零碳港口建設(shè)路徑研究

摘要：港口是綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成和關(guān)鍵樞紐，也是能源消費(fèi)和碳排放的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一，在交通運(yùn)輸行業(yè)大力推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的背景下，港口需要結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和能源消費(fèi)特點(diǎn)，積極探索低碳發(fā)展路徑，推動(dòng)零碳港口建設(shè)。本文對(duì)零碳碼頭內(nèi)涵進(jìn)行了分析，選取了某集裝箱碼頭作為研究對(duì)象，對(duì)碼頭建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期二氧化碳排放量進(jìn)行了測(cè)算，在此基礎(chǔ)上，分別從清潔能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施、節(jié)能低碳設(shè)備應(yīng)用、能源智能管控、高效生產(chǎn)調(diào)度、綠色建筑建設(shè)、全壽命周期碳中和等方面提出了零碳港口建設(shè)路徑。關(guān)鍵詞：港口；碳達(dá)峰；碳中和；零碳0引言“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”是我國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)向國(guó)際社會(huì)做出的鄭重承諾，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求，為交通運(yùn)輸行業(yè)未來的發(fā)展指明了方向和新的目標(biāo)。港口是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要樞紐和對(duì)外開放的重要窗口，也是能源消費(fèi)和碳排放的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一，必須在準(zhǔn)確把握碳達(dá)峰、碳中和政策要求的基礎(chǔ)上，通過完善清潔能源供應(yīng)設(shè)施、優(yōu)化裝卸生產(chǎn)工藝、加大清潔能源設(shè)備應(yīng)用、提升物流組織效率等措施，不斷從源頭加大清潔能源應(yīng)用比例、從過程嚴(yán)控能源消耗、從末端增加碳匯能力，形成全過程節(jié)能降碳體系，推動(dòng)港口領(lǐng)域盡早達(dá)峰、盡早實(shí)現(xiàn)碳中和。本文以某集裝箱碼頭為研究對(duì)象，開展零碳港口建設(shè)路徑研究。1

零碳碼頭內(nèi)涵分析依據(jù)《港口能源消耗統(tǒng)計(jì)及分析方法》（GB/T21339－2020）碼頭綜合能源消耗量包括碼頭裝卸生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、附屬生活全部能源消耗量，零碳碼頭是指碼頭綜合能源消耗所產(chǎn)生的二氧化碳排放總量為零，從能源消費(fèi)端方面考慮，碼頭全部使用電力等清潔能源，淘汰所有化石燃料。凈零碳碼頭則考慮了碼頭能源消耗供給側(cè)的碳排放，電力消耗產(chǎn)生的間接碳排放量，即完全依靠可再生能源運(yùn)行，從源頭實(shí)現(xiàn)零碳排放。空間邊界范圍：碼頭區(qū)域內(nèi)裝卸設(shè)備、非道路移動(dòng)源、辦公生活生產(chǎn)場(chǎng)所，包括岸橋、場(chǎng)橋、內(nèi)部水平運(yùn)輸設(shè)備、生產(chǎn)辦公建筑等耗能設(shè)備，不包括新水制備、垃圾處理，及外集卡、拖輪、靠港船舶、私家車等不受碼頭控制的車船。2

研究對(duì)象基本情況2.1總平面布置研究對(duì)象碼頭岸線總長(zhǎng)1100m，順岸式布局三個(gè)智能化集裝箱泊位，三個(gè)泊位均按照20萬t級(jí)集裝箱泊位設(shè)計(jì)建設(shè)，并兼顧25000TEU裝箱船舶停靠需求，可同時(shí)停靠2艘20萬t級(jí)船舶，或同時(shí)?？?艘7萬和2艘10萬t級(jí)集裝箱船舶。堆場(chǎng)平行于碼頭岸線，堆場(chǎng)區(qū)按集裝箱箱型組成比例布置自動(dòng)化堆場(chǎng)。自動(dòng)化堆場(chǎng)空、重箱混堆，其中冷藏箱分3塊分散布置。公司在碼頭內(nèi)部交通方面，裝卸船無人集卡及集疏運(yùn)司機(jī)駕駛外集卡車流設(shè)計(jì)為分道隔離運(yùn)行。結(jié)合港區(qū)集裝箱碼頭一體化及外部集疏運(yùn)車輛流向，進(jìn)出港閘口采用分開、平行于堆場(chǎng)的布置形式，且均為兩道智能化閘口。2.2主要裝卸工藝裝卸船設(shè)備采用單小車雙20ˊ岸橋，水平運(yùn)輸設(shè)備采用無人集卡。自動(dòng)化堆場(chǎng)空、重箱混堆，裝卸車及拆碼垛設(shè)備采用軌內(nèi)11排箱的雙懸臂軌道橋。堆場(chǎng)和雙懸臂軌道橋走行方向平行于碼頭岸線布置，組成“單小車雙20ˊ岸橋+無人集卡+雙懸臂軌道橋”的平行邊裝卸方案。2.3

