港口碳排放現狀及減碳措施分析

鄧紅梅

摘 要：港口溫室氣體排放加劇了全球氣候變化，氣候變化導致的全球海平面上升也對港口的可持續發展構成了巨大的威脅。本研究首先介紹了港口碳減排的背景及意義，其次核算分析了2011至2019年間我國港口碳排放的現狀，最后梳理了港口碳減排的具體措施，提出了港口脫碳的努力方向。

關鍵詞：港口;碳排放;現狀;減排措施

中圖分類號：X322? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0098-03

1港口碳減排背景

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，1901-2010年期間全球海平面上升的速度對人類的生活環境帶來了巨大的威脅，如果溫升幅度大于2℃，將會在全球造成不可挽回的遭難性環境后果[1]。IPCC于2018年10月發布的《全球1.5℃溫升特別報告》進一步指出，只有在本世紀中葉實現全球范圍內的溫室氣體凈零排放——碳中和目標，才有可能將全球變暖幅度控制在1.5℃以內，從而減緩及避免氣候變化帶來的極端危害。國際社會于2015年達成了《巴黎協定》，各國做出了自主減排承諾，并確定了在本世紀末將全球溫升幅度控制在2℃，并爭取將其控制在1.5℃的溫升水平的目標[2]。作為全球供應鏈中的轉運節點，港口產業約占全球溫室氣體排放總量的3%[3]，由其產生的碳排放加劇了全球氣候變化，氣候變化導致的全球海平面上升也對港口的可持續發展構成了巨大的威脅。中國作為世界上最大的發展中國家，化石能源仍然是主要的能源消耗來源，所產生的碳排放也位列世界之最。中國政府于2020年向國際社會做出承諾，力爭在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。我國的水運“十三五”發展規劃也明確規定了港口的節能減排政策目標，規劃指出，2020年港口生產單位吞吐量綜合能耗及二氧化碳排放均需比2015年下降2%。隨著應對氣候變化政策的日益加強，有必要進一步核算我國港口的碳排放現狀，并對港口的降碳措施進行分析，以便促進低碳港口的建設及港口的高質量發展。

2 我國港口碳排放現狀

本節從港口碳排放的來源、港口碳排放核算方法、港口碳排放現狀三個方面對我國港口碳排放進行了分析。

2.1 港口碳排放的來源

港口的溫室氣體排放來源可分為三類。第一類是港口活動產生的直接碳排放，包括港作車輛、拖輪等通過燃油消耗產生的排放;第二類是港口經營用電所產生的間接碳排放;第三類是與港口業務承租人相關的其他間接來源，包括租用船舶、卡車、貨物裝卸設備和鐵路機車等產生的間接排放。對于擁有大量外包業務的港口而言，第三類排放源可能是溫室氣體排放的最大來源。

2.2 港口碳排放核算方法

針對某個具體的港口企業而言，通過統計不同能源品種的能耗情況，再用相應能源的消耗量乘以對應的碳排放因子即可計算得到該港口不同能耗的碳排放量。對于我國港口整體碳排放的核算，由于針對所有港口的詳盡數據難以獲得，通常使用我國港口的吞吐量、港口企業每萬噸單耗（噸標準煤）和噸標煤的碳排放系數相乘得到，其計算公式如式（1）所示。

（1）

Q為港口碳排放量，X為港口吞吐量，Y為港口企業每萬噸單耗，Z為噸標煤的碳排放系數。港口的吞吐量取自《中國港口年鑒》，港口企業的每萬噸單耗參考《交通運輸行業發展統計公報》中所公布的值，由于交通運輸部2011年才開始對港口能源消耗進行監測，所以研究年份從2011年開始，噸標煤的碳排放系數參照我國發改委所使用的推薦值，即2.4567t-CO2/tce。

2.3 港口碳排放現狀分析

根據測算，2011年港口的碳排放為779.50萬噸，之后緩慢上升，2013年港口的碳排放達到838.33萬噸，2013年之后港口的碳排放趨勢穩重有降，2018年的碳排放為810.89萬噸。由于2019年港口的統計范圍進行了調整，2019年的全國貨物吞吐量和碳排放量相比于2018年呈下降趨勢。2011年至2019年全國港口的貨物吞吐量及CO2排放量的歷史趨勢如圖1所示。綜合來看，過去十年間，我國港口的碳排放量大約在800萬噸左右。

