港口无人驾驶集装箱卡车项目温室气体自愿减排方法学研究

郭 旭，刘磊磊，陈 彦

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所 水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津 300456；2.天津港集装箱码头有限公司，天津 300456)

控制温室气体排放，实现“碳达峰、碳中和”目标，已成为国家的重大战略部署，港口行业的温室气体排放主要来自装卸生产中所产生的化石燃料燃烧，目前，集装箱堆场内水平运输主要采用集装箱卡车，这已成为主要的化石燃料排放源。随着自动化集装箱码头的不断发展，无人驾驶集装箱卡车已在堆场中得到越来越多的应用。由于无人驾驶集装箱卡车采用电力作为动力来源，可大幅度减少化石燃料的使用，减少温室气体排放。

采用市场方式实现企业的自愿减排是提高企业主动性和提高减排效果的重要手段。国家核证自愿减排量(CCER)，指依据国家发展和改革委员会发布施行的《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》的规定，经其备案并在国家注册登记系统中登记的温室气体自愿减排量。目前我国已开展各类碳交易实践[1]，如上海将航空领域纳入碳交易体系，深圳采用碳交易机制推广新能源汽车。与此同时，各类专家学者也开展了相关研究，张昕等[2]在总结国家自愿减排交易注册登记系统运维进展的基础上，分析讨论了运维管理中存在的问题和面临的挑战，并为提升全国碳排放权交易和国家自愿减排交易注册登记系统运维管理能力，从政策法规体系建设、系统功能建设、监管机制建设和保障机制建设等方面提出相关建议。姜冬梅等[3]从政策背景、项目管理、机制实施现状等方面对清洁发展机制(CDM)与我国温室气体自愿减排机制进行比较研究，在此基础上对我国温室气体自愿减排机制的发展提出建议。钱政霖等[4]分别从基本信息、项目信息、核算方法、可持续性要求、审定核查与注册五个方面对黄金标准、芝加哥气候交易所标准等七个国际自愿减排标准进行比较研究，并提出我国发展与规范自愿减排市场的相关对策建议。马秋君等[5]针对当前我国自愿碳减排市场存在的问题，提出树立减排意识、建设制度环境、改进减排指标分解原则、统一交易标准、完善市场结构等对策建议。

由此，本文根据国家发改委的温室气体减排交易相关文件要求和已发布的各类方法学，提出港口无人驾驶集装箱卡车项目温室气体自愿减排方法学，促进港口企业推进集装箱码头的自动化发展，减少化石燃料排放。

1 自愿减排方法学介绍

1.1 方法学设计思想

随着集装箱码头油改电技术的不断应用，使用电力的比例越来越高，这也使集装箱卡车成为集装箱码头化石燃料的使用大户，随着无人驾驶集装箱卡车(使用电力)的应用规模不断增加，可有效减少化石燃料的使用，由此，本研究设计了集装箱卡车燃油使用量和进行相同作业量情境下，使用无人集卡所需电力，通过对改造前后温室气体排放量的计算，确定项目的总体减排量。总体技术路线图如图1所示。

图1 项目技术路线

1.2 方法学定义

集装箱卡车：指用以运载可卸下的集装箱的专用运输车辆，简称集卡。

无人驾驶集装箱卡车：采用无人驾驶技术，在集装箱堆场内进行搬运作业的集装箱卡车，简称无人集卡。

作业量：集装箱卡车完成一次集装箱搬运工作。

基准线排放量：港口集装箱卡车作业过程中1 a内的总排放量。

项目排放量：是指港口采用无人集卡1 a内产生的总排放量。

1.3 适用条件

本方法学适用于新建或改建的自动化集装箱码头在堆场中采用无人集卡代替集装箱卡车进行水平运输，从而实现减排的项目(不需要考虑设备类型及电网中高低压变频等影响)。

1.4 额外性分析

事先证明项目活动之前在项目区域内已采用的无人驾驶集装箱卡车所占份额小于或等于集装箱卡车总量的5%，且不存在相关法律法规强制要求必须使用无人驾驶集装箱卡车。

1.5 基准线情景

基准线排放量是指港口集装箱卡车作业过程中1年内的总排放量，计算公式如下

BEy=∑iEFBL,TEU,i×DDi,y×Ni,y×10-6

(1)

式中：BEy为y年基准线总排放量，tCO2；EFBL,TEU,i为基准线类型i的集装箱卡车的作业量排放因子，gCO2/TEU；DDi,y为y年每辆类型i的集装箱卡车年平均作业量，TEU；Ni,y为y年类型i的集装箱卡车的运营数量。

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

(2)

式中：SFCi为基准线类型i的集装箱卡车燃料单位作业量消耗率，g/TEU；NCVBL,i为基准线类型i的集装箱卡车化石燃料消耗的净热值，J/g；EFBL,i为基准线类型i的集装箱卡车化石燃料消耗的排放因子，gCO2/J；IRt为t年基准线的集装箱卡车技术改进因子。技术改进率应用于每一日历年，对于基准线所有轮胎式集装箱龙门起重机(RTG)类型来说其技术改进因子额缺省值为0.99；t为技术改进的年数。

