郭 旭，劉磊磊，陳 彥

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456；2.天津港集裝箱碼頭有限公司，天津 300456)

控制溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，已成為國(guó)家的重大戰(zhàn)略部署，港口行業(yè)的溫室氣體排放主要來(lái)自裝卸生產(chǎn)中所產(chǎn)生的化石燃料燃燒，目前，集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)水平運(yùn)輸主要采用集裝箱卡車(chē)，這已成為主要的化石燃料排放源。隨著自動(dòng)化集裝箱碼頭的不斷發(fā)展，無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)已在堆場(chǎng)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。由于無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)采用電力作為動(dòng)力來(lái)源，可大幅度減少化石燃料的使用，減少溫室氣體排放。

采用市場(chǎng)方式實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自愿減排是提高企業(yè)主動(dòng)性和提高減排效果的重要手段。國(guó)家核證自愿減排量(CCER)，指依據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布施行的《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》的規(guī)定，經(jīng)其備案并在國(guó)家注冊(cè)登記系統(tǒng)中登記的溫室氣體自愿減排量。目前我國(guó)已開(kāi)展各類(lèi)碳交易實(shí)踐[1]，如上海將航空領(lǐng)域納入碳交易體系，深圳采用碳交易機(jī)制推廣新能源汽車(chē)。與此同時(shí)，各類(lèi)專(zhuān)家學(xué)者也開(kāi)展了相關(guān)研究，張昕等[2]在總結(jié)國(guó)家自愿減排交易注冊(cè)登記系統(tǒng)運(yùn)維進(jìn)展的基礎(chǔ)上，分析討論了運(yùn)維管理中存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)，并為提升全國(guó)碳排放權(quán)交易和國(guó)家自愿減排交易注冊(cè)登記系統(tǒng)運(yùn)維管理能力，從政策法規(guī)體系建設(shè)、系統(tǒng)功能建設(shè)、監(jiān)管機(jī)制建設(shè)和保障機(jī)制建設(shè)等方面提出相關(guān)建議。姜冬梅等[3]從政策背景、項(xiàng)目管理、機(jī)制實(shí)施現(xiàn)狀等方面對(duì)清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)與我國(guó)溫室氣體自愿減排機(jī)制進(jìn)行比較研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)溫室氣體自愿減排機(jī)制的發(fā)展提出建議。錢(qián)政霖等[4]分別從基本信息、項(xiàng)目信息、核算方法、可持續(xù)性要求、審定核查與注冊(cè)五個(gè)方面對(duì)黃金標(biāo)準(zhǔn)、芝加哥氣候交易所標(biāo)準(zhǔn)等七個(gè)國(guó)際自愿減排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較研究，并提出我國(guó)發(fā)展與規(guī)范自愿減排市場(chǎng)的相關(guān)對(duì)策建議。馬秋君等[5]針對(duì)當(dāng)前我國(guó)自愿碳減排市場(chǎng)存在的問(wèn)題，提出樹(shù)立減排意識(shí)、建設(shè)制度環(huán)境、改進(jìn)減排指標(biāo)分解原則、統(tǒng)一交易標(biāo)準(zhǔn)、完善市場(chǎng)結(jié)構(gòu)等對(duì)策建議。

由此，本文根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的溫室氣體減排交易相關(guān)文件要求和已發(fā)布的各類(lèi)方法學(xué)，提出港口無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)項(xiàng)目溫室氣體自愿減排方法學(xué)，促進(jìn)港口企業(yè)推進(jìn)集裝箱碼頭的自動(dòng)化發(fā)展，減少化石燃料排放。

1 自愿減排方法學(xué)介紹

1.1 方法學(xué)設(shè)計(jì)思想

隨著集裝箱碼頭油改電技術(shù)的不斷應(yīng)用，使用電力的比例越來(lái)越高，這也使集裝箱卡車(chē)成為集裝箱碼頭化石燃料的使用大戶(hù)，隨著無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)(使用電力)的應(yīng)用規(guī)模不斷增加，可有效減少化石燃料的使用，由此，本研究設(shè)計(jì)了集裝箱卡車(chē)燃油使用量和進(jìn)行相同作業(yè)量情境下，使用無(wú)人集卡所需電力，通過(guò)對(duì)改造前后溫室氣體排放量的計(jì)算，確定項(xiàng)目的總體減排量?？傮w技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目技術(shù)路線

1.2 方法學(xué)定義

集裝箱卡車(chē)：指用以運(yùn)載可卸下的集裝箱的專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛，簡(jiǎn)稱(chēng)集卡。

無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)：采用無(wú)人駕駛技術(shù)，在集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的集裝箱卡車(chē)，簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人集卡。

