王 軒，張晉愷

（1.天津港（集團）有限公司，天津 300450；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220)

引言

智能化集裝箱碼頭的突出優(yōu)勢在于安全性高、節(jié)能環(huán)保效果優(yōu)、運營成本低、可靠性高、穩(wěn)定性強，可以為企業(yè)和社會帶來顯著的綜合效益。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步，全球集裝箱運輸量大幅度提高、集裝箱碼頭自動化程度越來越高，大量傳統(tǒng)人工集裝箱碼頭開始向智能化、自動化碼頭方向發(fā)展。但通過研究全球范圍內(nèi)已建成運營的自動化碼頭可以發(fā)現(xiàn)，其存在堆場設(shè)備能耗高、使用不均衡等問題。

在天津港智能化集裝箱碼頭建設(shè)中，天津港率先提出“天津方案”，要建設(shè)成具有世界一流水平的智能、綠色、零碳集裝箱碼頭。本文分析及總結(jié)了天津港C段智能化集裝箱碼頭的創(chuàng)新經(jīng)驗，提出其在綠色、零碳方面的提升發(fā)展空間。同時結(jié)合擬進行建設(shè)的東疆港區(qū)二期集裝箱碼頭項目，對新一代智能化碼頭綠色、零碳提升設(shè)計方向進行探討。

1 項目特點

天津港C段智能化集裝箱碼頭通過采用“單小車岸橋+地面集中解鎖+堆場平行碼頭岸線布置+邊裝卸”的總體布置及工藝作業(yè)模式，并采用ART及智能水平運輸系統(tǒng)等方式從工藝生產(chǎn)模式、設(shè)備入手，在綠色、智慧、節(jié)能、環(huán)保等各方面創(chuàng)新，建成全球智慧程度最高、建設(shè)周期最短、運營效率最優(yōu)、綠色發(fā)展最佳的世界一流智能化集裝箱碼頭。其主要特點如下:

1）碼頭岸邊裝卸作業(yè)采用單小車岸橋+地面集中解掛鎖方案。單小車岸橋可以實現(xiàn)在船側(cè)的安全高度以上自動裝卸船舶上的集裝箱，安全高度以下自動對位后轉(zhuǎn)由人工遠(yuǎn)程干預(yù)（遠(yuǎn)控操作），陸側(cè)能對智能水平運輸設(shè)備實現(xiàn)全自動抓放箱作業(yè)，對人工集卡實現(xiàn)在遠(yuǎn)控司機一鍵確認(rèn)后的自動裝卸，并實現(xiàn)“多對多”遠(yuǎn)程操作；同時碼頭地面設(shè)置智能集中扭鎖站，可實現(xiàn)機械手自動解掛鎖，一座鎖站對應(yīng)多臺岸橋，節(jié)省投資。車隊管理系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃ART行駛路徑和解掛鎖作業(yè)，實現(xiàn)快速、有序、安全解掛鎖作業(yè)；集裝箱堆場采用雙懸臂ARMG邊裝卸的作業(yè)方式。海運和陸運裝卸作業(yè)分別位于ARMG兩側(cè)懸臂下，ART和外集卡在場區(qū)內(nèi)互不干擾，“多對多”遠(yuǎn)程操作，操控比不低于1：6，整個碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的智能化程度高、效率高、節(jié)能環(huán)保效果優(yōu)。

2）采用先進的智能水平運輸設(shè)備。智能水平運輸設(shè)備采用人工智能運輸機器人即ART，八輪四軸驅(qū)動形式，輪壓小，可減少碼頭投資；其自動駕駛系統(tǒng)具備在碼頭內(nèi)相關(guān)道路上全天候自動駕駛的能力，能夠自主進行全局規(guī)劃、局部動態(tài)規(guī)劃、障礙物識別與避讓、道路標(biāo)線標(biāo)識識別與響應(yīng)等，自主有效完成集裝箱水平運輸任務(wù)。

3）全場景智慧大腦應(yīng)用：真正基于5G、北斗、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等全新信息技術(shù)與港口生產(chǎn)流程深度融合，通過深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度決策與最佳路徑選擇。自動化岸橋、智能閘口、智能理貨系統(tǒng)依托全球最先進的動態(tài)掃描技術(shù)，自動識別作業(yè)船舶、車輛、集裝箱信息。多維感知的全場綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)全場景智能可視化，實時感知現(xiàn)場人員、車輛違章行為以及智能識別潛在事故隱患。

天津港C段智能化集裝箱碼頭通過在裝卸工藝、運輸設(shè)備、智慧系統(tǒng)上的創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)了高效率和綠色節(jié)能。相比同類碼頭，碼頭整體效率提升20 %以上，節(jié)能17 %以上。在節(jié)能提效的同時，C段碼頭也在零排放、零碳碼頭方面進行了有效嘗試，一是全場生產(chǎn)設(shè)備全部采用電力驅(qū)動，全場廢水實現(xiàn)回收再利用，生產(chǎn)過程實現(xiàn)零排放。二是碼頭設(shè)計采用全新能源解決方案，風(fēng)、光、儲一體化，整體構(gòu)建智慧綠色用能體系。設(shè)備全部自動化，力爭做到能耗100 %自給自足，實現(xiàn)真正零排放，做到生產(chǎn)工藝、設(shè)備及用能模式全方位節(jié)能。

2 新一代智慧零碳碼頭設(shè)計思路

新一代智慧零碳碼頭建設(shè)，在堅持智能化建設(shè)的同時，可以更多著眼于如何更好地將“綠色”與“智慧”相結(jié)合、如何更好地落實“雙碳”建設(shè)。

