港口無人駕駛集裝箱卡車項目溫室氣體自愿減排方法學研究

郭 旭，劉磊磊，陳 彥

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所 水路交通環境保護技術交通行業重點實驗室，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，實現“碳達峰、碳中和”目標，已成為國家的重大戰略部署，港口行業的溫室氣體排放主要來自裝卸生產中所產生的化石燃料燃燒，目前，集裝箱堆場內水平運輸主要采用集裝箱卡車，這已成為主要的化石燃料排放源。隨著自動化集裝箱碼頭的不斷發展，無人駕駛集裝箱卡車已在堆場中得到越來越多的應用。由于無人駕駛集裝箱卡車采用電力作為動力來源，可大幅度減少化石燃料的使用，減少溫室氣體排放。

采用市場方式實現企業的自愿減排是提高企業主動性和提高減排效果的重要手段。國家核證自愿減排量(CCER)，指依據國家發展和改革委員會發布施行的《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》的規定，經其備案并在國家注冊登記系統中登記的溫室氣體自愿減排量。目前我國已開展各類碳交易實踐[1]，如上海將航空領域納入碳交易體系，深圳采用碳交易機制推廣新能源汽車。與此同時，各類專家學者也開展了相關研究，張昕等[2]在總結國家自愿減排交易注冊登記系統運維進展的基礎上，分析討論了運維管理中存在的問題和面臨的挑戰，并為提升全國碳排放權交易和國家自愿減排交易注冊登記系統運維管理能力，從政策法規體系建設、系統功能建設、監管機制建設和保障機制建設等方面提出相關建議。姜冬梅等[3]從政策背景、項目管理、機制實施現狀等方面對清潔發展機制(CDM)與我國溫室氣體自愿減排機制進行比較研究，在此基礎上對我國溫室氣體自愿減排機制的發展提出建議。錢政霖等[4]分別從基本信息、項目信息、核算方法、可持續性要求、審定核查與注冊五個方面對黃金標準、芝加哥氣候交易所標準等七個國際自愿減排標準進行比較研究，并提出我國發展與規范自愿減排市場的相關對策建議。馬秋君等[5]針對當前我國自愿碳減排市場存在的問題，提出樹立減排意識、建設制度環境、改進減排指標分解原則、統一交易標準、完善市場結構等對策建議。

由此，本文根據國家發改委的溫室氣體減排交易相關文件要求和已發布的各類方法學，提出港口無人駕駛集裝箱卡車項目溫室氣體自愿減排方法學，促進港口企業推進集裝箱碼頭的自動化發展，減少化石燃料排放。

1 自愿減排方法學介紹

1.1 方法學設計思想

隨著集裝箱碼頭油改電技術的不斷應用，使用電力的比例越來越高，這也使集裝箱卡車成為集裝箱碼頭化石燃料的使用大戶，隨著無人駕駛集裝箱卡車(使用電力)的應用規模不斷增加，可有效減少化石燃料的使用，由此，本研究設計了集裝箱卡車燃油使用量和進行相同作業量情境下，使用無人集卡所需電力，通過對改造前后溫室氣體排放量的計算，確定項目的總體減排量。總體技術路線圖如圖1所示。

圖1 項目技術路線

1.2 方法學定義

集裝箱卡車：指用以運載可卸下的集裝箱的專用運輸車輛，簡稱集卡。

無人駕駛集裝箱卡車：采用無人駕駛技術，在集裝箱堆場內進行搬運作業的集裝箱卡車，簡稱無人集卡。

作業量：集裝箱卡車完成一次集裝箱搬運工作。

基準線排放量：港口集裝箱卡車作業過程中1 a內的總排放量。

項目排放量：是指港口采用無人集卡1 a內產生的總排放量。

1.3 適用條件

本方法學適用于新建或改建的自動化集裝箱碼頭在堆場中采用無人集卡代替集裝箱卡車進行水平運輸，從而實現減排的項目(不需要考慮設備類型及電網中高低壓變頻等影響)。

1.4 額外性分析

事先證明項目活動之前在項目區域內已采用的無人駕駛集裝箱卡車所占份額小于或等于集裝箱卡車總量的5%，且不存在相關法律法規強制要求必須使用無人駕駛集裝箱卡車。

1.5 基準線情景

基準線排放量是指港口集裝箱卡車作業過程中1年內的總排放量，計算公式如下

BEy=∑iEFBL,TEU,i×DDi,y×Ni,y×10-6

(1)

式中：BEy為y年基準線總排放量，tCO2；EFBL,TEU,i為基準線類型i的集裝箱卡車的作業量排放因子，gCO2/TEU；DDi,y為y年每輛類型i的集裝箱卡車年平均作業量，TEU；Ni,y為y年類型i的集裝箱卡車的運營數量。

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

(2)

