹配。2022年，在200Nm区域保持一定活动强度（每年AIS信号量大于10）且参与清单计算的船舶数量约为8.1万艘船，总功率为2亿瓦，总载重吨为12.5亿吨。几乎是《2022年中国航运发展报告》中统计的我国海运船队载重吨的4倍。这是由本研究的研究范围决定的，不仅包括我国海运船队，还包含在200Nm水域活动的外籍船舶。图3.2-2展示了2022年200Nm区域活动的船队结构。远洋船、沿海船和内河船的船数比约为25%/22%/53%，远洋船、沿海船、内河船的总功率比约为22%/11%/2%。在船队总载重吨方面，远洋船占了95%。虽然内河船和沿海船的吨位较小，但在功率方面的占比较为可观，因此也产生的排放量也不可忽视。本研究经过AIS数据的清洗、处理，并与船舶静态库匹配，得到的200Nm范围的活动船舶数量低于统计年鉴中的我国船舶保有量，内河船在总数中的占比也和统计年鉴中略有不同。可能有以下几个原因：首先，模型计算的船舶包含了“在200Nm区有一定活动强度（年AIS信号总量>10）的船舶”。而保有量的统计涵盖了所有登记在册的船舶。在统计口径96上，本研究覆盖的范围更小。原因在于：1）活动强度低的船舶未统计；2）未安装AIS系统或因检修等原因而无足够的AIS信号量的船舶未统计；3）静态库未覆盖的船舶未统计等。其次，本研究的“内河船”的概念，有别于保有量中内河船的概念。本研究的“内河船”是通过船舶在我国大陆领海基线以内的AIS信号频率的分布，以及是否有IMO号识别的，而保有量中的船舶则往往通过内河船认证标识判断是否为内河船。具有标识的内河船，有可能因为在沿海活动产生大量的AIS信号而在本模型中被识别为沿海船，或少量因为具有IMO号而在本模型中被识别为远洋船。同样，登记的非内河船也可能由于在内河活动，在内河上产生大量的AIS信号在本模型中被识别为内河船。因此，本研究的“内河船“在定义上与统计年鉴中的口径存在一定的不同，这种区分方式能够体现出船舶活动的空间范围和内河船、非内河船活动的空间异质性，更加便于排放管理者对船舶排放源的主要贡献部分进行掌握和监管。另外，本研究聚焦于航运排放，因此不考虑渔船、港口作业船、搜救船、科考船、游艇等类型的船舶。也是统计结果区别于年鉴的重要原因。图3.2-2本研究2022年活动船队结构（I:总载重吨;II:总功率;III:总数量）图3.2-3呈现了本研究聚焦的2022年中国200Nm区域活动船舶的功率分布和载重吨分布。在载重吨方面，远洋船载重吨的范围明显较宽，大船多。沿海船和内河船以载重吨低于2千吨的小船为主。在主机功率方面，本研究的远洋船主机功率的峰值为8千瓦，沿海和内河船的主机功率峰值在3千瓦以下。97图3.2-3本研究中远洋船、沿海船、内河船的载重吨和主机功率分布3.2.2.2排放总量及构成图3.2-4展示了2016—2022年中国水运货物周转量和旅客周转量的变化趋势。根据《交通运输行业发展统计公报》（国家统计局,2022），2016—2022年中国内河和海洋货运周转量逐年增加，年均增长率分别为5.1%和3.4%。内河货运周转量的占比从2016年的14.5%提高到了2022年的15.7%。但客运周转量受疫情影响，加上近年来高铁、飞机等行业的冲击，2020—2022年显著下降。189016801470货物周转量旅客周转量12601050840630420210002016201720182019202020212022内河货物周转量（万亿吨公里）海洋货物周转量（万亿吨公里）旅客周转量（亿人公里）图3.2-4我国内河货运周转量、海洋货运周转量和水路旅客运输量的多年际变化98本研究以200Nm区为研究区域，基于AIS大数据建立了2022年高分辨率船舶排放清单，对中国船舶排放特征进行分析。2022中国200Nm区域分河海船类型的主要大气污染物和温室气体的年排放总量和以前研究的对比如表3.2-1所示。2022年，我国200Nm区域船舶排放的CO2、NOx、PM（硫酸盐）、SO2、HC和CO分别为1.2亿吨、200.6万吨、4.1万吨、26.4万吨、9.5万吨和9.7万吨。根据生态环境部发布的环境统计年报[144]，2021年我国人为源（统计范围不包括非道路移动源）的NOx排放为988万吨，SOx为275万吨。我国200Nm范围内的船舶排放与我国人为源排放的NOx和SOx的比例约为27%和11%。发生在200Nm区域的船舶排放在量级上不可忽视。尽管船舶排放的污染物大部分发生于海上，但在大气的风力的作用下也会传输到陆地区域，且在传输通过大气化学反应生成二次污染物，对我国沿海地区空气质量造成影响。2022年，远洋船的NOx、SO2、PM（硫酸盐）和CO2的年排放量分别为125.1万吨、22.4万吨、3.5万吨和8068.1万吨，占区域内总船舶排放的57.9%~84.4%。对于不同年份，远洋船舶始终是区域内最主要的排放来源。在整个全球范围内，虽然中国的水域面积（研究区域内）不到全球水域面积的1%，但其远洋船排放占全球总远洋船排放的8.9%~10.9%，而美国、欧洲按相同统计方法得到的水域远洋船NOx、SO2、PM（硫酸盐）和CO2排放分别占全球总远洋船排放的0.2%-1.7%和0.8%-3.6%。这进一步凸显了中国船舶排放的严峻性。因此，中国作为世界上海运贸易量最大的国家，也是世界主要的造船大国之一，在不断发展对外贸易、提升国际竞争力的同时，也需要对海运船舶所带来的负面影响给予同等重视。除远洋船外，内河船舶也产生了相当大的排放量，在所有年份中对区域内的NOx、HC、CO、CO2排放量的贡献为12.8%~35.6%。对于中国内河船舶，由于本研究设定内河船舶均使用硫含量达到国家标准的普通柴油，因此对SO2和PM（硫酸盐）排放量的贡献较少（<1%）。然而，内河船的NOx排放量高达31.5吨/年，在量级上约为北京、上海等直辖市在全境内所有陆地交通源的排放量[146]。而且内河船的CO2、NOx和HC排放一直保持上升趋势，量级上仅次于远洋船。因此，内河船舶排放所产生的大气环境影响在未来的船舶排放管控中需受到重视。99表3.2-1不同研究估算的中国船舶大气污染物及温室气体排放量年份来源NOSOPM（硫酸盐）HCCOCO(千吨)(千吨)(千吨)2022远洋船x22本研沿海船0.2234.7552019(百万吨)(百万吨)0.046.611(百万吨)2018究内河船0.000.02292017总量1.250.220.2641.3956120160.250.04154.5112.0115.8122014Wangetal.,20210.500.00208.7106.3110.3242014Wangetal.,20212.00.26197.0100.0104.0972013Wangetal.,20212.51.2188.291.995.7141.82013Wangetal.,20212.41.6181242112135.1Chenetal.,20172.31.51208836126.9Huangetal.,20192.11.51647469116.82.211.191071186778Fuetal.,20171.151.00-Lietal.,20181.911.30861.441.01-表3.2-1同时总结了近年来采用类似的基于AIS动力法建立中国船舶清单的研究。虽然Wangetal.,2021之前的研究区域与本研究一致，但船型范围包括了渔船、作业船、搜救船等类型，范围比本研究稍大。其它基于AIS数据的船舶排放清单研究与本研究结果差异产生的原因包括研究区域的不一致、基础数据库的质量差异及年际间船舶活动水平的变化等。首先，本研究划定的“200海里”是被认为对中国有潜在空气质量影响的海域，相较于其它研究空间范围略大，因此区域内船舶的活动水平更高。其次，本研究所建立的船舶静态信息库在各国船级社资料的基础上融入了GFW和AIS静态报文中的有效信息，增加了对中国沿海区域船舶的识别，能够提升部分船舶信息的准确度。此外，海运贸易增长和AIS设备装船量的增加都会导致AIS数据中观察到的船舶活动水平逐年增加，从而产生船舶排放计算结果的差异。虽然不同研究所依赖的基础数据库质量参差不齐，但船舶排放因子普遍来源于国际大规模船队发动机的运行测试结果，因此不同研究对于各船舶污染物排放量估算结果的相对比例较为一致。自“十三五”以来，中国人为碳排放在稳步增长的同时，各部门污染物排放量大幅度下降。根据生态环境部的环境统计年报，2016—2019年我国工业源SO2和NOx排放分别降低了48.7%和32.3%（生态环境部,2017,2018,2019,2020）[141-144]，而CO2排放量在期间增长了6.1%[145]。相比之下，船舶排放的增长趋势更为凸显。2016—2019年，虽然船舶排放SO2和PM（硫酸盐）排放减少了29.6%和26.4%，但CO2和NOx排放分别增加了16.2%和13.0%，其他物种的排放量也100呈现出逐渐增加的趋势。进入“十四五”，虽然海运部门SO2和PM（硫酸盐）排放得到了较好的控制，在未来中国海运贸易的不断增长趋势下，船舶大气污染物和温室气体排放的控制仍是未来我国交通部门和实现碳达峰目标和改善空气质量的必要途径。3.2.2.4空间分布图3.2-5展示了2022年我国附近海域及内河的船舶排放空间分布情况。虽然从船舶类型的角度看，内河船舶的排放CO2、NOx、HC、CO排放量占200Nm区域船舶排放的19.5%、25.0%、30.8%、25.0%，但如果从网格排放强度的角度来看，属于中国内河的网格平均排放强度为2494.2吨CO2/0.05o网格、51.2吨NOx/0.05o网格、2.8吨HC/0.05o网格、2.4吨CO/0.05o网格，分别是海洋网格平均排放强度的2.6、3.4、4.2、3.4倍。体现了我国内河水网密集、内河船舶排放强度大的特点。101图3.2-52022年我国200Nm区的船舶排放空间分布将内陆船舶排放按网格地理坐标分摊到各个省市，如图3.2-6，可以发现，江苏、广东、浙江、安徽是发生在内陆的船舶排放最集中的省份，其中内河船对这些省份船舶排放的NOx贡献分别为79.7%、68.8%、30.4%、79.7%。对于江苏、浙江这些临海省份来说，远洋船和沿海船也有一定贡献。但对于安徽、湖北、重庆、湖南等内陆省份和直辖市来说，船舶排放几乎都来自内河船。对于这些省市来说，船舶排放管理几乎等同于内河船舶排放管理，在交通向水路转型、内河船舶排放逐渐上升的背景下，这些地区面临的压力也会逐渐增大。102图3.2-62022年我国各省份区域水系分船舶类型排放分担量按船舶功能类型来划分，如图3.2-7，可以发现，散货船是所有省份船舶排放贡献的主要船型，其对各省份CO2、NOx、HC、CO的排放贡献为88.8%、91.6%、92.4%、91.3%，对SO2和PM（硫酸盐）的贡献约为49.7%、57.0%。浙江、上海、广东、江苏是沿海省份/城市，受到沿海船和远洋船的影响较大。沿海船和远洋船的燃料硫含量远高于内河船，因此对于这些省份/城市来说，集装箱船、油船、货船对船舶SO2排放的贡献也较大。103图3.2-72022年我国各省份内河区域分船舶功能类型排放分担量104图3.2-12远洋船、沿海船和内河船NOx排放空间分布与不同距离排放年际变化105图3.2-13远洋船、沿海船和内河船SO2排放空间分布与不同距离排放年际变化106从空间分布来看，远洋船舶的排放表现为大范围的高排放强度，且在主要航道上的排放分布非常清晰，包括中国-韩国、中国大陆-台湾、北太平洋航线、中国港口至马六甲海峡以及中国港口间的沿海航线。按远洋船排放的区域来源看，2022年“C—12海里”范围内的远洋船舶的NOx和SO2排放分别占研究区域内远洋船舶总排放的39.5%和44.4%。从2016年至2019年，除“inland”、“0—12海里”范围内SO2排放由于DECA2.0的控制而大幅度下降外，其它各区域的NOx和SO2排放均表现为略有增加。2020年，由于全球限硫令的实施，各个范围区域的远洋船舶SO2排放均大幅下降。与图3.2-2中船舶数量的统计结果对比，可以发现尽管远洋船舶的数量最低，但其在沿海区域内的船舶排放强度远高于沿海船和内河船。远洋船舶服务于国际贸易，其船体尺寸和发动机额定功率相对较高，因此航行单位距离产生的排放量相对较高。对于沿海船而言，约87.4%的NOx排放量和88.2%的SO2排放量分布在“inland”、“0—12海里”范围内，而100海里之外的排放分担基本小于2.0%从空间分布来看，沿海船的排放的呈现出广泛的晕染状，而在主航道的排放强度较低，这种空间分布特征源于大量沿海渔船在捕捞区的作业活动（Kroodsmaetal.,2018）。从年际变化来看，沿海船舶在2016—2021年间的排放逐年降低，在2022年有所反弹。此外，2019年在“C—12海里”范围内沿海船的SO2年减排率（81.0%）甚至高于远洋船（76.9%），2020年在“C—12海里”范围内沿海船的SO2年减排率（22.8%）甚至高于远洋船（19.5%），这表明沿海船相较于远洋船来说，受到DECA2.0和全球限硫令的影响更大。