港口大氣污染的主要來源之一是燃油設(shè)備排放的廢氣，因此減少港區(qū)柴油消耗，使用清潔能源和推廣應(yīng)用綠色裝備，能夠有效降低能源消耗和污染物排放，實(shí)現(xiàn)港口節(jié)能減排。上海港在建設(shè)綠色港口的過程中，不斷將綠色裝備和先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在港口生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，使港口老舊裝備得到更新和改造。
上海港的節(jié)能減排技術(shù)
1 LNG碼頭牽引車
集裝箱拖車是造成港口排放污染的重要來源之一。傳統(tǒng)的集卡通常以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，造成港口周邊空氣環(huán)境的污染。而LNG動(dòng)力汽車與柴油動(dòng)力汽車相比，可減少93%的碳排放、33%的氮氧化物和50%的活性烴氣的排放量。而且LNG集卡還可明顯節(jié)省成本，如表1所示，使用LNG集卡每TEU能耗成本可以節(jié)省2.091元，碳排放量減少0.157kg。
表1 柴油集卡與LNG集卡的數(shù)據(jù)對(duì)比
資料來源：文獻(xiàn)[3]
2013年，上港集團(tuán)下屬港區(qū)共有150輛LNG集卡，在2014年更新了50輛集卡為L(zhǎng)NG集卡，2015年更新了301輛集卡，2016年更新了313輛集卡，2017年，港區(qū)內(nèi)場(chǎng)LNG動(dòng)力集卡已推廣應(yīng)用870臺(tái)，占比達(dá)72%。截止2018年底，集團(tuán)內(nèi)場(chǎng)集卡牽引車LNG應(yīng)用比例達(dá)到90%。另外，上港集團(tuán)還投資建設(shè)了7座LNG加氣站，以保證港口碼頭的天然氣需求。將燃油集卡不斷更新為L(zhǎng)NG集卡，此舉措大大推動(dòng)了上海港清潔能源的應(yīng)用，有效降低了使用柴油帶來的環(huán)境污染問題。
圖1 上港集團(tuán)LNG集卡數(shù)量（2013-2017）
數(shù)據(jù)來源：上港集團(tuán)可持續(xù)發(fā)展報(bào)告
2 輪胎式集裝箱起重機(jī)（RTG）節(jié)能減排改造
RTG是集裝箱主要裝卸設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)的柴油機(jī)發(fā)電方式，電網(wǎng)供電方式(油改電)和混合動(dòng)力RTG是兩種有效的節(jié)能方法。
RTG油改電
比較可行的RTG油改電方法有三種，分別為電纜卷筒供電、低架滑觸線供電及高架滑觸線供電。上海港RTG油改電，使用的是高架滑觸線供電，從2007年至2013年末完成了241臺(tái)RTG的高架滑觸線供電改造，共計(jì)節(jié)約48835.46噸柴油消耗，約節(jié)省成本4.12億元，減少二氧化碳排放15.55萬(wàn)噸。在2016年實(shí)現(xiàn)對(duì)大多數(shù)RTG的油改電技術(shù)改造。
混合動(dòng)力RTG
RTG混合動(dòng)力由柴電機(jī)組和儲(chǔ)能單元（即鋰電池組或超級(jí)電容組）構(gòu)成。根據(jù)上海振華重工所試制的混合動(dòng)力RTG，主電源為大容量鋰電池，輔助電源為小功率柴電機(jī)組。在保持與普通RTG的起升速度與起重量不變的基礎(chǔ)上，鋰離子動(dòng)力電池組容量為640VDC/200Ah/128kW·h，輔助柴電機(jī)組裝機(jī)功率為50kW，燃油節(jié)約了60%以上，在動(dòng)力電池供電狀態(tài)下，RTG實(shí)現(xiàn)廢棄零排放。
在2015-2017年三年行動(dòng)中，共有58臺(tái)RTG進(jìn)行油電混合動(dòng)力改造，并新購(gòu)了8臺(tái)油電混合動(dòng)力的輪胎吊。截至2017年底，上港集團(tuán)混合動(dòng)力RTG的比例達(dá)到75%。
RTG能量回饋系統(tǒng)
RTG能源回饋系統(tǒng)是對(duì)在RTG起升機(jī)構(gòu)下降過程中和制動(dòng)時(shí)的能量進(jìn)行回收利用。上海港基于能量回饋電網(wǎng)技術(shù)和PWM(脈沖寬度調(diào)制)整流技術(shù)的能量回饋裝置應(yīng)用于RTG的節(jié)能改造，不僅實(shí)現(xiàn)了RTG節(jié)能降耗，也改善了高架滑觸線上的欠壓?jiǎn)栴}。2016年有47臺(tái)RTG完成改造，應(yīng)用能量回饋系統(tǒng)。
