馬 驥，申 彥 （江蘇大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

0 引 言

港口作為世界經(jīng)濟(jì)增長的引擎和供應(yīng)鏈的轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)，是能源消耗大戶和碳排放的重要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，港口的溫室氣體排放量約占全球溫室氣體排放量的3%[1]。隨著港口規(guī)模的快速擴(kuò)張，其產(chǎn)生的碳排放不僅對(duì)腹地城市和周邊海域的環(huán)境造成不利影響，同時(shí)也嚴(yán)重阻礙可持續(xù)發(fā)展。《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》中指出要全面提升港口節(jié)能低碳水平，持續(xù)推進(jìn)綠色港口建設(shè)工作。在“雙碳”目標(biāo)背景下，探討如何推動(dòng)港口實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)外學(xué)者主要從三個(gè)角度對(duì)建設(shè)低碳港口展開研究。一是從技術(shù)角度，立足于對(duì)船舶和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造升級(jí)。Zis[2]研究了在港口推廣岸電設(shè)施以減少碳排放。Diaz 等[3]通過對(duì)比分析傳統(tǒng)系泊與自動(dòng)系泊系統(tǒng)（AMS） 產(chǎn)生的碳排放，發(fā)現(xiàn)安裝AMS 能使碳排放減少約97%。游勇[4]提出了一種將碼頭、庫場(chǎng)和裝卸機(jī)械結(jié)合為一體的“庫碼頭技術(shù)”，以推動(dòng)港口低碳、集約和智能化發(fā)展。二是從管理角度，分析運(yùn)營管理策略對(duì)港口碳減排的作用。Chang 和Wang[5]對(duì)高雄港碳減排策略進(jìn)行分析，認(rèn)為船舶將航速降至12 節(jié)可以達(dá)到最理想的節(jié)能減排效果。譚鳳等[6]則從調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局、港城融合和環(huán)保措施等方面，多維度探討了綠色低碳港口的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。Eradas 等[7]基于生態(tài)足跡和碳足跡，研究了當(dāng)局綜合環(huán)境管理計(jì)劃對(duì)利馬索爾港的影響。彭云[8]通過建立多目標(biāo)仿真優(yōu)化模型，研究低碳型港口資源優(yōu)化配置方案和低碳化改造策略等問題，并提出最優(yōu)策略。三是從評(píng)價(jià)角度，將碳減排目標(biāo)與港口績(jī)效相結(jié)合，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。Fernando 等[9]采用全球可持續(xù)性綜合指數(shù)（Global Synthetic Index of Sustainability），從經(jīng)濟(jì)、制度、環(huán)境和社會(huì)等角度對(duì)西班牙主要港口的綠色低碳發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。張利國等[10]構(gòu)建了包含4 大類環(huán)境要素和50 個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，對(duì)港口總體規(guī)劃的環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。賈鵬等[11]構(gòu)建港口社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，測(cè)算港口綠色發(fā)展效率和環(huán)境效率。

綜上，現(xiàn)有文獻(xiàn)在推動(dòng)港口低碳發(fā)展方面做了大量探索，但是較少從港口集疏運(yùn)系統(tǒng)角度出發(fā)。港口集疏運(yùn)系統(tǒng)作為連接港口與廣大腹地的通道，為現(xiàn)代港口賴以存在和發(fā)展的主要外部條件，其具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)將定性和定量研究相結(jié)合，適合處理高階次非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，鑒于此，本文在既有研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法，以上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，仿真模擬各類低碳政策對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，為今后決策提供借鑒參考。

1 上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)邊界確定和假設(shè)

合理確定系統(tǒng)邊界是建立模型的第一步。上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)是一個(gè)多種因素相互影響、動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、港口運(yùn)行情況、交通運(yùn)輸方式等有著密不可分的聯(lián)系。因此在基于數(shù)據(jù)的代表性、可獲取性并綜合考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定了系統(tǒng)由社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、港口子系統(tǒng)和碳排放子系統(tǒng)共同構(gòu)成，并將相關(guān)政策參數(shù)作為系統(tǒng)的輸入，將港口的碳排放等變量作為系統(tǒng)的輸出。

建立模型時(shí)，為更好地將抽象宏觀的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)予以具象化，剔除無關(guān)全局的次要因素，需要設(shè)立一定的假設(shè)條件，模型的假設(shè)包括：

H1：港口持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，無重大波動(dòng)情況。

H2：只考慮港口集疏運(yùn)系統(tǒng)的碳排放，不考慮系統(tǒng)以外的碳排放。

H3：模型主要考慮鐵路車輛、汽車、船舶等交通運(yùn)輸工具在運(yùn)輸貨物時(shí)產(chǎn)生的碳排放。因碼頭、堆場(chǎng)有關(guān)設(shè)施裝卸貨物過程中產(chǎn)生的二氧化碳難以量化，所以不予以考慮。