与远洋船和沿海船相比，内河船排放的80%以上分布在江河水域的通航航段，排放强度最高的区域显然位于长江和珠江下游及其入海口。同时，由于部分内河船舶也会进入沿海水域进行货运往来，因此“0—12海里”范围内的排放也占了内河船舶排放的15%左右。从年际变化来看，随着普通柴油的硫含量标准从2017年7月1日前的350ppm（硫酸盐）降低至2018年1月1日之后的10ppm（硫酸盐），内河船的SO2排放已经达到相对较低的水平（生态环境部,2019）。然而，包括NOx等其它污染物的排放仍在逐渐增加。此外，目前有一部分小型船舶仍未安装AIS设备，且缺乏可靠的本地内河船排放因子测试的研究，这些因素是基于AIS数据计算的内河船舶排放清单的不确定性的主要来源。107将内陆船舶排放按网格地理坐标分摊到各个省市，如图3.2-14，可以发现，江苏、广东、浙江、安徽是发生在内陆的船舶排放最集中的省份，其中内河船对这些省份船舶排放的NOx贡献分别为79.7%、68.8%、30.4%、79.7%。对于江苏、浙江这些临海省份来说，远洋船和沿海船也有一定贡献。但对于安徽、湖北、重庆、湖南等内陆省份和直辖市来说，船舶排放几乎都来自内河船。对于这些省市来说，船舶排放管理几乎等同于内河船舶排放管理，在交通向水路转型、内河船舶排放逐渐上升的背景下，这些地区面临的压力也会逐渐增大。图3.2-142022年我国各省份区域水系分船舶类型排放分担量按船舶功能类型来划分，如图3.2-15，可以发现，散货船是所有省份船舶排放贡献的主要船型，其对各省份CO2、NOx、HC、CO的排放贡献为88.8%、91.6%、92.4%、91.3%，对SO2和PM（硫酸盐）的贡献约为49.7%、57.0%。浙江、上海、广东、江苏是沿海省份/城市，受到沿海船和远洋船的影响较大。沿108海船和远洋船的燃料硫含量远高于内河船，因此对于这些省份/城市来说，集装箱船、油船、货船对船舶SO2排放的贡献也较大。图3.2-152022年我国各省份内河区域分船舶功能类型排放分担量3.3长江流域典型航道断面船舶排放特征分析3.3.1研究区域和相关数据概述船舶排放强度的计算主要涉及到以下数据：典型船舶进离港记录数据、历史船舶AIS数据、船舶排放因子、长江航道水文气象数据等。具体研究区域示意图，如图3.3-1所示。3.3.1.1典型断面上航行船舶进离港数据概况船舶进离港数据中包含了各个船舶详细的进离港的码头名称、单航程载货吨位、船舶类型、船舶主机功率等信息。在本研究中，以通过长江干线中上游的某航道断面的船舶进离港记录数据为基础，利用3.1.2节中提出的内河船舶大109气污染物排放估算方法，计算通过该航道断面的船舶在全航行过程中的排放量，并结合通过该航道断面的船舶货运记录信息，以计算通过该航道断面的船舶排放强度。本研究中的典型断面上航行船舶进离港数据的概要如表3.3-1所示。表3.3-1长江典型断面上航行船舶进离港数据概要数据说明注释时间尺度2017.01.01-2022.06.30空间尺度上海-重庆进离港记录总数（次）253,960船舶总数量（艘）47666港口数原始港口名称和编号见59表3.3-2上海、江苏、安徽、江进离港省份西、湖北、湖南、重庆、四川（1）船舶进离港O-D（OriginalporttoDestinationport）距离图3.3-1长江干线主要港口、上下行主航道示意图为便于后续船舶排放计算，将59个港口进行重新编码归并为38个港口，详见表3.3-2。船舶航行于两个港口间的单航程距离是主航道航行距离和进离港航行距离之和，具体各个港口间的距离计算结果如图3.3-2所示。110图3.3-2长江干线主要港口间航行距离计算结果表3.3-2不同船型船舶建造年份参考值船型编船舶类型名统计样本建造年最大设计航速号（knot）数份Tier12Other9622010I18.23Bulkcarrier2740911.842011II13.65Service21012.76Cargoship682008I197Container37012.18Oiltanker12272008I12.99Chemicaltanker78911.910452009I17.411Tug10314.212RoRo142007I11.613Liquidstanker8722.95Liquefiedgastanker5532012II16.7Passengership28Yacht199502014II--------2013II2014II（2）进离港船舶艘次和进离港记录次数111图3.3-3中，统计分析了典型断面上航行经过船舶逐年的船舶艘次和记录数。由于船舶载重吨与船舶尺寸大小是呈正相关的，因此，本研究也统计了船舶在不同载重吨区间的分布特征，如图3.3-3。图3.3-3典型断面上航行船舶进离港艘次和进离港记录次图3.3-3(a)为各个省份进港船舶数量和进港记录数，图3.3-3(b)为各省份离港船舶数量和离港记录数。从图中可以看出，2017-2021年时间段内航道断面通过数量和通过记录数年变化不显著，主要原因是受限于选取的航道断面的船舶通过能力在2017年就已经趋近于饱和状态。但可以看出船舶吨位大于1600GT的船舶数量在逐年增加，表明长江上航行的船舶呈现船舶大型化趋势。（3）O-D港口间航线数量由于该典型航道断面位于长江中上游，因此，缺乏在长江上游航段和长江下游航段航行的船舶进离港数据，但往返至长江上下游的船舶进离港数据，在表达长江内河航段船舶航行特征具有典型的代表意义。航行经过该典型航道断面的船舶航行记录数，如图3.3-4所示，可以看出O-D对港口数量在2021年开始递增，且可以看出各个港口O-D对之间的航程数量呈现了下降的趋势，高密度航线数量减少，这主要是由于交通组织模式优化的结果。112(a)2017(b)2018ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiNumberofroutes/yearAnhuiNumberofroutes/yearJiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(c)2019(c)2019ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiNumberofroutes/yearAnhuiNumberofroutes/yearJiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(e)2021(f)2022ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiNumberofroutes/yearAnhuiNumberofroutes/yearJiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan图3.3-4O-D港口间航线数量逐年变化图3.3.1.2长江干线船舶历史航速统计分析统计研究区域范围内的船舶历史航速分布特征，是计算区域内河船舶排放量的基础。因此，采用3.1.2.1节中提出的港口间船舶习惯航速统计分析方法，并以2017和2018长江干线两年的AIS数据为基础，统计长江干线上航行的船舶在S1和S2航行状态下的航速分布规律。长江上航行的船舶航速会受到航道内水流和风的影响，但由于受限于长江航道内风场数据缺失，在本研究中，仅考虑了水流的流向、流速来修正AIS提供的船舶航速。长江航道内水流速度参113考了长江海事局提供的长江上游、中游和下游航段在不同季节的流速监测经验值，具体流速值见表3.3-3。表3.3-3长江干线不同航段的流速监测经验值航段丰水期流速枯水期流速洪水期流速枯水期流速（m/s）（m/s）区间区间（m/s）（m/s）上游宜宾-宜42.253.0～5.01.5～3.0中游昌下游2.51.352.0～3.01.0～1.7长江口宜昌-武汉1.7511.6～1.90.8～1.2NoneNoneNoneNone武汉-浏河口在本研究中，对于长江航道内的水流流向是假设与航道方向是一致的，同时假设船舶在主航道上行驶时的航向与航道方向是一致的，在这种假设下，会忽略船舶横驶、掉头、转向的航行行为。结合航道内水流流向、流速，采用式（3.1-10）中的航速修正方法，修正船舶AIS航速。基于修正后的AIS航速，统计了2017和2018年长江航道内航行船舶在不同活动状态下的航速分布规律，分析结果如图3.3-5所示。图3.3-5长江航道内船舶在S1和S2航行状态下的各航速段航行时间占比统计结果3.3.1.3长江内河船舶排放因子船舶排放的SOX和PM的排放因子与船舶使用燃料油硫含量密切相关，本研究根据交通运输部规定的长江流域航行的船舶的船用燃料油硫含量标准，并114结合已有文献中提出的参考排放因子（见3.1-3），确定不同年份的长江航行船舶的排放因子。长江船舶使用燃油硫含量的要求是，2016年1月1日至2019年1月1日，内河船舶和江海直达船应使用硫含量不大于0.035%m/m的燃油，海船应使用硫含量不大于0.5%m/m的燃油；2019年1月1日至2020年1月1日，内河船和江海直达船应使用硫含量不大于0.001%m/m的燃油，海船应使用硫含量不大于0.5%m/m的燃油；2020年1月1日至现在，海船进入内河水域应使用硫含量不大于0.1%m/m的燃料油，内河船和江海直达船应使用硫含量不大于0.001%m/m的燃油。3.3.1.4内河船舶排放计算模型其他参数（1）船舶建造年份船舶的建造年份，对于计算船舶NOX排放结果是有影响的，在船舶排放计算过程中，需要参考NOX排放限值要求，选取不同的NOX排放因子。交通运输部在2018年提出了对于船舶氮氧化物排放控制要求[2]，即不同年份建造的船舶，需满足不同的氮氧化物排放限值要求，具体要求如下：（1）2000年1月1日及以后建造（以铺设龙骨日期为准，下同）或进行船用柴油发动机重大改装的国际航行船舶，所使用的单台船用柴油发动机输出功率超过130千瓦的，应满足《国际防止船舶造成污染公约》第一阶段氮氧化物排放限值要求；（2）2011年1月1日及以后建造或进行船用柴油发动机重大改装的国际航行船舶，所使用的单台船用柴油发动机输出功率超过130千瓦的，应满足《国际防止船舶造成污染公约》第二阶段氮氧化物排放限值要求；（3）2015年3月1日及以后建造或进行船用柴油发动机重大改装的中国籍国内航行船舶，所使用的单台船用柴油发动机输出功率超过130千瓦的，应满足《国际防止船舶造成污染公约》第二阶段氮氧化物排放限值要求；（4）2022年1月1日及以后建造或进行船用柴油发动机重大改装的、进入沿海控制区海南水域和内河控制区的中国籍国内航行船舶，所使用的单缸排量大于或等于30升的船用柴油发动机应满足《国际防止船舶造成污染公约》第三阶段氮氧化物排放限值要求。115在本研究中，基于典型航道断面的船舶进离港记录中的船舶建造年份数据，统计分析了不同船型船舶的船龄分布情况，统计结果如图3.3-6所示。图3.3-6不同船型船舶建造年份统计分布从图3.3-6中可以看出，长江活动船舶中，拖船的建造年份早，相对其他船型而言，相对老旧，而客船建造年份相对晚，新造船舶多。由于在进离港记录数据中，部分船舶缺乏船舶建造年龄信息，因此，在本研究中，以图3.3-6中不同船型的平均建造年份补充船舶缺失的船龄信息。不同船型的建造平均年份和应满足的NOX排放控制要求，见表3.3-2。（2）最大设计航速（𝑴𝑺）在本研究中，由于长江海事局提供的船舶最大设计航速值的缺失，因此，本研究引用了IMO第四次温室气体研究报告中的最大设计航速参考值，具体见表3.3-2。（3）长江港口船舶停泊时间（𝑻𝒔𝟑,𝒂）Tan等人在关于长江岸电服务能力评价文章中，已调研了长江干线部分典型港口的船舶停泊时长。但本研究中，共涉及到38个港口船舶停泊时长的计算，部分缺失的港口停泊时长值，引用最邻近港口的停泊时长作为替代值。具体的参考值见表3.3-4。表3.3-4长江港口船舶停泊时间编号港口名停泊时长（h）编号港口名停泊时长（h）1上海7.3520池州2.721162南京2.6821铜陵2.23.25.213镇江3.15722芜湖5.342.514.954泰州1.2823马鞍山3.033.73.6055江阴3.15724九江4.093.1575.236张家港3.15725荆州3.6053.1572.077南通3.15726洪湖3.8357.323.758扬州2.7427武汉4.852.723.8359仪征2.228黄石2.995.213.83510常熟5.3429巴东3.5354.953.7511常州30宜昌12苏州31城陵矶13太仓32重庆14安庆33涪陵15池州34丰都16铜陵35万州17芜湖36奉节18马鞍山37巫山19九江38宜宾（4）长江航道船舶待闸时间（𝑻𝒔𝟒,𝒂）在长江航运发展报告中，每年都会计算船舶等待过闸的平均时间，具体值见表3.3-5。