主要裝卸設(shè)備裝卸設(shè)備全部采用清潔能源驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括75臺(tái)電力裝卸設(shè)備及1臺(tái)氫能源與動(dòng)力電池混合動(dòng)力的ART。裝卸生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)和附屬生活均無碳基能源使用（即無柴油、汽油、LNG、天然氣等）和熱力使用。3

建設(shè)期碳排放分析港口建設(shè)期碳排放包括建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段碳排放、主要設(shè)備制造及碼頭施工碳排放。建設(shè)期間主要建材消耗量及對(duì)應(yīng)碳排放量匯總?cè)绫?所示，碳排放系數(shù)參照GB/T51366－2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》。建設(shè)期間水泥運(yùn)輸距離平均值40km，其余建材運(yùn)輸距離平均值為500km，運(yùn)輸材料選取重型柴油貨車運(yùn)輸（載重30t），對(duì)應(yīng)排放系數(shù)為0.078kg-CO2/（t·km）。建設(shè)期間的主要材料運(yùn)輸碳排放量測(cè)算見表2所示。主要裝卸設(shè)備包括岸橋、軌道橋及ART，其制造過程中碳排放量如表3所示。碼頭施工期間共消耗柴油約9250t，柴油碳排放系數(shù)為3.1605tCO2/t，則其施工期間碳排放量為29234.63t。綜上，工程建設(shè)期碳排放總量如表4所示。4運(yùn)營(yíng)期能耗及排放預(yù)測(cè)對(duì)象港口吞吐量及能耗預(yù)測(cè)如表5所示，達(dá)產(chǎn)年（250萬TEU）耗電量為4006萬kWh，間接CO2排放量為37733t，吞吐量峰值年（300萬TEU）耗電量為4713萬kWh，間接CO2排放量為44392t。結(jié)合能耗及排放預(yù)測(cè)結(jié)果，各年度零碳港口建設(shè)目標(biāo)分析如表6所示。5

零碳碼頭建設(shè)路徑5.1

建設(shè)保障有力的清潔能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合上述碼頭建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)期碳排放測(cè)算結(jié)果，按照運(yùn)營(yíng)期能源自洽進(jìn)行清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)，一期建設(shè)2×4.5MW分散式風(fēng)電、1.83MW太陽(yáng)能光伏發(fā)電，二期再建設(shè)2×4.5MW分散式風(fēng)電、2MW太陽(yáng)能光伏發(fā)電，同時(shí)配套建設(shè)智能微網(wǎng)、港內(nèi)自動(dòng)駕駛水平運(yùn)輸設(shè)備充換電站和綜合智慧能源監(jiān)控平臺(tái)，建立“風(fēng)、光、儲(chǔ)、荷”一體化的多能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多能源融合系統(tǒng)與碼頭負(fù)荷的匹配與優(yōu)化控制。預(yù)計(jì)一期建成后年發(fā)電量約2350萬kWh，其中風(fēng)力2100萬kWh，光伏250萬kWh；二期建成后年總發(fā)電量約4730萬kWh，其中風(fēng)力4200萬kWh，光伏530萬kWh，能夠確保碼頭吞吐量達(dá)到峰值時(shí)電力需求，通過清潔能源的使用實(shí)現(xiàn)碼頭運(yùn)營(yíng)期凈零碳排放。5.2