1.2 子系統(tǒng)分析

（1） 社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)：社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)包括城市GDP、人口、科教水平、固定資產(chǎn)投資和各產(chǎn)業(yè)增加值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素。上海市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平與上海港的建設(shè)運(yùn)行情況緊密相關(guān)，同時(shí)港口的現(xiàn)代物流功能和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)也促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2） 港口子系統(tǒng)：港口子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，包括港口貨物吞吐量、港口利潤、港口效率等變量。當(dāng)港口貨物吞吐量顯著提高時(shí)，港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中貨運(yùn)交通工具的碳排放量也將大幅提升，并對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

（3） 碳排放子系統(tǒng)：碳排放子系統(tǒng)主要由港口貨物在公路、鐵路和水路運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放構(gòu)成。鐵路運(yùn)輸和水路運(yùn)輸因規(guī)模效益、單位能耗低而成為綠色低碳的物流運(yùn)輸方式，鐵路運(yùn)輸碳排放最少，水路運(yùn)輸次之，而公路運(yùn)輸碳排放最高。各種集疏運(yùn)方式的貨運(yùn)水平和節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用提升都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的碳排放產(chǎn)生直接影響。

在深入分析各子系統(tǒng)要素之間的正負(fù)反饋關(guān)系及相互影響的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Vensim 軟件進(jìn)行因果回路圖的繪制以及后續(xù)建模操作，其中因果回路圖如圖1 所示。

圖1 上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)因果回路

1.3 系統(tǒng)流圖

在因果回路圖的基礎(chǔ)上，深入分析變量的性質(zhì)，通過引入水平變量、速率變量、輔助變量等系統(tǒng)要素構(gòu)造系統(tǒng)流圖，使之更為全面地反映系統(tǒng)的構(gòu)成、行為特征和相互作用機(jī)制，流圖如圖2 所示。

1.4 模型參數(shù)確定與有效性檢驗(yàn)

本文以上海港為實(shí)例，將模型的運(yùn)行年限范圍設(shè)置在2010 年至2030 年，仿真步長為1 年。其中，模型數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《上海統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國港口年鑒》、《上海綠色交通發(fā)展年度報(bào)告》等資料和上海市生態(tài)環(huán)境局、上海市交通委員會(huì)、上海海事局、上港集團(tuán)官方網(wǎng)站，基于已有數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合回歸擬合、公式推導(dǎo)等方法確定模型參數(shù)表達(dá)式。模型建立之后，模型經(jīng)過了直觀檢驗(yàn)、穩(wěn)定性檢驗(yàn)、歷史性檢驗(yàn)和敏感性檢驗(yàn)。在歷史性檢驗(yàn)中，本文選取城市GDP 和港口貨物吞吐量作為檢驗(yàn)變量，以2010 年至2021 年數(shù)據(jù)的歷史值和仿真值進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算兩者相對(duì)誤差，結(jié)果如表1 所示。誤差結(jié)果表明，每年的相對(duì)誤差絕對(duì)值均不超過5%，說明模型運(yùn)行結(jié)果與歷史趨勢(shì)有較好的一致性，能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)并具有良好的預(yù)測(cè)效果，可通過調(diào)節(jié)模型參數(shù)進(jìn)行情景模擬仿真。

表1 模型歷史檢驗(yàn)結(jié)果

2 政策仿真模擬

2.1 政策仿真情景設(shè)計(jì)

為研究不同低碳政策與政策實(shí)施力度對(duì)上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)碳排放的影響作用，本文依據(jù)《上海市資源節(jié)約和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》、《上海市推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展優(yōu)化調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)實(shí)施方案》和《上海市交通節(jié)能減排專項(xiàng)扶持資金管理辦法》等政策文件，從集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新能源設(shè)備使用、節(jié)能減排技術(shù)投入和低碳運(yùn)輸方式補(bǔ)貼等四個(gè)政策維度進(jìn)行仿真模擬，每一政策維度分別設(shè)計(jì)三個(gè)仿真情景以觀察系統(tǒng)輸出變量的發(fā)展變化趨勢(shì)，具體方案如表2 所示。

表2 政策情景設(shè)計(jì)

2.2 仿真結(jié)果對(duì)比分析

在構(gòu)建的模型中進(jìn)行相關(guān)變量的情景參數(shù)設(shè)置，仿真模擬四種低碳政策情景下系統(tǒng)的碳排放量發(fā)展變化趨勢(shì)，仿真結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同政策情景下上海港貨運(yùn)碳排放量