作業(yè)量：集裝箱卡車(chē)完成一次集裝箱搬運(yùn)工作。

基準(zhǔn)線排放量：港口集裝箱卡車(chē)作業(yè)過(guò)程中1 a內(nèi)的總排放量。

項(xiàng)目排放量：是指港口采用無(wú)人集卡1 a內(nèi)產(chǎn)生的總排放量。

1.3 適用條件

本方法學(xué)適用于新建或改建的自動(dòng)化集裝箱碼頭在堆場(chǎng)中采用無(wú)人集卡代替集裝箱卡車(chē)進(jìn)行水平運(yùn)輸，從而實(shí)現(xiàn)減排的項(xiàng)目(不需要考慮設(shè)備類(lèi)型及電網(wǎng)中高低壓變頻等影響)。

1.4 額外性分析

事先證明項(xiàng)目活動(dòng)之前在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)已采用的無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)所占份額小于或等于集裝箱卡車(chē)總量的5%，且不存在相關(guān)法律法規(guī)強(qiáng)制要求必須使用無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)。

1.5 基準(zhǔn)線情景

基準(zhǔn)線排放量是指港口集裝箱卡車(chē)作業(yè)過(guò)程中1年內(nèi)的總排放量，計(jì)算公式如下

BEy=∑iEFBL,TEU,i×DDi,y×Ni,y×10-6

(1)

式中：BEy為y年基準(zhǔn)線總排放量，tCO2；EFBL,TEU,i為基準(zhǔn)線類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)的作業(yè)量排放因子，gCO2/TEU；DDi,y為y年每輛類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)年平均作業(yè)量，TEU；Ni,y為y年類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)的運(yùn)營(yíng)數(shù)量。

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

(2)

式中：SFCi為基準(zhǔn)線類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)燃料單位作業(yè)量消耗率，g/TEU；NCVBL,i為基準(zhǔn)線類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)化石燃料消耗的凈熱值，J/g；EFBL,i為基準(zhǔn)線類(lèi)型i的集裝箱卡車(chē)化石燃料消耗的排放因子，gCO2/J；IRt為t年基準(zhǔn)線的集裝箱卡車(chē)技術(shù)改進(jìn)因子。技術(shù)改進(jìn)率應(yīng)用于每一日歷年，對(duì)于基準(zhǔn)線所有輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)(RTG)類(lèi)型來(lái)說(shuō)其技術(shù)改進(jìn)因子額缺省值為0.99；t為技術(shù)改進(jìn)的年數(shù)。

1.6 排放量計(jì)算

項(xiàng)目排放量是指港口采用無(wú)人集卡產(chǎn)生的排放，按下式計(jì)算

PEy=∑iEFPJ,i,y×DDi,y×Ni,y

(3)

式中：PEy為y年項(xiàng)目總排放量，tCO2；EFPJ,i,y為y年類(lèi)型i的無(wú)人集卡單位作業(yè)量排放因子，tCO2/TEU；Ni,y為y年港口類(lèi)型i的無(wú)人集卡運(yùn)營(yíng)數(shù)量；DDi,y為y年單臺(tái)類(lèi)型i的無(wú)人集卡年平均作業(yè)量，TEU。

排放因子計(jì)算如下

(4)

式中：SECPJ,i,y為在正常作業(yè)情況下，第y年類(lèi)型i的無(wú)人集卡電力消耗率，kWh/TEU；EFelect,i,y為第y年類(lèi)型i的無(wú)人集卡消耗的CO2排放因子，tCO2/MWh；TDLy為第y年提供電力的技術(shù)傳輸與分配的平均損失。

1.7 監(jiān)測(cè)量計(jì)算

項(xiàng)目中需要通過(guò)監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)表

1.8 減排量計(jì)算

減排量按如下方式計(jì)算

ERy=BEy-PEy

(5)

式中：ERy為y年減排量，tCO2；BEy為y年基準(zhǔn)線排放量，tCO2；PEy為y年項(xiàng)目排放量，tCO2。

2 實(shí)例計(jì)算

本部分以國(guó)內(nèi)某自動(dòng)化集裝箱碼頭為例，該碼頭擁有3個(gè)集裝箱泊位，水平運(yùn)輸設(shè)備采用32臺(tái)無(wú)人集卡。

2.1 基準(zhǔn)線排放量計(jì)算

化石燃料排放因子為：74.067×10-6gCO2/J，化石燃料消耗凈熱值為42 652 J/g，技術(shù)改進(jìn)系數(shù)取0.93，集裝箱卡車(chē)作業(yè)單耗為810 g/TEU，技術(shù)改進(jìn)年數(shù)為1，則基準(zhǔn)線排放因子為