式中：SFCi為基準線類型i的集裝箱卡車燃料單位作業量消耗率，g/TEU；NCVBL,i為基準線類型i的集裝箱卡車化石燃料消耗的凈熱值，J/g；EFBL,i為基準線類型i的集裝箱卡車化石燃料消耗的排放因子，gCO2/J；IRt為t年基準線的集裝箱卡車技術改進因子。技術改進率應用于每一日歷年，對于基準線所有輪胎式集裝箱龍門起重機(RTG)類型來說其技術改進因子額缺省值為0.99；t為技術改進的年數。

1.6 排放量計算

項目排放量是指港口采用無人集卡產生的排放，按下式計算

PEy=∑iEFPJ,i,y×DDi,y×Ni,y

(3)

式中：PEy為y年項目總排放量，tCO2；EFPJ,i,y為y年類型i的無人集卡單位作業量排放因子，tCO2/TEU；Ni,y為y年港口類型i的無人集卡運營數量；DDi,y為y年單臺類型i的無人集卡年平均作業量，TEU。

排放因子計算如下

(4)

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

1.7 監測量計算

項目中需要通過監測獲取的數據如表1所示。

表1 需要監測的參數表

1.8 減排量計算

減排量按如下方式計算

ERy=BEy-PEy

(5)

式中：ERy為y年減排量，tCO2；BEy為y年基準線排放量，tCO2；PEy為y年項目排放量，tCO2。

2 實例計算

本部分以國內某自動化集裝箱碼頭為例，該碼頭擁有3個集裝箱泊位，水平運輸設備采用32臺無人集卡。

2.1 基準線排放量計算

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，技術改進系數取0.93，集裝箱卡車作業單耗為810 g/TEU，技術改進年數為1，則基準線排放因子為

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

=810×74.067×10-6×42 652×0.93

= 2 379.54 gCO2/TEU

該公司年作業量約為250萬TEU，即DDi,y×Ni,y=250萬TEU,則基準線排放量

BEy=EFBL,i×DDi,y×Ni,y×10-6

=2 379.54×2 500 000×10-6

=5 948.85 tCO2

2.2 排放量計算

某自動化集裝箱碼頭，采用無人駕駛集裝箱卡車作為水平運輸工具，無人集卡全年耗電量為4 000 MWh；全年作業量為250萬TEU。由此，電力單耗為

4 000 MWh/250萬TEU=1.6×10-3MWh/TEU。

根據《中國區域電網基準線排放因子》，電力排放因子為取0.759 8 tCO2/MWh，折合0.759 8 kgCO2/kWh；電力的技術傳輸與分配的平均損失取20%，由此，設備的排放因子為

則項目年總排放量為

2.3 減排量計算

由此，項目整體減排量為

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

3 項目正確性及適用性分析

通過上述實例可以看出，本方法學的主要技術參數為無人駕駛集裝箱卡車的作業量和耗電量。隨著目前港口電力供應保障設置的不斷完善，電能計量的準確性和便利性都有了很大的保障，可以確保項目耗電量的準確計算[6-9]，集裝箱卡車的智能化系統對作業量的統計也極為便利和準確。由此，可以保障耗電量及作業量統計的正確性，即項目計算的正確性。

同時，隨著自動化碼頭的不斷發展，近年來，天津港、寧波港、青島港、大連港等國內多家大型沿海港口均新建或改建了自動化集裝箱碼頭[10-11]，其使用的各類無人駕駛集裝箱卡車均使用電力，且智能化程度較高，本方法學對上述碼頭中的無人駕駛集裝箱卡車的減排量計算均可適用。由此可見，本方法學的適用性較強。

4 方法學及碳交易發展展望

“碳達峰、碳中和”[12-13]已成為我國重大戰略部署，減少港口生產設備的化石燃料消耗是實現港口行業“碳達峰、碳中和”目標的重要途徑，目前如岸橋、場橋等大型設備已基本完成由化石燃料驅動向電力驅動的轉變，碼頭的化石燃料消耗主要來源是水平運輸中的各類車輛。

裝卸生產自動化是未來專業化集裝箱碼頭的發展方向，隨著自動駕駛技術的不斷完善，電力驅動的無人駕駛集裝箱卡車的應用將會逐步代替傳統的燃油驅動集裝箱卡車，在這一過程中，精準核算集裝箱卡車的減排量也越來越重要，由此需要通過該方法學進行自愿減排量的核算。

目前，隨著各行業“碳達峰、碳中和”方案的制定和實施，國內的碳排放交易市場也將迎來巨大發展，再結合港口行業的自動化碼頭建設的發展趨勢，電力驅動的集裝箱卡車的應用前景必將越來越廣闊。

5 總結

港口裝卸機械的化石燃料燃燒是港口溫室氣體排放的主要來源，本研究在對現有自愿減排方法學的基礎上，提出無人駕駛集裝箱卡車項目溫室氣體自愿減排方法學，并通過舉例驗證了方法學的正確性，未來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，由于電力計量的準確性和系統性遠遠大于燃油計量，由此可有效提高能耗計量和分析等相關工作水平，快速排查重點能耗異常情況，有效推進港口行業的“碳達峰、碳中和”目標的實現和綠色港口建設。