從政策上來看，國家已明確提出了低碳發(fā)展引領(lǐng)生態(tài)文明建設(shè)的要求?！短旖蚴刑歼_峰碳中和促進條例》中指出要“加強綠色港口建設(shè)，支持天津港建設(shè)零碳碼頭、低碳港區(qū)示范區(qū)”，天津港集團也在2021年聯(lián)合相關(guān)單位發(fā)布了全球首份《港口碳中和實踐白皮書》，探索港航業(yè)零碳發(fā)展新思路。上述文件體現(xiàn)了國家導(dǎo)向及企業(yè)自身的需要，同時也為今后項目的建設(shè)提供了一定的導(dǎo)向和標(biāo)準(zhǔn)。本文嘗試以東疆二期集裝箱碼頭項目為依托，探討未來智能化集裝箱碼頭在綠色、零碳方面的設(shè)計、建設(shè)思路。

2.1 清潔能源建設(shè)

實現(xiàn)零碳最直接有效的解決方案是清潔能源的引入。C段碼頭建設(shè)了2座4.5 MW風(fēng)力式發(fā)電機、1.43 MW分布式光伏系統(tǒng)，每年可減少二氧化碳排放2.06萬t，節(jié)約標(biāo)煤約7 340.1 t。但因場地縱深有限，風(fēng)機布置空間受地下管網(wǎng)影響，布置在場地北側(cè)，調(diào)整空間較小。

東疆二期擬在此基礎(chǔ)上加大清潔能源的投入力度，采用風(fēng)能和光能，并以“風(fēng)、光、儲一體化”系統(tǒng)為平臺，構(gòu)建一體化儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)綠色能源系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，能源供給零碳排放。根據(jù)項目建成后的能耗測算，可布置4座4.5 MW風(fēng)力式發(fā)電機、光伏系統(tǒng)8.1萬平米。風(fēng)機單臺年發(fā)電量約1 080萬千瓦時，光伏系統(tǒng)每平米年發(fā)電量約250千瓦時，滿足項目能耗需求。產(chǎn)生的電能可以采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式，實現(xiàn)清潔能源“可利用、可儲存、可分享”。

2.2 細(xì)化能源管控

能源管理是生產(chǎn)運營的核心組成部分，既能保證碼頭的正常運營使用，又能從宏觀上監(jiān)控運營過程中的能耗，從而為提高能源利用率、降低能耗提供強大的數(shù)據(jù)支持及決策依據(jù)。C段碼頭為此搭建了智能化集裝箱碼頭綠色能源管控平臺V1.0，對引入的綠色清潔能源進行總體管控，通過智慧管理達到節(jié)能目的，目前平臺運行良好，但還存在內(nèi)部功能細(xì)部分化不夠、功能模塊開發(fā)不全面等問題。

為此在東疆二期的建設(shè)上，擬考慮對平臺系統(tǒng)進行二次深入開發(fā)，并結(jié)合東疆二期的實際情況，升級集裝箱碼頭綠色能源管控平臺V2.0。一是從零碳入手，搭建碼頭全要素能源管理體系，構(gòu)建零碳模型，實時監(jiān)控碼頭的能耗情況，根據(jù)不同維度進行統(tǒng)計分析，跟蹤碼頭碳中和能力，判斷是否存在中和缺口，實現(xiàn)零碳建設(shè)動態(tài)調(diào)控與管理。

圖1 碼頭全要素能源管理體系

二是通過建設(shè)港口微電網(wǎng)管理系統(tǒng)，支撐碼頭供電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行和最大程度利用新能源發(fā)電?！案劭谖㈦娋W(wǎng)”是一種新型供電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是一組分布式電源、負(fù)荷、負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。微電網(wǎng)能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，實現(xiàn)傳統(tǒng)碼頭供電網(wǎng)向智慧碼頭供電網(wǎng)的過渡。

2.3 水系統(tǒng)創(chuàng)新利用

C段碼頭受場地縱深條件等因素的影響，在水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計中，只實現(xiàn)了雨污水分離設(shè)計、污水回收利用等功能。東疆二期項目可以借助較好的場地條件，在集裝箱堆場北側(cè)建設(shè)景觀蓄水池作景觀水體，斷面如圖2。

圖2 景觀水體豎向布置

通過景觀水體建設(shè)，提高港區(qū)雨水排水系統(tǒng)的調(diào)蓄能力，有效截留初期雨水的污染物，降低港區(qū)雨水的面源污染物排放，積極響應(yīng)“兩山”發(fā)展理念的要求。同時，景觀水體挖方取土可就地用于堆場的回填用土，有利于工程內(nèi)的土方平衡，節(jié)省工程投資。

此外，項目還可考慮引入海水淡化技術(shù)，將淡化海水與市政供水、回用污水一同作為港區(qū)生產(chǎn)生活用水，真正打造融“雙碳節(jié)能、助力生產(chǎn)、城市景觀、海綿生態(tài)”為一體的港區(qū)用水新方案。

3 結(jié)語

本文結(jié)合天津港C段智能化集裝箱碼頭在智能、綠色、零碳方面的的建設(shè)經(jīng)驗，分析了該項目的創(chuàng)新經(jīng)驗成果，同時也提出了進一步提升的空間及方向。并結(jié)合后續(xù)擬建東疆二期集裝箱碼頭項目的初步研究，從新能源開發(fā)利用、智慧管理平臺節(jié)能、水資源利用、零排放等多方面提出設(shè)計思路和解決方案，可為新一代智能化集裝箱碼頭的綠色、零碳建設(shè)提供參考思路及方向。