3 港口降碳措施

為了實現我國的雙碳目標，港口在節能降碳方面仍需要采取更有力的措施。具體來看，港口的減碳措施可以從技術、管理、節能幾方面展開。

3.1 設備措施

設備措施是指對相關排放設備進行物理上的改變或用更清潔和更新的節能技術替換舊的設備，港口主要的排放設備包括拖輪、貨物裝卸設備、建筑照明和空調等。設備措施可以通過不同的方式實現，一是購買新的設備，二是用更清潔和更高效的設備替換舊的設備，三是更換新的引擎，四是對排放控制技術進行改造。

全球各地的港口實踐表明，柴油動力終端設備的更換可將能源消耗和二氧化碳排放降至最低。西班牙巴倫西亞港通過對輪胎式龍門吊的引擎設備進行發電機組改造，可將港口CO2的排放量減少43%[4]。美國的圣佩德羅灣港口的清潔空氣行動計劃也要求港口在指定時期內用新的清潔發動機對貨物裝卸設備的舊發動機進行更換。美國紐約和新澤西集裝箱碼頭也將在五至十年的使用周期內對堆置場牽引車的設備進行更新。對老式柴油龍門起重機等設備進行投資改造的節能減排效果明顯，然而，對貨物裝卸設備進行更新和替換的成本高昂，因此，大規模的設備更新和替換所需時間較長。

3.2 能源措施

能源措施包括通過使用更清潔的燃料、可替代能源系統或利用可再生能源，向港口作業方提供更清潔的能源。

更清潔的燃料包括液化天然氣LNG、甲醇、氫能、氨能和生物質能等。液化天然氣每公里的能源效率比傳統燃料高10%左右，產生的二氧化碳也大約低25%[5]，但是液化天然氣在使用中可能會存在甲烷泄漏的問題，而甲烷帶來的全球變暖潛力是二氧化碳的25倍，因而，液化天然氣的大規模使用仍然存在著爭議。對于甲醇而言，它可以產生更少的二氧化碳排放，且在低負荷下，不存在甲烷泄漏的問題，是一種較為可行的替代燃料。氫能和氨能也都是具有較大發展前景的可替代燃料，氫能可用于燃料電池裝置，氨能可用于船舶或車輛發電的燃料。生物質發電也可以減少溫室氣體排放，來自港口或船舶的生物質可轉化為沼氣或生物燃料，通過燃燒可以產生熱力和電力。然而，可替代燃料的高成本低回報特性限制了它們在港口的使用規模，而且，許多港口的設施和市場發展還不成熟。

可替代能源系統指發動機等使用化石燃料以外的能源，包括電氣化和使用混合動力等。全電氣化在起重機等貨物裝卸設備中使用廣泛，此外，貨物裝卸設備中還常采用可充電電池系統。例如，在美國圣佩德羅灣港口和臺灣高雄集裝箱碼頭等多個港口，電池電動導向車輛、叉車、軌道搬運車、堆垛起重機等都得到了廣泛的應用。總的來說，起重機電氣化大約可節省總耗能量的30%，對減少溫室氣體排放發揮著重要的作用。另外，混合動力是指港口設備使用化石燃料和電力混合發電，包括插電式混合動力和液壓混合動力等。

港口可利用的可再生能源包括太陽能、風能、海洋能和地熱能等。太陽能電池板可建在港口的空置地面，也可建在碼頭相關建筑及倉庫的屋頂上。風能在沿海區域的資源非常豐富，在港口建設風電設施有著天然的地理優勢，很多港口都安裝了陸上和海上風力發電機，但風力發電也會受到空間可用性的限制。海洋能包括潮汐能等，主要是利用海峽、島嶼和通道近岸的潮汐產生的動能。地熱能利用的是地球地層中儲存的能量。