表3.3-5长江航道船舶待闸时长年份2016201720182019202020212022年平均待闸时长（h）43.98105.88151.1983.3311019.9219.923.3.2内河船舶排放估算方法精度分析为验证提出的内河船舶大气污染物排放估算方法和方法所涉及到的计算参数的可靠性。本研究以两艘长江在役船舶在2022年的燃油消耗报告数据为基础，117该燃油报告包括了两艘船舶在不同航程，及各个港口O-D对之间航行的时间、燃油消耗量、所用燃油硫含量，图3.3-7展示了两艘船舶在2022年的航程。图3.3-7两艘船舶2022年航线分布图因此，本研究采用3.1节中提出的方法，并结合3.3.1节中的关于两艘船舶的相关参数数据，计算了两艘船舶在各个航程的船舶CO2排放量。然后，又结合两艘船舶在各个航程的燃油消耗量，并结合船舶CO2的排放因子（𝐸𝐹𝐶𝑂2=3666.67∗0.86），采用燃油法计算两艘船舶在各个航程的CO2排放量，并以此计算结果作为船舶在各个航段的实际CO2排放量。燃油法的具体计算公式如式（3.3-1）所示。𝐸𝐶𝑂2,𝐹𝐶=𝐹𝐶∗𝐸𝐹𝐶𝑂2式（3.3-1）表3.3-6展示了两艘船舶的基本信息，具体如下：表3.3-6两艘船舶基本信息船舶编号Ship1Ship2油轮船舶类型油轮11023401主机功率（kW）88012.12011载重吨DWT（t）323525最大设计航速（kn）12.1建造年份20112022年航程数（航次）35图3.3-8为采用燃油法计算的船舶各航程CO2排放量（实际CO2排放量）和本研究提出的模型计算的船舶各航程CO2排放量，可以看到计算的碳排放量与实际CO2排放量的相对误差为21.88%，绝对误差为34.3%。118图3.3-8本研究提出的内河船舶排放大气污染物估算方法误差分析3.3.3长江典型航道断面船舶排放量计算基于典型断面上航行经过船舶的进离港记录数据，并结合5.1.1节中的相关基础数据，采用3.1.2节中提出的内河船舶大气污染物排放估算方法，计算2017年1月1日-2022年6月30日长江上典型航道断面经过船舶在其全航程的排放量。3.3.3.1排放总量典型断面上的排放总量，船舶排放的CO2超过93%，是发生在航行状态为S1（即主道上航行时）时；船舶在航行状态为S4时（即等待过闸）时贡献了约6%的CO2排放量，但船舶在S4排放量的贡献比例是逐年下降的，到2022年该比例下降至1.4%，这主要得益于船舶过闸调度模式优化，极大程度的缩短了船舶等待过闸的时间，另外，可以看出船舶CO2年排放量呈现波动上升趋势，且船舶排放年变化趋势与货运量和航行距离年变化趋势是一致的。2022年由于仅有半年的进离港记录数据，因此，计算的2022年的CO2年排放量不具有参考性。对于SO2排放量，2017年6月30日前，内河船舶被要求使用硫含量低于0.035%的普通柴油，2017年7月1日起-2017年12月31日，内河船舶被要求使用硫含量低于0.005%的普通柴油，2018年以后，内河船舶被要求使用硫含量低于0.001%的普通柴油，2017年至2022年，船舶排放的SO2总量明显降低，SO2减排效益非常显著。119图3.3-9长江典型航道断面船舶排放总量图3.3-10长江典型航道断面年货运量和年运输距离3.3.3.2排放结构船舶类型分为了其他船、散货船、服务船、货船、集装箱船、油轮、化学品船、拖轮、滚装船、液化气船、一般液化气船、客船和游艇这13类船型，其中其他船包括多用途船、驳船、自卸砂船和其他类船，散货船包括杂货船、散货船和一般干货船，货船包括普通货船和其他液货船。图3.3-11展示了不同船型的船舶在不同航行状态下的年CO2排放量，可以看出散货船是CO2排放的主要船型，另外，客船在2018年之后排放CO2总量明显下降。（1）不同船型在不同航行状态下的排放量120图3.3-11不同船型在不同航行状态下的排放量（2）船舶单航程碳排放量从图3.3-12中，可以看出航线上的CO2排放量在整体上呈现逐年下降的趋势，主要原因是由于船舶在S4状态下CO2排放量的显著下降，另外，可以看到，由于长江航道和码头基础建设投入力度的增加以及通航服务能力的增强，在2021年和2022年新增了多条航线，这分担了部分以往航线的货运压力和碳减排压力。121(a)2017(b)2018ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiECO2,1(t/voyage)AnhuiECO2,1(t/voyage)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(c)2019(d)2020ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiECO2,1(t/voyage)AnhuiECO2,1(t/voyage)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(e)2021(f)2022ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiECO2,1(t/voyage)AnhuiECO2,1(t/voyage)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan图3.3-12航线上单航程船舶碳排放量3.4长江流域内河船舶排放强度计算在3.3节中完成了内河长江典型航道断面船舶排放量计算，且该断面的船舶航程覆盖了长江上游、中游和下游全航段，对于评价长江流域内河船舶排放强度具有代表意义。因此，本研究基于各个航段的船舶排放总量、货运总量和航行总距离，计算各个航段的船舶排放强度，具体计算方法如式（3.4-1）。另外，本研究也分析了不同货运船舶的排放强度。𝐼𝑖=𝐸𝑖∗𝑊𝑐𝑎𝑟𝑔𝑜−1∗𝐷𝑖𝑠−1式（3.4-1）122式（3.4-1）中，𝐼𝑖为第𝑖类污染物的排放强度，单位：g/t-cargo/nm；𝐸𝑖为船舶排放第𝑖类污染物量，单位：g；𝑊𝑐𝑎𝑟𝑔𝑜为运输货物重量，单位：t；𝐷𝑖𝑠为船舶航行距离，单位：nm。船舶进离港报告数据中，提供了部分船舶在逐航程里的载货量，仍然缺失部分船舶的货运量数据，因此，本研究通过统计分析船舶满载率和船舶的载重吨，以填补缺失的船舶货运量数据，即为船舶载重吨与船舶满载率的乘积。依据船舶航程的距离，将船舶航程分为短途（Dis＜300km）、中长途（300≤Dis≤500km）和长途（Dis＞500km），并分别统计不同船型的船舶满载率，结果如图3.4-1所示。图3.4-1不同船型在不同运距下的满载率分析图可以看出，不同船舶类型的满载率是有较大差别的，干散货船和其他货船、集装箱船的满载率要明显高于其他船型，而油船和化学品船的满载率较低，而且可以明显看出对于不同船型而言，长途航线的满载率都要显著优于中、短途航线。3.4.1各个航程段排放强度本研究分析了不同航程的船舶排放强度，以CO2和SO2两种污染物作为示例进行了可视化展示，如图3.4-2和3.4-3所示，其中，纵坐标为出发港，横坐标为到达港。从两幅图中可以看出，SO2和CO2排放强度大的区域在空间分布上是一致的，都主要集中在湖北和重庆出发至长江下游和上游的航线。各航线上的CO2排放强度在年际变化上，呈现了逐年下降的趋势，可以看出高CO2排放强度的航线逐年减少，到2022年几乎没有了CO2高排放航线。从SO2排放强123度来看，2017年至2022年各个航线的SO2排放强度整体呈现陡降的趋势，这表明中国政府实施的硫氧化物排放控制政策卓有成效。另外可以看出，从重庆市和湖北省出发至上海市、江苏省（即中上游至下游航线）、从江西省和湖北省出发至重庆市和四川省（即中游至上游航线）中的部分航线的排放强度大。上游至下游的部分航线排放强度大的原因是该航程主要经过繁忙的航道，船舶密度大，导致船舶航行速度相对较慢，所需航行时间长，船舶在拥挤的水域中航行，增加了燃料消耗，导致排放量大，因此，这些航程的船舶排放强度大。中游至上游航段中的部分航线船舶排放强度大的原因主要是两方面原因，首先，该航段的航道水文条件复杂，且船舶为逆流航行，需要消耗更多的燃料，导致排放量更高；另外，从图3.4-5中可以看出，这些航线的船舶满载率较低，这也是导致船舶排放强度大的重要原因。124(a)2017(b)2018ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)AnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(c)2019(d)2020ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)AnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(e)2021(f)2022ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)AnhuiICO2,1(g-CO2/t-cargo/nm)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan图3.4-2航线CO2排放强度125(a)2017(b)2018ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)AnhuiISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(c)2019(d)2020ShanghaiShanghaiJiangsuJiangsuAnhuiISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)AnhuiISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)JiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan(e)2020(f)2021ShanghaiShanghaiJiangsuISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)JiangsuISO2,1(g-SO2/t-cargo/nm)AnhuiAnhuiJiangxiJiangxiHubeiHubeiChongqingChongqingSichuanSichuan图3.4-3航线SO2排放强度126图3.4-4航线上单航程船舶平均载货量（t）127图3.4-5航线上单航程船舶满载率（t）3.4.2不同船型排放强度该典型航道断面航行经过船舶的全航程进离港记录数据集，该数据集中的船舶航程涉及了长江上、中、下游全航段，因此，依据该数据集统计的长江航道船舶排放强度计算结果具有代表性。图3.4-6展示了长江航道船舶排放不同污染物组分的排放强度，其中包括CO2、N2O、NOX、HC、CH4、PM、CO、SO2八种污染物。从计算结果来看，不同组分污染物的排放强度都呈现了逐年递减的趋势，这表明一系列的内河航运减排、节能增效政策措施的施行有了成效；同时，可以看出，油轮和滚装船的排放强度要高于其他船舶，这主要是由于这128两种船型的满载率要低于其他的船型，且这两种船型运输货物的特殊性，往往会出现往返航程中会出现其中一段航程的空载现象，这也就导致出现了高排放强度的现象。图3.4-6不同船型船舶排放强度1293.5长江流域内河船舶排放计算在3.4节中，统计了长江典型航道断面船舶排放强度。在本小节中，基于3.4节中计算的长江航道不同船型船舶排放强度，结合一系列长江流域内贸航运基础数据，统计分析了长江流域范围内包括13个省份的内河船舶从事内贸货物运输产生的大气污染物量。3.5.1长江流域内贸航运基础数据概述3.5.1.1长江流域不同船型的内贸港口货物吞吐量在各年度的长江航运发展报告中，统计了长江流域内河港口内贸货物的吞吐量，该报告中属于长江流域的省市包括上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、山东省、河南省、湖北省、湖南省、重庆市、四川省、贵州省、云南省和陕西省。不同的货类其运输船型也是特定的，因此，本研究通过将货运与运输船舶类型相匹配，统计了长江流域内河港口的各类型船舶的货物吞吐量，统计结果如表3.5-1。表3.5-1长江流域内河港口不同船舶类型港口货物吞吐量（万吨）船舶运输货物201720182019202020212022类型煤炭及制品、货金属矿石、钢397065383371.1317780.9366392409814398793船铁、矿建材料、非金属矿石、粮食油石油、天然气22616.623557.214013.4135251374012840船及制品滚装滚装汽车324.15325.22072.58112316902633船集装集装箱2887531027.532497.5330453853542225箱船货运448880.75438281366364.38414085463779456491总量130（注：1TEU≈15吨，1辆车≈1.5吨）图3.5-1不同船型货运量占比总的来看，长江流域的年内贸港口货物吞吐量呈现波动上升趋势。