應(yīng)用節(jié)能低碳的設(shè)備裝備岸橋采用輕量化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無司機(jī)室設(shè)計(jì)，利用精確的有限元分析計(jì)算使鋼結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化設(shè)計(jì)，整機(jī)重量與42m起升高度的人工岸橋相同，較現(xiàn)有自動(dòng)化碼頭雙小車岸橋自重低40%，降低了原材料生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的碳排放。電控方面，利用10kV高壓供電顯著降低線損；采用先進(jìn)的基礎(chǔ)電控設(shè)備，提高機(jī)械轉(zhuǎn)化效率；通過精確的照度分析計(jì)算，合理布置作業(yè)照明LED燈具數(shù)量和位置，同時(shí)采用分段控制、自動(dòng)調(diào)光等技術(shù)，降低照明電耗74.3%，整機(jī)變壓器裝機(jī)容量?jī)H為1850kVA，比傳統(tǒng)人工岸橋低26%，比雙小車岸橋低34%。通過精確的三維激光掃描，可以實(shí)現(xiàn)岸橋小車機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行路線優(yōu)化，在保證安全的前提下減少無效運(yùn)動(dòng)路徑，降低作業(yè)能耗。軌道橋采用雙懸臂軌道橋，起升高度19.75m，能夠?qū)崿F(xiàn)堆場(chǎng)內(nèi)“堆六過七”作業(yè)；對(duì)于智能水平運(yùn)輸設(shè)備一側(cè)，軌道橋能夠根據(jù)TOS指令全自動(dòng)化作業(yè)；對(duì)于外集卡一側(cè)，僅安全高度以下需要人工接管，其他運(yùn)行路徑完全自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)化路徑運(yùn)行；邊裝卸作業(yè)工藝特點(diǎn)決定了軌道橋不需要帶集裝箱運(yùn)行大車機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低能耗運(yùn)行；11排堆場(chǎng)能夠減小集裝箱翻倒率，更大限度減小軌道橋單箱電耗。5.3

建設(shè)多源融合的能源智能管控系統(tǒng)建立先進(jìn)的全場(chǎng)綠色能源智能管理和控制系統(tǒng)，集成能耗管理、照明控制、智能用電監(jiān)測(cè)、岸電監(jiān)測(cè)、冷箱監(jiān)控、變電所輔控，實(shí)現(xiàn)能源環(huán)境全要素監(jiān)測(cè)管理，通過能源智能調(diào)配，最大程度使用碼頭風(fēng)力、光伏產(chǎn)生電能，減少棄風(fēng)、棄光率，大幅提升管理水平和用電設(shè)備安全水平。(1)能耗采集系統(tǒng)由于風(fēng)能、太陽(yáng)能具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，需要根據(jù)碼頭用能負(fù)荷變化情況進(jìn)行能源生產(chǎn)、能源消費(fèi)、能源儲(chǔ)存的優(yōu)化匹配，通過建立能耗采集和分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確掌握碼頭能源負(fù)荷的時(shí)空變化趨勢(shì)，結(jié)合清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換與消耗規(guī)律，利用大數(shù)據(jù)分析，建立碼頭用能負(fù)荷及能量匹配模型，形成“源、網(wǎng)、儲(chǔ)、荷”配置方法，實(shí)現(xiàn)清潔能源高效利用?；谇鍧嵞茉锤咝Ю玫哪芎牟杉到y(tǒng)應(yīng)包括基礎(chǔ)信息管理（包括能耗計(jì)量裝置信息管理、設(shè)備臺(tái)賬信息管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息管理、能耗指標(biāo)管理）、分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析（分類統(tǒng)計(jì)，分區(qū)域統(tǒng)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備能耗同比、環(huán)比、占比分析等）、能源可視化、能源異常報(bào)警和多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等功能。能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備與清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)配適的信息通訊、跨設(shè)備/跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入、海量異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，實(shí)現(xiàn)港區(qū)能量流-信息流-價(jià)值流一體化調(diào)控及港區(qū)能源供需動(dòng)態(tài)平衡。(2)照明控制系統(tǒng)照明系統(tǒng)是港口的重點(diǎn)用能環(huán)節(jié)之一，照明系統(tǒng)全部采用LED節(jié)能燈具，建設(shè)照明智能控制系統(tǒng)，燈具單獨(dú)控制，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)能耗統(tǒng)計(jì)計(jì)量分析，并根據(jù)裝卸生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)對(duì)堆場(chǎng)和設(shè)備燈具智能調(diào)光，在設(shè)備待機(jī)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能，降低能耗70%。電氣室、高壓室等房間內(nèi)照明燈人走斷電智能控制。應(yīng)用雷達(dá)探測(cè)器用于堆場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)照明控制，將雷達(dá)探測(cè)器的反饋信號(hào)作為核心控制器的指令源，常規(guī)狀態(tài)高桿燈照明設(shè)備保持30%亮度（達(dá)到道路基本照度要求），當(dāng)檢測(cè)到車輛來臨時(shí)，雷達(dá)探測(cè)器將信號(hào)反饋給核心控制器，調(diào)整燈具亮度至100%亮度，當(dāng)車輛離開1min（可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置）后，系統(tǒng)將照明設(shè)備亮度調(diào)至30%亮度。(3)岸電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用岸電是降低到港船舶污染和碳排放的有效手段，為提高岸電使用率，加強(qiáng)岸電系統(tǒng)的監(jiān)控監(jiān)管，建立岸電監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)岸電系統(tǒng)的各配電回路、信號(hào)檢測(cè)、供電記錄、連船記錄、故障記錄等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過岸電系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，有效降低到港船舶靠泊期間燃油消耗排放的二氧化碳。(4)智能用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（剩余電流值、導(dǎo)線或裝置溫度、故障電弧、運(yùn)行電流值等）進(jìn)行監(jiān)控，采集電壓、電流、電能等用電運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏電流、異常溫升、過壓、欠壓、過流、過載、短路、斷路、缺相、錯(cuò)相、故障電弧等電氣火災(zāi)故障隱患，并實(shí)時(shí)傳輸至上級(jí)平臺(tái)，進(jìn)行不間斷的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警的功能。5.4