3.3 操作措施

操作措施主要是為了提高整個港口的運營效率，包括采用數字化技術和集裝箱碼頭自動化操作技術等。數字化技術可以幫助識別、監控和匯總支持運營效率所需的數據，遙感、大數據分析等職能物流的發展降低了燃料消耗并減少了碳排放。數字化技術在多個港口得到廣泛應用，例如，上海港采用了監控物流和燃料消耗的智能物聯網技術、電子數據交換技術等，方便了碼頭和航運公司之間的通訊;國外的數字化技術案例包括漢堡港的3D打印技術、鹿特丹港的物聯網傳感器技術和新加坡港的大數據和云計算技術等。集裝箱碼頭自動化操作系統不僅提高了碼頭效率，而且降低了運營成本和碳排放。全球約有1%的碼頭是全自動的，約有2%的碼頭是半自動的，如鹿特丹港、紐約港、墨爾本港、波爾不港和青島港等[6]。鑒于自動化碼頭在減少能源消耗和二氧化碳排放等方面的優勢，傳統港口有望在未來逐步向自動化碼頭轉型。此外，港口還可以通過不同的綠色政策和項目來減少碳排放。例如，港口可以實施綠色采購政策，采購綠色環保的產品或服務;港口還可以購買使用可再生能源生產的綠色電力;港口種植樹木不但可以改善景觀，還可以最大限度地通過林業碳匯達到固碳的目的。

3.4 信息化措施

信息措施包括溫室氣體排放的核算、監測和報告，是減少港口碳排放的重要措施之一。在建立排放核算清單之后，可以確定港口的排放基準線，而且能觀察港口排放隨時間的變化趨勢。建立溫室氣體排放清單是港口碳減排行動的重要步驟，通過碳排放清單可以有效識別港口溫室氣體減排的關鍵措施。碳排放監測也是非常重要的減排措施，通過監測碳排放可以有效解釋港口排放的負外部性，并使港口活動排放的負外部性內部化。碳報告制度在歐盟的很多港口都很普遍，碳排放的可監測、可報告、可核查體系是碳交易機制建設運營的基本要素[7]，也是港口低碳轉型的重要依據。我國港口的低碳轉型應借鑒歐盟的經驗，率先建立碳排放核算、監測及報告相關的信息化機制。

4 結語

港口是國家經濟的重要戰略節點，港口的經營活動會產生大量的碳排放并加劇氣候變化。港口的碳排放主要歸因于其移動源和固定源的排放，包括拖輪、叉車、貨物裝卸設備等產生的排放。鑒于應對氣候變化的緊迫性，本研究分析了我國港口二氧化碳排放現狀以及減碳的具體措施，采取有效的減排措施可以實現港口的可持續發展。由于每個港口的特點不同，減排潛力和成本也存在差異，各個港口所采取的減排措施也不盡相同。港口在制定溫室氣體減排戰略時，應因地制宜，采取最具成本有效性的措施達到港口脫碳的目標。

參考文獻：

[1] IPCC. Climate change 2014： mitigation of climate change[M]， UK： Cambridge University Press， 2015.

[2] IPCC. Special report on global warming of 1.5℃ [M]. UK： Cambridge University Press， 2018.

[3] Misra A， Panchabikesan K， Gowrishankar S K， et al. GHG emission accounting and mitigation strategies to reduce the carbon footprint in conventional port activities - A case of the Port of Chennai[J]. Carbon Management， 2016， 8（1）：45-56.

[4] Martinez-Moya J， Vazquez-Paja B， Maldonado J G. Energy efficiency and CO2 emissions of port container terminal equipment： Evidence from the Port of Valencia[J]. Energy Policy， 2019， 131：312-319.

[5] Yun PENG，? Xiangda LI ，? Wenyuan WANG ， et al. A simulation-based research on carbon emission mitigation strategies for green container terminals[J]. Ocean Engineering， 2018， 163：288-298.

[6] Schr?der-Hinrichs J U， Song D W， Fonseca T， et al. Transport 2040： Automation， technology， employment-The future of work[R]. World Maritime University， 2019.

[7] 李雯，王妮妮. 淺析水路運輸行業開展溫室氣體排放清單編制及碳排放交易的行業基礎及面臨的問題[J]. 中國水運（下半月）， 2015， 15（008）：58-61.

基金項目：交通運輸部水運科學研究院青年科技創新項目（0100062113）。