基于表3.5-1中的不同船舶类型的港口货物吞吐量，统计各年份内不同船型的港口货物吞吐量占比，结果如图3.5-1所示，可以看出，不同类型的船舶在港口货物吞吐量上表现出不同的变化规律。货船和集装箱船是港口货物吞吐量的主力船型，货船的年际港口货物吞吐量有所波动，在2021-2022年呈现下降的趋势；油船的港口货物吞吐量呈逐年下降的趋势，这主要由于长江流域能源结构的调整，新能源和其他替代能源的需求增加，使得以石油为代表的能源资源运量的逐年下降；滚装船的港口货物吞吐量在波动中略微增加；而集装箱船的港口货物吞吐量则呈现持续增长的趋势，这是由于长江流域经济的快速发展，推动了大宗货物运输的需求，另外中国政府也是通过不断加大对内河航运基础设施的投资，不断完善内河码头和航道的通行能力，同时政府还提供了一些优惠政策，如减免码头停靠费用，以降低运输成本，吸引更多货物通过内河集装箱进行运输，另外，技术进步和现代化的船舶、码头设施以及物流管理系统的引入，提高了集装箱运输的速度和效率。3.5.1.2长江流域各省份的内河航运运力概况（1）长江流域各省市的内河内贸货运量在各年度的长江航运发展报告中，统计了长江流域内14个省份的内河航运年内贸货运总量和货物周转量，见图3.5-2和图3.5-3。可以看出，各省份的内河内贸货运量和货运周转量的年变化趋势是一致的，且都表现出了逐年上升的趋势。安徽省的内河内贸货运量居全流域省份的第一131名，且多年稳居第一梯队，这主要是由于安徽省有密集的水网，与浙江、江苏相邻，承接了这两个省份的大量货物运输量，且安徽省拥有丰富的自然资源和多样化的产业结构，其工农业都相对发达，这些产业的发展和产出依赖廉价的内河航运；另外，安徽省致力于加强航运设施建设和提升港口现代化水平，并不断建设航运枢纽工程，如：引江济淮、江淮运河、芜申运河等。位于第二梯队货运量的是江苏和湖北两个省份，这主要是由于两个省份的地理位置优势、经济发展水平、港口和航道建设，以及区位优势和产业集聚效应。140000201712000020182019Annualcargovolume(t)202010000020212022800006000040000200000ShangJZianghaiheAjiasnugJnhuShianiandgxiHongHenanCHuubeihonnanSgqinGichuguizhanYunouSnahanxni图3.5-2长江流域各省份的内河内贸货运量图3.5-3长江流域各省市的内河内贸货运周转量（2）长江流域各省市船舶数量132图3.5-4长江流域和省市船舶数量年变化图，为各省市客船、货船、集装箱船和新能源船舶数量之和。可以看出各省市的船舶数量呈现逐年下降的趋势，2022年的船舶总数量相较于2017年下降了约21.2%。这主要是由于长江船舶更新换代，随着科技的进步和船舶技术的不断更新，新型船舶通常更加节能高效，运输效率更高。船舶所有者可能选择更新船队，以提高效率和降低运营成本，对老旧、高排放船舶进行逐渐的淘汰或限制。另外可以看出，江苏省和安徽省的船舶数量大，这是由于江苏省和安徽省临近上海，使得两省份的内河运输网络可便捷的与全球海运网络构成连接关系，且两省份拥有大量的企业和产业基地，航运是物资运输的重要方式之一，这些省份发展航运业可以满足工业产品和商品的运输需求。图3.5-4长江流域各省市船舶数量年变化图（3）长江流域各省市内河船舶平均载重吨图3.5-5为2022年长江流域各省市内河船舶平均载重吨，可以看出，内河货运船舶平均载重吨为1577吨，且不同省份的内河船舶平均载重吨存在明显的差异，这表明各地区的内河航运发展和船舶运输规模上存在较大的差异。可以看出，重庆市、江西省和河南省的内河船舶平均在载重吨高，这是由于重庆市是内陆重要的港口城市，它位于长江上游，有着便捷和良好的水路交133通，因此平均载重吨数较高；江西省和河南省虽然位于长江中游，但它们有着丰富的内河水运资源，包括湖泊和河流，因此也具备较高的内河船舶运输能力。值得注意的是，江苏省、浙江省、上海市和山东省是沿海省份，他们的内河船舶平均载重吨在中等水平，这是由于这些省份主要承载了更多的国际贸易航运运输需求。内河水运对地区经济发展具有重要作用。高载重省市可以表明该地区拥有发达的内河水运体系，可以支撑更大规模的内贸货物运输，有助于促进内贸经济活动和贸易量。图3.5-5长江流域各省市内河平均载重吨3.5.2长江流域内贸运输船舶排放量在3.4节中，以通过长江某航道断面船舶排放量、货运量和航行距离为基础，计算了该航道断面不同船型船舶的排放强度。在本小节中，以该排放强度作为长江流域船舶排放强度，并结合长江航道管理局发布的长江流域逐年港口货物吞吐量、长江流域逐年货运周转量、长江流域各省份逐年货运周转量等统计数据，以计算长江流域内贸运输船舶的排放量。具体计算流程如图3.5-6所示。134图3.5-6长江流域内贸运输船舶排放量计算流程图3.5.2.1总排放量长江流域内贸船舶排放量2017-2022年分别为17.1658百万吨、17.2723百万吨、17.7142百万吨、17.0019百万吨、18.5727百万吨和19.6901百万吨，年平均增长率为2.884%，2022年的内贸船舶排放总量相较于2017增加了2.5243百万吨。从图3.5-7可以看出，货船和油船是排放主体，货船的排放量占总排放的比例较高，在各年份中排放占比均超过80%；滚装船和集装箱船舶的排放占比较小，不到1%。值得注意的是，油轮的排放量是呈现了逐年下降的趋势，表明石油及其制品的内河运输需求在逐年下降。图3.5-7长江流域内贸船舶年排放量135图3.5-8长江流域内贸运输船舶排放量为讨论分析采用物质流方法和AIS方法计算的长江流域船舶排放结果的差异，本研究将采用两种方法计算的2019-2022年长江流域船舶CO2排放量进行了对比分析，分析结果如图3.5-9所示。结果表明，AIS方法计算的排放量要大于物质流数据方法计算结果，两者的计算误差小于35%，四年的平均误差为27.88%，且误差呈现了逐年上升的趋势，误差年增长率为2.7%。这主要是由于物质流数据计算方法是以长江内贸货物运输数据为基础的，而AIS数据是计算包括了内贸和外贸货物运输船舶的整体排放量；长江航道中有较多的小型货运船舶，目前计算方法基于平均排放强度，可能低估了实际油耗；货运统计数据也可能有不完全现象，这也会导致基于物质流数据计算排放量偏低，但AIS同理。136图3.5-9物质流方法和AIS方法计算的长江流域船舶排放结果误差分析3.5.2.2排放空间分布安徽省连续六年都是长江流域CO2排放量最高的省份，CO2年均排放量约为6.2141百万吨，且排放量远高于其他省份，江苏省和湖北省也是CO2排放量较高的省份，年CO2排放量分别为2.5636百万吨和2.5556百万吨。另外，可以看到，长江干线的流经的省份，高CO2排放省份数量逐年增加，在2022年整个长江干线流经省份都是均为CO2高排放省份。船舶NOX的排放空间年变化趋势与CO2排放趋势整体相似。可以看出，区域船舶排放与经济发展水平呈现了正相关，经济发达的省市往往有更大规模的船舶运输需求，因此也会伴随更高的排放量。可以观察到，上海市、江苏省、浙江省、重庆市等经济相对发达的地区在船舶排放量上较为突出。交通网络的发达程度对船舶运输的效率和规模有着直接影响。交通便利的地区能够吸引更多的船舶运输，这会产生更高的排放量。这也是部分内陆省市的船舶排放量相对较低的原因，因为其交通网络可能不如沿海地区和河流沿岸省市发达。另外长江干线各省市的第一、二产业所占比重大，且内河航运条件好，内河航运以大综货运运输需求为主，因此，长江干线各省市的船舶排放量大。结合3.5.1节中提供的长江流域各省市的内河船舶平均载重吨数据，可以看出，船舶平均载重吨与船舶排放量呈现了一定的正相关关系，且高排放区域的船舶平均载重吨也较高，这是因为船舶载重吨大，同时也需要消耗更多的燃料来维持船舶运行，使得排放量也较高。同时可以看出，重庆市和安徽省的船舶137平均载重吨较高，同时排放量也大，这与这两个地区的第一、二产业占比大，船舶大宗货运运输需求大相关。图3.5-10CO2空间分布图3.5-11N2O空间分布138图3.5-12CH4空间分布图3.5-13PM空间分布图3.5-14NOX空间分布图3.5-15SO2空间分布139图3.5-16HC空间分布图3.5-17CO空间分布140图3.5-17长江流域各省市船舶数量年变化图141第4章内河和沿海船舶减排潜力评价4.1减排目标及相关政策指导2023年7月，IMO在新的船舶温室气体减排战略中，提出了更为严格的排放标准，且将多个重要的时间节点提前。新的温室气体减排战略对时间节点和减排标准进行了修订，如船舶航运净零排放的时间压缩了50年，从2100年提前至2050年。此外，还设定了新的目标年，新增2040年全生命周期排放总量降低70%，力争降低80%的目标。在新的目标中，修订了2030年的目标，提出在2030年全球航运排放强度降低40%，排放总量降低20%，力争30%，替代燃料使用比例达到5%，力争10%的目标。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》设定了到2030年实现碳峰值和到2060年实现碳中和的目标。到2025年，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2020年下降18%；非化石能源消费比重达到20%左右。到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年减少65%以上。非化石能源消费比重达到25%左右，风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上。在2020年，交通运输部印发了《内河航运发展纲要》（简称《纲要》），《纲要》在发展目标中明确指出：到2035年，内河千吨级航道达到2.5万公里，主要港口重点港区基本实现铁路进港，内河货运周转量占全社会比重达到90%，新能源和清洁能源船占比显著提高；另外，《纲要》还指出要加大新能源清洁能源推广应用力度，主要是推广LNG节能环保船舶，探索发展纯电力、燃料电池等动力船舶，研究推进太阳能、风能、氢能等在行业的应用。推进船舶靠港使用岸电。完善水上绿色综合服务区、液化天然气加注码头等绿色服务体系建设。加强港口节能减排技术应用。2022年，工业和信息化部、发展改革委、财政部、生态环境部、交通运输部印发了《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》（以下简称《意见》）。《意见》中将碳达峰、碳中和目标作为引领，并制定了中短期的发展目标，到2025年，液化天然气（LNG）、电池、甲醇、氢燃料等绿色动力关键技术取得突破，船舶装备智能技术水平明显提升，内河船舶智能标准规范体系基本形成；到2030年，内河船舶绿色智能技术全面推广应用，配套基础设施、142运营管理、商业模式等产业生态更加完善，标准化、系列化绿色智能船型实现批量建造，产业链供应链水平大幅提升，初步建立内河船舶现代产业体系。《意见》也提出了优先发展绿色动力技术的指导意见，具体表现在，（1）积极稳妥发展LNG动力船舶：加快内河船用LNG发动机迭代升级，完善纯天然气船用发动机产品谱系，发展气电混合动力技术，强化甲烷逃逸和氮氧化物排放控制。加强LNG动力系统集成和优化设计，重点推动LNG动力技术在沿海、长江干线、西江干线、京杭运河等中长距离2000载重吨以上货船、工程船等应用；（2）加快发展电池动力船舶：加强船用动力电池、电池管理系统等技术集成和优化，推进高效节能电机、电力系统组网、船舶充换电等技术研究，提升船舶电池动力总成能力和安全性能，重点推动纯电池动力技术在中短途内河货船、滨江游船及库湖区船舶等应用。以货船为试点，开展标准化箱式电源换电技术研究与应用；（3）推动甲醇、氢等动力技术应用：加快船用甲醇发动机研发，降低甲醛等非常规污染物排放，提升船用甲醇燃料电池功率范围和燃料转化效率，推动甲醇动力技术在货船等应用。加强船用氢燃料电池动力系统、储氢系统、加注系统等技术装备研发，探索氢燃料电池动力技术在客船等应用，鼓励采用太阳能等可再生能源电解水产生的绿氢。2017年，交通运输部印发了《港口岸电布局方案》，计划重点对493个既有大型专业化泊位进行岸电改造。截至2019年年底，全国共建成岸电设施5400多套，覆盖泊位7000余个。2014年，交通运输部、财政部印发了《内河船型标准化补贴资金管理办法》（以下简称《办法》），《办法》的提出促进了内河运力结构调整和水运节能减排，并提高船型标准化率。在《办法》中，对小吨位船舶拆解、对老旧船舶拆解或改造、对新建大型示范船、对新建液化天然气（LNG）动力船等，都提出了明确的补贴范围和标准。