1.6 排放量计算

项目排放量是指港口采用无人集卡产生的排放，按下式计算

PEy=∑iEFPJ,i,y×DDi,y×Ni,y

(3)

式中：PEy为y年项目总排放量，tCO2；EFPJ,i,y为y年类型i的无人集卡单位作业量排放因子，tCO2/TEU；Ni,y为y年港口类型i的无人集卡运营数量；DDi,y为y年单台类型i的无人集卡年平均作业量，TEU。

排放因子计算如下

(4)

式中：SECPJ,i,y为在正常作业情况下，第y年类型i的无人集卡电力消耗率，kWh/TEU；EFelect,i,y为第y年类型i的无人集卡消耗的CO2排放因子，tCO2/MWh；TDLy为第y年提供电力的技术传输与分配的平均损失。

1.7 监测量计算

项目中需要通过监测获取的数据如表1所示。

表1 需要监测的参数表

1.8 减排量计算

减排量按如下方式计算

ERy=BEy-PEy

(5)

式中：ERy为y年减排量，tCO2；BEy为y年基准线排放量，tCO2；PEy为y年项目排放量，tCO2。

2 实例计算

本部分以国内某自动化集装箱码头为例，该码头拥有3个集装箱泊位，水平运输设备采用32台无人集卡。

2.1 基准线排放量计算

化石燃料排放因子为：74.067×10-6gCO2/J，化石燃料消耗净热值为42 652 J/g，技术改进系数取0.93，集装箱卡车作业单耗为810 g/TEU，技术改进年数为1，则基准线排放因子为

EFBL,TEU,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt

=810×74.067×10-6×42 652×0.93

= 2 379.54 gCO2/TEU

该公司年作业量约为250万TEU，即DDi,y×Ni,y=250万TEU,则基准线排放量

BEy=EFBL,i×DDi,y×Ni,y×10-6

=2 379.54×2 500 000×10-6

=5 948.85 tCO2

2.2 排放量计算

某自动化集装箱码头，采用无人驾驶集装箱卡车作为水平运输工具，无人集卡全年耗电量为4 000 MWh；全年作业量为250万TEU。由此，电力单耗为

4 000 MWh/250万TEU=1.6×10-3MWh/TEU。

根据《中国区域电网基准线排放因子》，电力排放因子为取0.759 8 tCO2/MWh，折合0.759 8 kgCO2/kWh；电力的技术传输与分配的平均损失取20%，由此，设备的排放因子为

则项目年总排放量为

2.3 减排量计算

由此，项目整体减排量为

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

3 项目正确性及适用性分析

通过上述实例可以看出，本方法学的主要技术参数为无人驾驶集装箱卡车的作业量和耗电量。随着目前港口电力供应保障设置的不断完善，电能计量的准确性和便利性都有了很大的保障，可以确保项目耗电量的准确计算[6-9]，集装箱卡车的智能化系统对作业量的统计也极为便利和准确。由此，可以保障耗电量及作业量统计的正确性，即项目计算的正确性。

同时，随着自动化码头的不断发展，近年来，天津港、宁波港、青岛港、大连港等国内多家大型沿海港口均新建或改建了自动化集装箱码头[10-11]，其使用的各类无人驾驶集装箱卡车均使用电力，且智能化程度较高，本方法学对上述码头中的无人驾驶集装箱卡车的减排量计算均可适用。由此可见，本方法学的适用性较强。

4 方法学及碳交易发展展望

“碳达峰、碳中和”[12-13]已成为我国重大战略部署，减少港口生产设备的化石燃料消耗是实现港口行业“碳达峰、碳中和”目标的重要途径，目前如岸桥、场桥等大型设备已基本完成由化石燃料驱动向电力驱动的转变，码头的化石燃料消耗主要来源是水平运输中的各类车辆。

装卸生产自动化是未来专业化集装箱码头的发展方向，随着自动驾驶技术的不断完善，电力驱动的无人驾驶集装箱卡车的应用将会逐步代替传统的燃油驱动集装箱卡车，在这一过程中，精准核算集装箱卡车的减排量也越来越重要，由此需要通过该方法学进行自愿减排量的核算。

目前，随着各行业“碳达峰、碳中和”方案的制定和实施，国内的碳排放交易市场也将迎来巨大发展，再结合港口行业的自动化码头建设的发展趋势，电力驱动的集装箱卡车的应用前景必将越来越广阔。

5 总结

港口装卸机械的化石燃料燃烧是港口温室气体排放的主要来源，本研究在对现有自愿减排方法学的基础上，提出无人驾驶集装箱卡车项目温室气体自愿减排方法学，并通过举例验证了方法学的正确性，未来可作为自愿碳排放交易中交易量的核算方法，使用电力替代化石燃料燃烧，有效减少了温室气体排放。同时，由于电力计量的准确性和系统性远远大于燃油计量，由此可有效提高能耗计量和分析等相关工作水平，快速排查重点能耗异常情况，有效推进港口行业的“碳达峰、碳中和”目标的实现和绿色港口建设。