建設(shè)多源融合的能源智能管控系統(tǒng)通過信息化技術(shù)建立智能化調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)碼頭吞吐量、作業(yè)工藝、作業(yè)設(shè)備等條件，提供完整的碼頭生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)解決方案和碼頭生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。(1)實(shí)時(shí)采集作業(yè)數(shù)據(jù)以確保作業(yè)計(jì)劃和操作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。(2)閘口作業(yè)支持無人值守操作，滿足閘口各項(xiàng)實(shí)際業(yè)務(wù)需求。(3)在多線并行作業(yè)時(shí)通過全場(chǎng)車隊(duì)調(diào)度充分利用智能水平運(yùn)輸設(shè)備，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)重進(jìn)重出調(diào)度策略，優(yōu)化作業(yè)路徑。(4)實(shí)現(xiàn)碼頭的全流程調(diào)度，通過外集卡手機(jī)APP引導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)外來集卡行駛路線、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行合理規(guī)劃，減少在場(chǎng)作業(yè)和停留時(shí)間。(5)堆場(chǎng)箱區(qū)管理。根據(jù)實(shí)際情況合理安排ART和外集卡的目標(biāo)箱區(qū)，降低ART和外集卡水平運(yùn)輸距離，減少裝卸設(shè)備等待時(shí)間，盡可能減少無效作業(yè)，提高堆場(chǎng)裝卸作業(yè)效率。通過以上智能高效的裝卸工藝和調(diào)度系統(tǒng)，提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，有效降低設(shè)備空駛空耗，相比傳統(tǒng)垂直布置端裝卸的自動(dòng)化集裝箱碼頭作業(yè)模式，在同等岸線、土地資源條件下，裝卸工藝更加高效、便捷、低成本，碼頭整體設(shè)計(jì)生產(chǎn)率提升5%、能耗降低50%。5.5

建設(shè)美觀節(jié)能的綠色建筑港區(qū)建筑應(yīng)以被動(dòng)式技術(shù)優(yōu)先、主動(dòng)式技術(shù)優(yōu)化為原則，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)適宜的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材以及環(huán)保的綠色建筑新技術(shù)，創(chuàng)造良好的環(huán)境；利用場(chǎng)地自然條件，合理設(shè)計(jì)建筑體形、朝向和窗墻面積比，使建筑盡量獲得良好的日照、通風(fēng)和采光；通過優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計(jì)，從而符合建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求；合理采用鋼框架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化布置墻、柱，以合理的結(jié)構(gòu)方案達(dá)到減少主體結(jié)構(gòu)用材，實(shí)現(xiàn)節(jié)材、節(jié)能的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，通過綠色手段實(shí)現(xiàn)低成本綠色建筑技術(shù)的集成運(yùn)用。5.6

推進(jìn)全壽命周期碳中和根據(jù)前述測(cè)算，碼頭建設(shè)期碳排放量為591130.11t，在實(shí)現(xiàn)碼頭運(yùn)營(yíng)期零碳排放的基礎(chǔ)上，需綜合采取港區(qū)綠化、碳匯補(bǔ)償?shù)确绞綄?shí)現(xiàn)全壽命周期零碳排放。按照景觀化進(jìn)行港區(qū)綠化設(shè)計(jì)，充分利用綠化用地、建筑立面和屋頂提升綠化覆蓋率，通過資助邊遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展農(nóng)林種植業(yè)、開發(fā)低碳綠色能源等方式推進(jìn)異地碳匯補(bǔ)償；積極參與國(guó)家核證自愿減排（CCER）購(gòu)買碳匯造林項(xiàng)目、網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目、風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目等碳減排指標(biāo)，積極履行碳排放抵消責(zé)任，實(shí)現(xiàn)碼頭建設(shè)運(yùn)營(yíng)全過程碳中和。6

結(jié)論碳達(dá)峰、碳中和是港口高質(zhì)量發(fā)展的必然要求，港口企業(yè)通過