另外，中国船级社（CCS）于2019年12月发布的《内河绿色船舶规范》提出建立涵盖船舶资源循环利用、清洁能源及绿色技术应用、温室气体及污染物排放控制、生态环境友好的不同水系的绿色生态综合评价指标体系。在船舶碳排放控制标准方面，交通运输部先后发布了《内河运输船舶标准船型指标体系》、《营运船舶燃料消耗限值及验证方法》、《营运船舶CO2排放限值及验证方法》、《内河运输船舶标准化管理规定》等。143在船舶能耗统计监测方面，交通运输部制定了《交通运输能耗监测统计报表制度》和《船舶能耗数据收集管理办法》。中国船级社先后发布了《水运企业船舶碳排放核查技术规范》、《船舶二氧化碳排放监测、报告和验证实施指南》等。4.2长江内河船舶碳减排发展路径研究4.2.1长江内河船舶碳减排预测模型构建船舶碳排放计算方法在1.2.1节中进行了详细的综述，在本小节中，将结合船舶货运量、货物运输距离和船舶排放强度，计算航运碳排放量。长江内河航运碳排放计算模型主要分为三部分：（1）减排情景设置。在2019年中国交通部实施了更为紧缩的内河船舶排放控制政策，内河船舶需要使用不超过0.001%m/m的燃料油，该政策一直持续至今，因此，在本模型中，将最近的年份即2022年设置为基准排放年，首先需要计算2022年长江内河船舶碳排放清单；（2）参数预测：预测多减排情景下，研究区域内货运量、货物周转量、碳排放强度（EnergyEfficiencyOperationIndex，EEOI）；（3）预测多减排情景下，研究区域内船舶碳排放量。4.2.1.1长江内河船舶碳减排情景设置在本研究中，设置3个长江内河船舶碳减排预测情景，分别为“基准情景（BUA）”、“2℃情景”和“1.5℃情景”，具体情景设置如下：（1）基准情景：基准情景下依据现有发展模式，经济社会发展缓慢转型，水路运输需求仍保持相对稳定，长江内河航运仍延续当前低碳转型的趋势和政策的情况。市场主导的船舶能效下降集中在低成本减排技术领域，非化石能源燃料在水运业渗透率低，岸电部分应用。另外，国内交通组织模式优化，“公转水”货运量年均增长比例约0.5%；（2）2℃情景：是以实现全球控制升温2℃目标为导向，以21世纪中叶深度脱碳目标下减排对策和路线图分析为基础，研究与之相适应的减排情景和路径。2℃情景下经济社会平稳发展，稳步转型，相关绿色低碳政策同步实施。长江内河航运在该情景下的主要表现为四点：⚫市场主导的船舶能效下降集中在低成本减排技术领域。144⚫新造船能效标准主导船舶能效下降，电动船及新能源船舶逐步应用。⚫船舶运力结构优化，旧船加速淘汰，新造船舶大型化。⚫岸电充分应用，中长期长江内河船舶燃料碳强度稳步下降。（3）1.5℃情景：是以控制1.5℃升温目标为导向，到21世纪中叶努力实现CO2净零排放和其他温室气体深度减排为目标，该情景下绿色发展政策力度空前，经济结构、能源结构加速调整。长江内河航运在该情景下的主要表现为四点：⚫市场主导的船舶能效下降扩展到中高成本减排技术领域，主要倾向于选择净零排放或零排放的清洁能源。⚫新造船能效标准以及再用船能效标准主导船舶能效下降，电动船及新能源船舶进一步推广应用。⚫船舶运力结构进一步优化，老旧船舶加速淘汰，新造船舶大型化；⚫岸电充分应用，中长期水运燃料碳强度加速下降。4.2.1.2长江内河船舶碳减排计算（1）长江内河船舶货运量预测：𝑇𝑊𝑖,𝑦=∑𝑇𝑊𝑖,𝑦−1×(1+𝑔𝑖,𝑦)式（4.2-1）式（4.2-1）中，𝑔𝑖,𝑦为第𝑖类船舶的货运周转量年变化率；𝑇𝑊𝑖,𝑦为第𝑖类船舶在第𝑦年的货运周转量，单位：tkm。（2）长江内河船舶碳排放强度预测：𝐸𝐸𝑂𝐼𝑖,𝑦=𝑁𝑛𝑒𝑤𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖,𝑦×𝐸𝐸𝑂𝐼𝑛𝑒𝑤𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖,𝑦+𝑁𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖,𝑦×𝐸𝐸𝑂𝐼𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖,𝑦式（4.3-2）𝑁𝑖,𝑦式（4.2-2）中，𝑁𝑛𝑒𝑤𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖,𝑦表示第𝑖类船舶在第𝑦年的新造数量；𝐸𝐸𝑂𝐼𝑛𝑒𝑤𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖,𝑦为第𝑖类新造船舶在第𝑦年的碳排放强度，单位：g−𝐶𝑂2/𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒/𝑘𝑚；𝑁𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖,𝑦为在第𝑦年已有第𝑖类船舶数量；𝐸𝐸𝑂𝐼𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖,𝑦为在第𝑦年已有第𝑖类船舶的碳排放强度，单位：g−𝐶𝑂2/𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒/𝑘𝑚；𝑁𝑖,𝑦为第𝑖类船舶在第𝑦年的船舶总量。（3）长江内河船舶碳排放量计算：具体计算方法如式4.3-3所示。𝐸𝐶𝑂2,𝑖,𝑦=∑𝑛1𝑇𝑊𝑖,𝑦×𝐸𝐸𝑂𝐼𝑖,𝑦式（4.2-3）𝑖=145式（4.3-3）中，𝐸𝐶𝑂2,𝑦为第𝑖类船舶在第𝑦年的碳排放量，单位：t。4.2.2长江内河船舶减排措施情景确定依据4.1节中针对中国内河船舶提出的一系列碳减排政策和相关研究，可以将长江内河船舶碳减排措施分为新能源船舶应用、老旧船舶淘汰、船舶大型化、岸电使用、营运节能转型。其中，基于现有的针对长江内河新能源船舶政策倾向于气化长江和电化长江这一现状，可将新能源船舶应用分为LNG船舶应用、电动船舶应用和其他新能源船舶应用。4.2.2.1新能源船舶应用（S1）据统计，95%以上的船舶是以柴油为主要动力能源，到2030年，化石燃料仍占主导地位，实现“碳中和”的发展目标，水运业需要充分摆脱对柴油动力的依赖，降低化石能源的比例，增加新能源（如LNG、LPG、甲醇、电、氢、氨、生物燃料等）的比例。2021年，国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》提出，发展电动、液化天然气动力船舶，深入推进船舶靠港使用岸电，因地制宜开展沿海、内河绿色智能船舶示范应用，到2030年，当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具达到40%。基于4.1.1节中政策指导文件和相关对燃料替代能源的经济性、可得性、减排效益、安全性的相关研究来看，对长江新能源船舶应用发展路径短期来看，LNG是最优选择，政策上对LNG的推动力也是最大的。这主要源于LNG燃料的技术成熟度、配套设施的完善度、试验船舶规模都显著由于其他燃料。但LNG并不是零碳燃料，因此，该燃料仅适用于当前仍处于起步阶段的环保要求，LNG仅为短期到中长期的发展过程中的过渡燃料。中长期来看，绿甲醇、绿氨、锂电池是实现零碳的最终目标燃料。但中长期的发展角度来看，更关注于全生命周期的零碳排放，这意味着替代燃料应追求生产、运输、回收过程的完全或近零排放。146图4.2-1长江新能源船舶发展路径建议图⚫LNG动力船舶应用2010年以来，国家和交通运输部发布了一系列要求推广船舶使用LNG清洁能源的指导性文件。《大气污染防治行动计划》、《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》、《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知》等30余项国家和交通运输部制定的政策法规中要求船舶使用LNG清洁燃料。LNG燃料技术成熟度高、法规完备性好、能量密度高，近几年以LNG为主燃料的双燃料动力船舶呈较快增长趋势，截至2021年，长江经济带运行的LNG动力船共计约200艘，约占总船舶数量的0.2%。相关研究表明，LNG的温室气体减排效益为约10%，因此，在本研究中，设置LNG碳减排潜力系数为10%。截至2021年，长江干线建成并运营LNG加注站7座，根据《长江干线京杭运河西江航运干线液化天然气加注码头布局方案（2017—2025年）》，长江干线布局45处LNG加注码头，但LNG沸点低，碳减排潜力有限，且供应和价格尚不稳定，因此，在本研究中，预测未来长江LNG动力船舶的不会出现爆发式增长现象。⚫电动船舶应用随着蓄电池能量密度的提高，且电能被视为零碳排放能源，电动船舶以充电便捷、低噪音的优势，电动船舶发展步伐加快，目前电动船舶主要应用于工程船、公务船、客船、渡船等。据研究表明，500总吨、1000总吨、2000总吨船舶可实现电动化的最大比例为80%、60%和50%。在预测过程中，在2℃情景中设置在2060年，电动船舶数量占总在航行船舶数量30%，在1.5℃情景中设147置在2060年，电动船舶数量占总在航行船舶数量50%。电动船舶作为零碳排放船舶，本研究将电动船舶的碳减排潜力系数设置为100%。⚫其他能源动力船舶应用相较于传统柴油，其他新能源低碳燃料均能显著降低CO2排放，但低碳燃料的使用存在较高的应用门槛，目前技术成熟度较低。在本研究中，考虑绿甲醇和绿氢燃料作为其他能源动力，据其他研究表明，从船舶末端排放来看，绿甲醇和绿氢的碳减排潜力为100%，因此，本研究将这两种能源动力船舶的碳减排系数设置为100%。4.2.2.2老旧船舶淘汰（S2）在中国内河航道航行的老旧船舶较多，据2017年数据统计，船龄超过20的船舶占比达26%。截至2022年底，长江干线过闸运输船舶主尺度符合率达到91.4%，其中国家强制标准执行率达100%，这表明长江干线船舶标准化执行率好，但长江支流老旧船舶比例仍较高。国务院2018年发布的“蓝天计划”和相应的地方计划，规定了一些针对内河航运业的措施，措施要求限制长江等主要内河流域的高排放船舶运营，并鼓励服役20年以上的船舶退役。2023年10月发布的《2030年前碳达峰行动方案》提出推动运输工具装备低碳转型，加快老旧船舶更新改造。据研究表明，老旧船舶拆解新建后，即时选用燃油动力，其本身能效水平提高约20%，因此，设置老旧船舶淘汰的碳减排潜力系数为20%。2016年至2020年老旧船舶淘汰率为22%，逐年淘汰率为4.4%。由于中国内河老旧船舶淘汰的驱动力为船龄，而非政策，因此，本研究在三个减排情景中设置的老旧船舶年淘汰率相同。4.2.2.3岸电使用（S3）岸电的顺利使用需要以下几个条件：（1）船舶已安装受电设施；（2）停靠泊位已安装供电设备；（3）船舶和泊位成功匹配，对船舶类型、可使用泊位数量、电压等等都有一定的要求。根据《长江经济带运输船舶岸电系统受电设施改造推进方案》的改造目标，截至2025年，内河集装箱船、滚装船、600总吨及以上内河干散货船和多用途船将基本完成改造，总改造规模在2.6万余艘。2022年长江11省市五种船型共148计84158艘，截至22年末改造规模1万余艘。预计2025年船舶改造数量将比2022年提高了1.5倍，改造船舶占比从13%上升至31%。2017年发布的《港口岸电布局方案》，提出重点推进5类重点专业化泊位的岸电设施改造的目标：集装箱、客滚、邮轮、大型客运和干散货专业化泊位。2019年底京杭运河水上服务区、三峡坝区基本实现岸电全覆盖。截至2022年，全国5类重点专业化泊位岸电设施覆盖率达75%，广东省率先实现了中国内河港口泊位的岸电供电设施全覆盖。可以预计，到2025年长江沿线内河港口的岸电供电设施将基本覆盖。《港口和船舶岸电管理办法》对除液货船外的船舶提出了应用尽用的要求，自2020年2月1日起，具备受电设施的船舶停靠在具备岸电供应能力的泊位且未使用有效替代措施时，在沿海港口停泊超过3小时或内河港口超过2小时，应当使用岸电。结合以上对船舶受电设施改造、港口泊位供电设施建设、岸电使用推进政策的分析，预测2025年长江沿线内河船靠港停泊时，基准情景下30%的船舶使用岸电、2030年50%、2035年80%、2040年100%。船舶在靠港和待闸两个航行状态下可使用岸电以减少碳排放，据3.3.3节中典型航道断面航行船舶碳排放计算结果表示，由于待闸船舶调度优化的影响，2022年，船舶在靠港和待闸两个航行状态下的碳排放量占整个航程排放量的1.67%，因此，本研究设置岸电使用的碳减排潜力系数为1.67%。4.2.2.4营运节能转型（S4）常用的营运减排措施主要包括航线运营管理优化、运输结构优化转型、降速航行、气象导航等⚫航线运营管理优化和运输结构优化转型在该类减排措施中，主要可以通过提高航运物流和数字化水平、降低航速、提高船舶利用率、优化船舶设计结构、优化航线、优化航线船舶载运结构。