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

=810×74.067×10-6×42 652×0.93

= 2 379.54 gCO2/TEU

該公司年作業(yè)量約為250萬(wàn)TEU，即DDi,y×Ni,y=250萬(wàn)TEU,則基準(zhǔn)線排放量

BEy=EFBL,i×DDi,y×Ni,y×10-6

=2 379.54×2 500 000×10-6

=5 948.85 tCO2

2.2 排放量計(jì)算

某自動(dòng)化集裝箱碼頭，采用無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)作為水平運(yùn)輸工具，無(wú)人集卡全年耗電量為4 000 MWh；全年作業(yè)量為250萬(wàn)TEU。由此，電力單耗為

4 000 MWh/250萬(wàn)TEU=1.6×10-3MWh/TEU。

根據(jù)《中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》，電力排放因子為取0.759 8 tCO2/MWh，折合0.759 8 kgCO2/kWh；電力的技術(shù)傳輸與分配的平均損失取20%，由此，設(shè)備的排放因子為

則項(xiàng)目年總排放量為

2.3 減排量計(jì)算

由此，項(xiàng)目整體減排量為

ERy=BEy-PEy=5 948.85-3 799=2 149.85 tCO2

3 項(xiàng)目正確性及適用性分析

通過(guò)上述實(shí)例可以看出，本方法學(xué)的主要技術(shù)參數(shù)為無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)的作業(yè)量和耗電量。隨著目前港口電力供應(yīng)保障設(shè)置的不斷完善，電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和便利性都有了很大的保障，可以確保項(xiàng)目耗電量的準(zhǔn)確計(jì)算[6-9]，集裝箱卡車(chē)的智能化系統(tǒng)對(duì)作業(yè)量的統(tǒng)計(jì)也極為便利和準(zhǔn)確。由此，可以保障耗電量及作業(yè)量統(tǒng)計(jì)的正確性，即項(xiàng)目計(jì)算的正確性。

同時(shí)，隨著自動(dòng)化碼頭的不斷發(fā)展，近年來(lái)，天津港、寧波港、青島港、大連港等國(guó)內(nèi)多家大型沿海港口均新建或改建了自動(dòng)化集裝箱碼頭[10-11]，其使用的各類(lèi)無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)均使用電力，且智能化程度較高，本方法學(xué)對(duì)上述碼頭中的無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)的減排量計(jì)算均可適用。由此可見(jiàn)，本方法學(xué)的適用性較強(qiáng)。

4 方法學(xué)及碳交易發(fā)展展望

“碳達(dá)峰、碳中和”[12-13]已成為我國(guó)重大戰(zhàn)略部署，減少港口生產(chǎn)設(shè)備的化石燃料消耗是實(shí)現(xiàn)港口行業(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要途徑，目前如岸橋、場(chǎng)橋等大型設(shè)備已基本完成由化石燃料驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，碼頭的化石燃料消耗主要來(lái)源是水平運(yùn)輸中的各類(lèi)車(chē)輛。

裝卸生產(chǎn)自動(dòng)化是未來(lái)專(zhuān)業(yè)化集裝箱碼頭的發(fā)展方向，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷完善，電力驅(qū)動(dòng)的無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)的應(yīng)用將會(huì)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油驅(qū)動(dòng)集裝箱卡車(chē)，在這一過(guò)程中，精準(zhǔn)核算集裝箱卡車(chē)的減排量也越來(lái)越重要，由此需要通過(guò)該方法學(xué)進(jìn)行自愿減排量的核算。

目前，隨著各行業(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”方案的制定和實(shí)施，國(guó)內(nèi)的碳排放交易市場(chǎng)也將迎來(lái)巨大發(fā)展，再結(jié)合港口行業(yè)的自動(dòng)化碼頭建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，電力驅(qū)動(dòng)的集裝箱卡車(chē)的應(yīng)用前景必將越來(lái)越廣闊。

5 總結(jié)

港口裝卸機(jī)械的化石燃料燃燒是港口溫室氣體排放的主要來(lái)源，本研究在對(duì)現(xiàn)有自愿減排方法學(xué)的基礎(chǔ)上，提出無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)項(xiàng)目溫室氣體自愿減排方法學(xué)，并通過(guò)舉例驗(yàn)證了方法學(xué)的正確性，未來(lái)可作為自愿碳排放交易中交易量的核算方法，使用電力替代化石燃料燃燒，有效減少了溫室氣體排放。同時(shí)，由于電力計(jì)量的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃油計(jì)量，由此可有效提高能耗計(jì)量和分析等相關(guān)工作水平，快速排查重點(diǎn)能耗異常情況，有效推進(jìn)港口行業(yè)的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和綠色港口建設(shè)。