通過仿真結(jié)果可知，四種政策均能使碳排放量下降，但是實(shí)施效果不盡相同。其中發(fā)現(xiàn)：

（1） 集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果最為理想，2030 年二氧化碳排放量分別達(dá)到39 900 萬噸、35 800 萬噸和32 570 萬噸，相較于基準(zhǔn)情景分別降低了18.2%、26.6%和33.2%。這是由于水路運(yùn)輸作為節(jié)能低碳的運(yùn)輸方式，對(duì)能源消耗相對(duì)較少，產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體較少。此外，船舶能夠長時(shí)間遠(yuǎn)距離運(yùn)輸并且載貨量遠(yuǎn)超公路運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸，并且不需要建設(shè)公路和鋪設(shè)軌道，讓其成為成本最低廉的集疏運(yùn)方式，成本只占公路運(yùn)輸?shù)?0%左右。

（2） 當(dāng)提高新能源設(shè)備使用占比后，2030 年二氧化碳排放量分別達(dá)到44 100 萬噸、42 900 萬噸和37 500 萬噸，較基準(zhǔn)情景分別降低了9.5%、12%和23%。由此可見，提高新能源設(shè)施設(shè)備的應(yīng)用普及率對(duì)污染物前端治理效果明顯，能取得較好的碳減排成效。

（3） 加大節(jié)能減排技術(shù)的資金投入是指通過綠色低碳技術(shù)人才和研發(fā)經(jīng)費(fèi)以提升相關(guān)技術(shù)水平，從而提高能源使用效率，減少能源消耗，該政策實(shí)施后碳排放量與基準(zhǔn)情景相比分別降低了4.3%、13.6%和16.8%，碳減排效果不如前兩項(xiàng)政策的原因在于技術(shù)研發(fā)周期長，科研成果轉(zhuǎn)化存在一定的時(shí)滯性。

（4） 采取財(cái)政補(bǔ)貼的方式鼓勵(lì)企業(yè)選擇鐵路和水路運(yùn)輸貨物，但財(cái)政補(bǔ)貼政策實(shí)施后取得的碳減排效果甚微，較基準(zhǔn)情景最多僅降低9.4%，究其原因在于財(cái)政補(bǔ)貼作為一種激勵(lì)性措施，規(guī)制約束作用有限。綜合來看，四種低碳政策碳減排效果從大到小排列為：集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化>新能源設(shè)備使用>節(jié)能減排技術(shù)投入>低碳運(yùn)輸方式補(bǔ)貼。

3 結(jié)論與對(duì)策建議

本文以上海港集疏運(yùn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，在分析系統(tǒng)各要素之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并通過設(shè)計(jì)不同的政策仿真情景，考察相關(guān)政策對(duì)港口集疏運(yùn)系統(tǒng)碳排放的影響作用。結(jié)果表明：集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新能源設(shè)備使用、節(jié)能減排技術(shù)投入、低碳運(yùn)輸方式補(bǔ)貼等四種政策都能一定程度上促進(jìn)港口低碳發(fā)展，但各政策效果不同，其中集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化能最大程度減少碳排放，提高新能源設(shè)備使用比例效果次之，增加節(jié)能減排技術(shù)的資金投入效果不顯著，而加大對(duì)低碳運(yùn)輸方式的財(cái)政補(bǔ)貼力度收效最不明顯。因此，為推動(dòng)上海港實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，本文提出如下對(duì)策建議：

（1） 首先，應(yīng)將優(yōu)化調(diào)整集疏運(yùn)結(jié)構(gòu)作為最優(yōu)先實(shí)施的舉措，提高水路運(yùn)輸貨物比例，推進(jìn)集裝箱貨物江海聯(lián)運(yùn)、江海直達(dá)，尤其是加強(qiáng)與長江沿線港口聯(lián)運(yùn)對(duì)接工作，并鼓勵(lì)支持長三角地區(qū)港航企業(yè)開展多領(lǐng)域、多模式合作；探索設(shè)立專用疏港通道，形成“連接蘇浙、對(duì)接海港”格局。

（2） 其次，要加快新能源設(shè)備推廣應(yīng)用，增加LNG 動(dòng)力、純電動(dòng)和混合動(dòng)力車船數(shù)量，引進(jìn)氫燃料電池集卡；完善換電、加氣、加氫等配套設(shè)施，實(shí)施“油改電”技術(shù)改造，推動(dòng)岸電使用常態(tài)化，充分利用海上風(fēng)能、光伏、潮汐能。

（3） 最后，在發(fā)展技術(shù)方面，設(shè)立航運(yùn)碳減排基金，以支持航運(yùn)碳減排技術(shù)研發(fā)，提高科研成果轉(zhuǎn)化效率；同時(shí)，借助人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、北斗高精度定位等技術(shù)完善綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)自動(dòng)化和核心業(yè)務(wù)智能化，提高港口運(yùn)行效率；建設(shè)能源智慧管控平臺(tái)，對(duì)港口用能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和智能分析，推動(dòng)能源管理精細(xì)化和智慧化。