据研究表明，2010年至2019年中国内河船舶单位载重吨所需功率降低了24%，提高了船舶能效水平。2010年至2019年内河船舶单位功率货运量增加了56%，这表明了同等功率下船舶运载量提高了一倍，进一步降低了单位货物周转量的燃料消耗。⚫降速航行149降低船舶航行速度，可以有效降低船舶阻力，从而降低单位油耗。船舶燃料消耗量与船舶航速的三次方成正比例关系，因此，航速与燃料消耗量关联性大。据研究表明，船舶航速下降10%，可减少超过25%的燃料消耗，与此同时，船舶碳排放量也会降低。但对于内河船舶出现大型化，同时长江航运作为中东部地区强有力的大宗货物运输载体，国家也在大力推行和实施公转水、铁转水政策措施，因此，在货运量持续增加的发展形势下，船东为了追求经济效益，本研究预测未来长江航道航行船舶航速下降空间较小。⚫气象导航气象导航指的是根据航道气象与船舶能效等的关系来优化计划航线，从而达到优化船舶能效的目的。有研究表明，结合航道环境数据和气象水文数据，再结合路径规划优化算法，推荐船舶采用优化航线航行，可使船舶节约约18.4%的燃料。综上所述，通过将不同营运节能转型措施整合分析，设置营运节能转型的碳减排潜力系数为15%。具体的各项减排措施情景在基准情景、1.5℃情景、2℃情景下的不同年份的设置值如表4.3-1所示，年份以5年为间隔。表4.2-1长江内河船舶各类减排措施在不同情景下的年变化和增长率（%）新能源船舶年增长率（S1）老旧船舶营运节能年淘汰/改转型船舶情景年份LNG动力电动船舶甲醇、氢船舶岸电船舶占比占比动力船舶造占比使用占比比率（S1,1）（S2）（S4）（S1,2）占比（S3）（S1,3）碳减排潜力系数10100100201.671520220.20.0404.4510202520300.80.50.014.43020203520402.810.034.450302045基准20504.920.194.48040情景730.354.49550660.514.41005048.50.674.41005015020554110.834.410050206041514.4100502025110.034.43325203043.50.054.46035203577.90.454.490452℃情20401012.30.854.410055景2045816.71.254.4100552050621.11.654.4100552055525.52.054.41005520605302.54.4100552025110.054.4353020305.650.14.47040203510.212.50.584.495501.5℃204015201.064.410060情景20451227.51.544.410065205010352.024.4100652055542.52.54.410065206055034.4100654.2.3长江船舶内贸货运量预测4.2.3.12022年长江内贸货物运输周转量在3.5节中，对长江2017-2022年的船舶内贸货运量进行了统计分析，其中，通过船-货匹配，可以确定在2022年长江船舶内贸货运周转量，具体见表4.2-2。表4.2-22022年长江不同货物港口吞吐量及货运周转量能源/非能源类货类运输船货物吞吐量（万货运周转量（亿吨公货物型吨）里）能源类煤炭及货船981743630.5897能源类制品油船12840474.8382非能源类货物货船831903076.4637非能源类货物石油货船279350.0612非能源类货物货船1553345744.4333金属矿石151钢铁矿建材料非能源类货物非金属货船21812806.6333非能源类货物矿石货船12348456.6435263397.3714粮食吨422251561.5210非能源类货物滚装汽滚装船车非能源类货物集装箱集装箱船（注：1TEU=15吨，1辆车=1.5吨）4.2.3.2未来长江船舶内贸货物运输周转量预测在本小节中将参考ICCSD研究报告中关于对中国能源类货物运输周转量需求的预测结果（具体参考值见表4.2-3），并结合长江船舶2022年内贸能源类货物运输周转量的统计结果，预测2023-2060年的长江船舶内贸能源类货物运输周转量，具体预测结果见表4.2-5。表4.2-32023-2060年能源类货物运输周转量增长率能源类货物运输周转量年增长率（%）情景煤炭油气2023-2030-2023-2030-2023-2030-203020602030206020302060基准情景-0.3-2.21.2-1.56.1-0.52℃情景-1.5-5.3-0.2-1.75.1-1.01.5℃情景-4.1-9.2-2.4-7.44.4-4.2对于非能源类的货物运输周转量预测，将参考ICCT研究报告中提供的三个情景的年增长率（具体值参见表4.2-4），并参考2022年长江船舶内贸非能源货物运输周转量数据，计算2023-2060年的长江船舶内贸非能源货物运输周转量，具体预测结果见表4.2-5。表4.2-4非能源货物运输周转量年增长率预测值情景非能源货物运输周转量年增长率（%）基准2023-2025-2030-2035-2040-2045-2050-2055-202520302035204020452050205520605.04.34.03.22.92.64.72.9152情景2℃情景5.03.83.52.82.52.24.42.51.5℃3.43.12.42.21.94.22.25情景图4.2-2不同情景下长江内贸船舶年货运周转量预测结果表4.2-5长江内贸货物运输周转量预测值各类型货物运输周转量（亿吨公里）情景年份总货运周转量（亿吨公里）能源类非能源类煤炭油11743.127415848.555320223630.5897474.838213504.596517594.443320253597.9144491.932416408.084820473.4787520303543.9456521.4483基准20353154.1117482.339719689.701723326.1531情景446.164222840.053126093.377620402807.159420452498.3718278.852626151.861828929.086315320502223.5509257.938729551.603932033.093520551978.9603238.593336496.230738713.78442℃情20601761.2747220.698841788.184243770.1577景20253467.2132470.089813504.596517441.899520303207.1722465.389016070.469919743.030920352357.2716425.830918882.802121665.904520401732.5946389.635221526.394323648.624220451273.4570356.516224217.193725847.16702050935.9910326.212426881.085028143.28822055687.9533298.484332794.923733781.3613273.113136894.289137673.04792060505.6457440.649813504.596517129.273533184.0272387.771915800.377918719.451420252531.3016244.296318249.436519860.63561366.9029153.906720439.368921331.40311.5℃情2030738.127596.961222687.699523183.24952景20352040398.588961.085624843.030925119.354438.483930060.067430214.7798204524.244933366.674833453.68312050215.23812055116.2285206062.76344.2.4长江船舶内贸船舶碳排放强度预测4.2.4.12022年长江船舶船舶货运碳排放强度计算通过船-货匹配，可以将长江货物承运船舶分为四类，即货船、油船、集装箱船和滚装船，这四类船舶的单位货物运输的碳排放强度分别为22.25616g/t-cargo/nm、52.87912g/t-cargo/nm、6.34138g/t-cargo/nm、51.10131g/t-cargo/nm，即为11.9915g/t-cargo/km，28.4910g/t-cargo/km，3.4167g/t-cargo/km和27.533g/t-cargo/km。但从表4.3-2中可以看出，各类船型在长江上航行的活跃度具有差异显著，因此，本研究在计算长江内贸船舶碳排放强度时，将以各类型船舶的货运周转量数量来确定各类船型的航行活跃度，并以活跃度作为排放强154度贡献系数，具体值见表4.2-6，以确定2022年长江水域内贸船舶碳排放强度，结果为11.7367g/t-cargo/km。表4.2-6长江内贸船舶碳排放强度和航行活跃度货船油船集装箱船滚装船碳排放强度（g/t-cargo/km）11.991528.49103.416727.533船舶活跃度（%）86.543.009.850.614.2.4.2未来长江内贸船舶碳排放强度预测在本研究中，设置了新能源船舶应用、老旧船舶淘汰、岸电使用、营运节能转型四类减排措施，各类型措施主要是针对四种类型的船舶实施，即传统燃油动力船舶、LNG动力船舶、电动船舶、其他新能源船舶，各类型船舶的碳排放强度即EEOI分别受到不同措施执行的影响，具体见表4.2-7所示。表4.2-7不同船舶类型的减排措施项传统燃油动力电动船舶其他新能源船LNG动力船舶舶船舶S2：老旧船舶√年淘汰S3：岸电使用√√S4：营运节能√√√√转型基于表4.3-中提供的各减排措施项的碳减排潜力系数和未来实施力度，结合表4.3-7中整理的各类型船舶的分别实施的减排措施项，利用式（4.2-2）中提出的船舶碳排放强度EEOI的计算方法，计算长江内贸船舶在2025-2060年的碳排放强度，结果如图4.2-3所示。从EEOI预测结果来看，在基准情景下，从2025年至2060年，长江内贸船舶的EEOI在逐年下降，从2025年的11.51533g/t-cargo/km，下降至2060年的8.60925g/t-cargo/km，降低了25.24%。这意味着长江内贸船舶在该情景下逐步提高了能效，单位货运量所消耗的能源减少，导致更低的排放量；在2℃情景下，EEOI也呈现出逐年下降的趋势，从2025年的11.09719g/t-cargo/km，下降155至2060年的6.70987g/t-cargo/km，降低了39.54%。这表明长江内贸船舶在2℃的气温上升限制目标下，通过采用比基准情景更高效的能源利用方式和技术，进一步提高了能效，可进一步减少碳排放；在1.5℃情景下，从2025年的11.09254g/t-cargo/km，下降至2060年的4.60153g/t-cargo/km，降低了58.52%。图4.2-32025-2060年长江内贸船舶碳排放强度预测4.2.5长江内贸船舶碳排放量预测基于4.2.4.1节长江内贸船舶货运量预测结果和4.2.4.2节长江内贸船舶碳排放强度预测结果，来计算长江内贸船舶碳排放量，计算结果如图4.2-4所示。预测结果表示，在基准情景情景下，CO2排放量在随着货运周转量的增长逐年增加，到2060年仍旧未能达到碳达峰，尤其在2050年后，内河的货运周转量持续快速增加，但碳排放强度下降缓慢，导致2050-2060年碳排放量快速增长；在2℃情景下，在各种节能减排措施下，CO2排放量在2030年达到了22.7714百万吨，在2030年至2050年，CO2排放量仍旧呈现持续缓慢增长的趋势，在2050年CO2排放量达到21.9654百万吨，表明在该情景下，仍需要持续加大新能源船舶的投入力度，加快船舶电动化水平和增加电动船舶和其他新能源船舶的保有量；在1.5℃情境下，在2030年达到碳达峰，排放量为18.96553百万吨，比2022年CO2排放量下降25.02%，下降约0.27051百万吨，到2060年，CO2排放量下降至15.39379百万吨。从图4.2-3中，可以看出，在1.5℃情境下，长江内河船舶碳排放量在2055年出现了反弹回升的现象。造成该现象的原因是由于，在2050-2055年的货运周转量年增长率较2025-2050年明显增加，但长江内河船舶运输的EEOI并没有显156著的下降趋势，导致在2055年的长江内河船舶碳排放量呈现反弹增加的趋势，但在2060年又回到呈现下降趋势。具体表现于，在1.5℃情景下，2025-2050年，货运周转量年平均增长率约为3%,在2050-2055年，货运周转量年平均增长率约为4.2%。但在2025-2050年的长江内河船舶EEOI的年平均下降率为2.163%,在2050-2055年的年平均下降率为2.478%。从图4.2-3中，可以看出，在1.5℃情境下，长江内河船舶碳排放量在2055年出现了反弹回升的现象。造成该现象的原因是由于，在2050-2055年的货运周转量年增长率较2025-2050年明显增加，但长江内河船舶运输的EEOI并没有显著的下降趋势，导致在2055年的长江内河船舶碳排放量呈现反弹增加的趋势，但在2060年又回到呈现下降趋势。具体表现于，在1.5℃情景下，2025-2050年，货运周转量年平均增长率约为3%,在2050-2055年，货运周转量年平均增长率约为4.2%。但在2025-2050年的长江内河船舶EEOI的年平均下降率为2.163%，在2050-2055年的年平均下降率为2.478%。图4.2-42025-2060年长江内河船舶碳排放量预测结果1574.3全球其他地区船舶减排路径ABS的ZEROCARBONOUTLOOK报告在首次设定低碳运输前景中，将可用的和新兴的燃料选择分为三条途径：轻质气体燃料、重气及甲醇、生物/合成燃料，以帮助船业实现其2030年及以后的脱碳目标。轻质气体燃料路径包括液化天然气、生物液化天然气和合成天然气（SNG）或可再生天然气（RNG），可以从生物质能和/或使用可再生能源中生产。重气及甲醇途径这一类燃料包括液化石油气、甲醇、乙醇和氨等燃料，它们由比轻气体组分更大的分子组成，具有更高的碳氢比，因此，能够降低减少碳排放的潜力，燃料储存和供应要求要求较低。生物/合成燃料途径这类燃料包括由生物质生产的燃料，包括植物、废油和农业废物。从设计的角度来看，可以作为备用生物燃料使用，几乎不需要对船用发动机及其燃料输送系统进行改造就可以使用。ABS的报告基于甲醇、氨和氢将在2030年后占据中心阶段的假设，预测了未来航运的替代燃料路径。通过将船舶需求与航运燃料组合的预测相结合，将全球能源消耗的情景转化为船舶的全球燃料消耗，预测结果如图4.3-1所示。图4.3-1全球能源消耗预测158随着中国、欧洲和北美主导着能源需求，预计从2020年至2050年，全球能源消费将增长30%。增长最快的地区预计将是南亚和非洲，未来十年，这些地区的能源消耗可能会翻一番。在此期间，零碳能源生产将增长近6倍，其中化石燃料消耗降幅最大的是来自煤炭（50%）和石油（20%）。图4.3-2能源组合预测DNV关于船舶能源发展的一份报告《2060海上预测：能源转型展望》分别对两个脱碳目标下的脱碳途径进行分析：一是实现当前国际海事组织温室气体战略中设定的目标，包括在2050年将温室气体总排放量减少50%；二是到2050年船队实现零碳。报告对生物质燃料、电力来源燃料和化石燃料三大类燃料进行不同的能源组合，设立了24个情景进行分析，如图图4.4-2所示。监管政策和初级能源价格是碳中和燃料市场份额和未来燃料组合的关键驱动力。碳中和燃料的市场份额需要在2030-2040年间有所增加，到2050年将达到40%以实现国际海事组织的目标，达到100%的份额以使运输完全脱碳。化石燃料中，极低硫燃料油（VLSFO）、船用天然气油（MGO）和液化天然气（LNG）的使用在本世纪中叶将迅速下降，或在100%脱碳的方案中被逐步淘汰。然而，在加速向碳中和燃料过渡之前，液化天然气的燃料组合将达到20%-30%左右。159鉴于价格和技术发展的不确定性，很难在许多不同的碳中和燃料选择中明确最终占优的选择，但可以通过每种燃料在不同情况下的优势进而给出参考。生物LNG、生物MGO和生物甲醇是相对能量密集的碳氢化合物，如果有足够的可持续生物质，它们将是首选的燃料。与生物MGO和生物液化天然气相比，生物甲醇的市场份额对生产成本非常敏感。由于生物质燃料的制备原料稳定性和技术成熟度较低，生物燃料的价格可能无法与电燃料和化石燃料竞争。电力来源燃料的清洁性需要考虑燃料的全生命周期，追溯到生产源头，使用来源于化石燃料燃烧的电力生产燃料可能导致更高的排放，需要逐步淘汰化石能源发电的占比，但这对于许多依赖煤炭等化石能源的地区来说需要较为长期的电力转型。报告还提出了“绿色能源走廊”的建议，通过燃料供需双方的合作，增加连接地区的替代燃料的可用性来帮助航运脱碳。图4.3-3能源组合160除了全球航运减排路径的有关研究以外，还有一些地区出台了自己的水运减排路径报告。CCNR的莱茵河航运减排技术路径报告基于《曼海姆宣言》设立了减排目标：2035年相对于2015年实现航运温室气体和大气污染物35%的减排；2050年实现内河航运零碳排放。如表4.3-1所示，报告对目前已有的不同燃料和发动机控制技术进行了技术成熟度和减排潜力的分类，数字越高代表技术成熟度越高。表4.3-1不同燃料和发动机控制技术的技术成熟度和减排潜力船舶应用燃料/能源减排潜力可行性等生产和供应技术柴油级等级GHGNOxPM99000柴油，CCNR2+SCR99082%54%柴油，EU第五阶段99082%92%LNG9910%81%97%HVO（生物柴油）99100%82%92%LBM（液化生物甲烷）98100%81%97%电池87100%100%100%H2+燃料电池77100%100%100%H2+内燃机57100%82%92%甲醇+燃料电池76100%100%100%甲醇+内燃机56100%82%92%161如图4.3-4所示，报告以2015年排放情况为基准，设立了三个情景进行燃料市场占比和技术路线的选择，分析减排情况，进而对燃料的选择提出建议。BAU情景遵循现有措施和政策。据估计，到2050年，超过95%的船只将继续使用化石燃料。预计燃料供应商将提供由生物燃料和化石柴油组成的柴油混合物，这使得整个船队对生物燃料的使用总体上略有增加，2035年将使用传统柴油和4%生物燃料组成的混合燃料，2050年将使用传统柴油和7%生物燃料组成的混合燃料。保守发展情景所考虑的替代燃料和技术在短期内相对容易实现且具有成本效益。燃料选择倾向于选择可用于现有发动机的生物柴油，或可用于燃气发动机的液化生物甲烷LBM，水处理植物油HVO。创新发展情景所考虑的燃料和技术目前仍处于起步阶段且价格更为昂贵，但未来可能有更高的减排潜力。倾向于发展电池、甲醇和氢动力推进系统等零排放技术。BAU情景下，相较于2015年，2035年温室气体减排14%，不能满足目标，而NOx和PM减排可以达到目标，2050年均不能达到目标，需要采取更多措施。保守发展情景下2050年温室气体减排91%，NOx减排90%，PM减排96%。创新发展情景下2050年温室气体减排91%，NOx减排94%，PM减排98%。（a）162（b）（c）图4.3-4三种情景的能源占比（a为BAU情景，b为保守发展情景，c为创新发展情景）4.4中国内河和沿海船舶减排方案建议从相关顶层政策指导文件中可以看出，内河航运减排应在保证内河客货运量稳步增长的前提下，加快推动内河航运绿色动力技术，积极推动内河船队结构优化，稳步淘汰老旧船舶，加快推进绿色动力船舶市场运营步伐，出台内河绿色航运相关标准与规范。中国内河和沿海船舶减排可从以下几个方面展开：（1）推广清洁燃料和低碳技术鼓励内河航运采用清洁燃料，如LNG或电动推进系统，以替代传统的高碳燃料。对于替代燃料的选择，需要考虑多方面的因素，主要包括技术成熟性、新造船舶经济成本、能源价格、能源可获取性等。不论是LNG、氢、氨和甲醇，与传统的重油和低硫油相比，体积能量密度较低，意味着船舶设计需要留出更163多空间储存燃料，保持相等的续航能力。就经济性来看，不同燃料存储条件不一样，存储难度较大的燃料投资成本也相应较高，不同燃料对于船舶前期投资成本影响不同，这也是选择不同燃料路线时需要考虑的重要因素。另外，在日趋严格的船舶排放政策约束下，选择替代燃料时，不仅仅要考虑燃料使用时即船舶使用燃料时的温室气体排放量，还要关注燃料生产运输全生命周期产生的温室气体排放量。目前内河航运电气化已得到来自多方面的推动和支持。在政府方面，在《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》中，提出加快发展电池动力船舶，重点推动纯电池动力技术在中短途内河货船、滨江游船及库湖区船舶等应用；以货船为试点，开展标准化箱式电源换电技术研究与应用。2023年2月8日，工信部与湖北省人民政府签署了《加快内河船舶绿色智能发展合作备忘录》，以发展新能源清洁能源标准化船型为重点，带动长江内河船舶绿色智能转型升级，重点发展2000载重吨以上LNG动力货船、标准化箱式电源换电货船、滨江及库湖区纯电池动力游船与公务船等；且相关企业也积极布局电动船市场，近年来，我国电动船舶时长规模不断扩大。但内河船舶电动化的应用虽然在航运脱碳和能源效率方面占据优势，但也存在安全隐患，主要表现在电池故障、电力系统故障和漏电、充电设施安全、电池存储和处理、电动船舶的水上救援与应急处理等，为应对这些问题，需要制定和执行严格的安全规范和措施，包括定期检查和维护、培训乘员、设立紧急救援措施等，以确保内河电动船的安全运营。此外，行业监管机构和政府应密切关注并加强对内河电动船安全的监管和规范。（2）强化排放标准和监管制定更为严格的内河航运排放标准，并确保监管机构有效执行。通过监测和追踪排放水平，对不符合标准的船舶进行处罚或限制，以促使航运业减少排放。（3）鼓励船舶更新换代推动航运公司逐步淘汰老旧、高排放的船舶，并鼓励更新换代为更环保的船舶。为船舶拆解和更新提供经济激励措施，以促进船队的绿色升级。（4）支持绿色港口发展164投资于绿色港口基础设施建设，包括电动充电设施、岸电供应和废物处理设施等，以支持内河船舶在停靠港口期间的低碳运营。（5）促进多式联运鼓励内河航运与其他运输模式（如铁路和公路）实现无缝衔接，以减少长途货运的依赖。多式联运可以降低内河航运的总体能耗和排放量。（6）提高意识和教育水平加强公众对内河航运排放问题的认识，提高环保意识。通过教育和宣传活动，促使船舶运营者和船员采取环保措施，降低排放并保护内河生态环境。这些措施的实施可以帮助中国内河航运行业减少排放，并推动其向更可持续和环保的方向发展。同时，政府、行业协会和航运公司之间的合作也至关重要，以确保这些措施的有效执行和持续改进。165第5章结论与展望5.1结论与建议5.1.1结论从全球典型内河流域的货运水平来看，中国长江内河年均货运量约为美国密西西比河的7倍，约为欧洲莱茵河的21.3倍，但从排放角度来看，中国的内河航运CO2排放量仅仅为美国内河航运CO2排放量的2.34倍。从船队构成来看，中国内河船舶船龄要明显较美国和欧洲小，这表明中国内河航运在全球范围来看具有低碳、年轻的特点。从排放标准和法规的制定来看，欧洲、美国和中国三个地区都制定了一系列针对常规污染物的限值标准或法规，但我国在HC,NOx,PM限值方面仍相对落后；目前欧洲在颗粒物数量PN控制方面的标准领先，我国在对船机CH4的排放控制标准方面领先。远洋船、沿海船、内河船在2022年NOX排放比约为62%/13%/25%，CO2排放的比例约为58%/11%/31%。内河船占PM和SO2的比例非常小。船舶内河网格排放强度是中国200Nm海洋网格平均网格排放强度的2.3~3.8倍。据本研究预测结果表明，随着未来货运需求的增长，船舶能源的转型应用是实现内河航运有效减碳的关键。当电动船舶占比达到50%时，再联合应用其他减排措施，长江船舶的碳排放强度可从2025年的11.09g/t-cargo/km减少至2060年的4.60g/t-cargo/km，减幅达到58.52%。船舶在等待过闸状态时的排放量要显著大于停靠泊状态，如果在待闸锚地或待闸泊位推行全岸电覆盖，可以在2022年的水平上降低1.41%的长江干线船舶碳排放。5.1.2建议围绕内河船舶排放在我国碳中和与空气质量目标中的贡献展开进一步研究。本研究表明，2022年，中国内河流域船舶排放的空间强度明显大于沿海区域，且内河两岸多分布较为密集的城市群，人口密度大，因此，有必要通过精准解析船舶排放的重点船型和燃油类型、船舶排放的逐日变化规律、结合空气质量和健康模型，量化船舶污染物排放对空气质量和人群健康影响，为未来交通部门的结构优化、减污降碳提供数据支撑。166新能源船舶的应用是内河船舶零碳转型的关键。减污和降碳是两个相互关联但又有区别的问题，从长期发展来看，LNG的减污效果显著，但降碳收益非常有限，因此，需要加大内河其他零碳能源的技术投入力度，以提高未来零碳能源船舶在内河航运市场占有率。进一步提高船机尾气排放限值标准。欧盟颁布标准NRMMStageV和美国颁布的EPATier4均进一步了收紧HC和NOx限值，同时对PM进行了大幅削减。我国也应该在提高船机尾气排放限值方面做出努力。另外，从欧盟NRMMStageV和美国EPATier4来看，超细颗粒物排放是未来船机的一个挑战，逐步引入颗粒物数量PN排放控制，未来船机排放控制需要向精准化方向发展。5.2展望该研究主要对全球内河及沿海航运管理、船舶排放现状进行了资料收集、整理与分析，并提出了内河及沿海船舶大气污染排放计算方法，对中国内河及沿海船舶排放进行了量化评价分析，最后通过提出适用于中国的内河及沿海船舶减排路径，以长江作为典型案例，评价了各类型减排策略的实施对长江内河船舶的碳减排潜力。该研究的进行为中国内河航运排放研究提供了系统的方法论，并通过一系列典型案例的分析，为政府等决策部门提供了内河船舶排放管理与控制政策的制定与实施提供了数据支持。但该研究还存在一下需要改进的地方，主要体现在以下三点：（1）需要更多关注船舶排放污染物对港口城市空气质量和人群健康的影响。从本项目的研究结论可以看出，中国远洋船、沿海船、内河船在2022年NOX排放比分别为67%/13%/20%，且内陆地区的内河流域船舶排放的空间强度明显大于沿海区域，可以看出内河船舶为不可忽视的排放源，且内河两岸多分布较为密集的城市群，人口密度大，因此，建议项目组在下一阶段重点围绕沿海和内河船舶污染物排放对空气质量和人群健康影响展开研究，以更深入地响应可持续发展理念。（2）基础数据的质量和完整性问题。报告中部分关于国内外航运相关数据来源于商业或研究机构发布的报告，数据的可靠性有待商榷，同时，对于中国内河和沿海的船舶AIS数据，来源于商业机构，船舶静态信息、船舶动态位置信息等可能存在不完整或不准确的问题。167（3）内河船舶减排潜力评价不全面。本研究收集了中国内河和沿海船舶减排相关政策，提出了多项减排途径，并设计了短期、中期和长期的中国内河和沿海不同替代燃料的发展时间进度，但这些减排策略还有待进一步完善，减排策略的逐年设置系数还有待进一步优化，这将在未来研究中继续完成该内容。168参考文献[1]CorbettJJ,FischbeckP.EmissionsfromShips.Science,1997,278(5339):823-4.[2]CorbettJJ,WinebrakeJJ,GreenEH,etal.MortalityfromShipEmissions:AGlobalAssessment.EnvironmentalScience&Technology,2007,41(24):8512-8.[3]W.J.CollinsMGS,C.E.Johnson.ImpactofincreasingshipemissionsonairqualityanddepositionoverEuropeby2030.MeteorologischeZeitschrift,2009,18(1):25–39(15).[4]EyringV,IsaksenISA,BerntsenT,etal.Transportimpactsonatmosphereandclimate:Shipping.AtmosphericEnvironment,2010,44(37):4735-71.[5]BerntsenT,FuglestvedtJ.Globaltemperatureresponsestocurrentemissionsfromthetransportsectors.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2008,105(49):19154-9.[6]LiuH,FuM,JinX,etal.Healthandclimateimpactsofocean-goingvesselsinEastAsia.NatureClimateChange,2016,6(11):1037-41.[7]FengJ,ZhangY,LiS,etal.Theinfluenceofspatialityonshippingemissions,airqualityandpotentialhumanexposureintheYangtzeRiverDelta/Shanghai,China.AtmosChemPhys,2019,19(9):6167-83.[8]ArituaB,LuC,RichardL,etal.BlueRoutesforaNewEra:DevelopingInlandWaterwaysTransportationinChina.InternationalDevelopmentinFocus.Washington,DC:WorldBank,2020.[9]交通运输部.2022年交通运输行业发展统计公报.2023.[10]EPAU.Non-roadEngineandVehicleEmissionStudy——Reportandappendixes.1991.[11]刘欢,商轶,金欣欣,等.船舶排放清单研究方法及进展.环境科学学报,2018,38(01):1-12.[12]LiuH,ShangY,JinX,etal.Reviewofmethodsandprogressonshippingemissioninventorystudies.HuanjingKexueXuebao/ActaScientiaeCircumstantiae,2018,38(1):1-12.[13]StreetsDG,CarmichaelGR,ArndtRL.SulfurdioxideemissionsandsulfurdepositionfrominternationalshippinginAsianwaters.AtmosphericEnvironment,1997,31(10):1573-82.[14]WangX,LiuH,LvZ,etal.Trade-linkedshippingCO2emissions.NatureClimateChange,2021,11(11):945-51.[15]CorbettJJ,KoehlerHW.Updatedemissionsfromoceanshipping.JournalofGeophysicalResearch:Atmospheres,2003,108(D20).[16]EndresenØ,SørgårdE,SundetJK,etal.Emissionfrominternationalseatransportationandenvironmentalimpact.JournalofGeophysicalResearch:Atmospheres,2003,108(D17).[17]WangC,CorbettJJ,FirestoneJ.ModelingEnergyUseandEmissionsfromNorthAmericanShipping:ApplicationoftheShipTraffic,Energy,andEnvironmentModel.EnvironmentalScience&Technology,2007,41(9):3226-32.[18]JalkanenJP,BrinkA,KalliJ,etal.AmodellingsystemfortheexhaustemissionsofmarinetrafficanditsapplicationintheBalticSeaarea.AtmosChemPhys,2009,9(23):9209-23.[19]JalkanenJP,JohanssonL,KukkonenJ.AcomprehensiveinventoryofshiptrafficexhaustemissionsintheEuropeanseaareasin2011.AtmosChemPhys,2016,16(1):71-84.[20]JalkanenJP,JohanssonL,KukkonenJ,etal.Extensionofanassessmentmodelofshiptrafficexhaustemissionsforparticulatematterandcarbonmonoxide.AtmosChemPhys,2012,12(5):2641-59.[21]FaberJ,HanayamaS,ZhangS,etal.ForthIMOGreenhousegasstudy.London:IMO,2020.169[22]LiH,JiaP,WangX,etal.Shipcarbondioxideemissionestimationincoastaldomesticemissioncontrolareasusinghighspatial-temporalresolutiondata:AChinacase.Ocean&CoastalManagement,2023,232:106419.[23]CorbettJJ,WangH,WinebrakeJJ.Theeffectivenessandcostsofspeedreductionsonemissionsfrominternationalshipping.TransportationResearchPartD:TransportandEnvironment,2009,14(8):593-8.[24]TetraTechI.Draft,useofshore-sidepowerforocean-goingvessels,whitepaper.AuthoritiesAAOP,2007.[25]CentralCommitteeforNavigationontheRhineRiver.Possibilitiesforreducingfuelconsumptionandgreenhousegasemissionsfrominlandnavigation.2012.[26]VaishnavP,FischbeckPS,MorganMG,etal.ShorePowerforVesselsCallingatU.S.Ports:BenefitsandCosts.EnvironmentalScience&Technology,2016,50(3):1102-10.[27]LathwalP,VaishnavP,MorganMG.EnvironmentalandhealthconsequencesofshorepowerforvesselscallingatmajorportsinIndia.EnvironmentalResearchLetters,2021,16(6):064042.[28]HallWJ.AssessmentofCO2andprioritypollutantreductionbyinstallationofshoresidepower.Resources,ConservationandRecycling,2010,54(7):462-7.[29]WinkelR,WeddigeU,JohnsenD,etal.ShoreSideElectricityinEurope:Potentialandenvironmentalbenefits.EnergyPolicy,2016,88:584-93.[30]交通运输部水运科学研究院.靠港船舶使用岸电和低硫油效益分析,2019.[31]ChangC,WangC.Evaluatingtheeffectsofgreenportpolicy:CasestudyofKaohsiungharborinTaiwan.TransportationResearchPartD:TransportandEnvironment,2012,17(3):185-9.[32]WangH,MaoX,RutherfordD.CostsandbenefitsofshorepowerattheportofShenzhen.InternationalCouncilonCleanTransportation,2015.[33]曾凡涛,吕靖.厦门港船舶排放清单及港口生态效率评价.中国环境科学,2020,40(05):2304-11.[34]BazariZLT.MEPC63/INF.2.IMO,2011.[35]MengXMaZ.DecarbonizingChina’scoastalshipping:Theroleoffuelefficiencyandlow-carbonfuels.InternationalCouncilOnCleanTransportation,2022.[36]田玉军，彭传圣，刘彩霞，等.中国内河航运中长期低碳发展路径研究:交通运输部水运科学研究院,2022.[37]交通运输部.船舶大气污染物排放控制区实施方案.2018.[38]中华人民共和国海事局.2020年全球船用燃油限硫令实施方案.2019.[39]LackDA,CappaCD,LangridgeJ,etal.ImpactofFuelQualityRegulationandSpeedReductionsonShippingEmissions:ImplicationsforClimateandAirQuality.EnvironmentalScience&Technology,2011,45(20):9052-60.[40]XiaoQ,LiM,LiuH,etal.Characteristicsofmarineshippingemissionsatberth:profilesforparticulatematterandvolatileorganiccompounds.AtmosChemPhys,2018,18(13):9527-4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