通過對(duì)RTG應(yīng)用清潔能源和起升機(jī)構(gòu)集裝箱吊重降落時(shí)的位能性再生能量的回收，可以有效實(shí)現(xiàn)RTG的節(jié)能減排降耗。
3 LED綠色照明
傳統(tǒng)港口照明普遍采用高壓鈉燈，存在啟動(dòng)慢、能耗大、溫升高、噪音大、可見光轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命較短等缺點(diǎn)，LED燈的光效高、耗電低、工作壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間快的突出優(yōu)點(diǎn)，適用于港口的照明。上海港于2017年LED綠色照明推廣應(yīng)用項(xiàng)目完工，有利于港口的節(jié)能降耗工作。
4 港口船舶岸基供電
船舶停泊靠岸期間，所產(chǎn)生的污染排放給城市空氣環(huán)境質(zhì)量改善帶來很大壓力。港口通過應(yīng)用岸電技術(shù)，靠泊港口的船舶關(guān)閉船舶自備輔助發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)而使用港口方提供的電力，向主要船載系統(tǒng)供電，由此控制柴油顆粒物、氮氧化物、硫氧化物的排放量和噪音污染。據(jù)測(cè)算，插入岸基電源，能使船舶每次靠港減少高達(dá)95%的柴油顆粒物、氮氧化物、硫氧化物的排放量，具有明顯的減排效果。
2016年，上海吳淞國(guó)際郵輪港1號(hào)泊位岸基供電項(xiàng)目建成投運(yùn)，這是亞洲首套、世界最大郵輪變頻岸電系統(tǒng)；2017年底，已建成岸電設(shè)備9臺(tái)套，其中冠東2臺(tái)套、洋山四期3臺(tái)套、國(guó)客2臺(tái)套、吳淞口郵輪港2臺(tái)套。截至2018年2月，上海港已建成規(guī)模以上岸基供電設(shè)備20臺(tái)套，覆蓋26個(gè)港口泊位，其中集裝箱泊位7個(gè)、郵輪泊位2個(gè)、電廠散貨泊位4個(gè)、修船泊位6個(gè)、通用碼頭6個(gè)、工程泊位1個(gè)。根據(jù)《交通運(yùn)輸部港口岸電布局方案》要求，到2020年底前，上海50%以上已建的集裝箱、客滾、郵輪、3千噸級(jí)以上客運(yùn)和5萬(wàn)噸級(jí)以上干散貨專業(yè)化泊位具備向船舶供應(yīng)岸電的能力。
5 拖輪節(jié)能
港口的生產(chǎn)作業(yè)離不開拖輪。對(duì)于船舶而言停靠、離開都必須要借助拖輪才能進(jìn)行。對(duì)于進(jìn)港、出港的船只而言，在進(jìn)港、出港的過程中都需要由拖輪進(jìn)行輔助保護(hù)。傳統(tǒng)港作拖輪為柴油動(dòng)力，因其特殊的工作性質(zhì)導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成的能源浪費(fèi)和污染排放不容忽視。
上海港復(fù)興船務(wù)公司牽頭承擔(dān)油電混合動(dòng)力拖輪的研究工作，根據(jù)拖輪的不同工況，通過采用純柴油動(dòng)力模式、純電動(dòng)力模式、油電混合模式，實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜工況的優(yōu)化匹配，實(shí)現(xiàn)不同工況下柴油動(dòng)力和電動(dòng)力之間的協(xié)調(diào)配合，減少拖輪的廢氣排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。2017年，公司研發(fā)的首艘油電混合動(dòng)力拖輪在上海港成功下水。
自動(dòng)化碼頭建設(shè)
自動(dòng)化碼頭是碼頭機(jī)械遠(yuǎn)程自動(dòng)化的概念，并不是沒有人操作，而是操作人員在后臺(tái)遠(yuǎn)程操控各種機(jī)械設(shè)備。我國(guó)現(xiàn)已建成廈門港遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭、上海港洋山四期自動(dòng)化碼頭、青島港集裝箱全自動(dòng)化碼頭3個(gè)自動(dòng)化碼頭。
洋山四期自動(dòng)化碼頭自2014年12月開始建設(shè)，到2017年12月10號(hào)開港試生產(chǎn)，歷時(shí)3年建成陸域223萬(wàn)平方米、集裝箱碼頭岸線2350米，可布置7個(gè)大型集裝箱深水泊位，設(shè)計(jì)年吞吐能力初期為400萬(wàn)標(biāo)箱，遠(yuǎn)期為630萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱。截至2019年3月，洋山四期擁有16臺(tái)橋吊、80臺(tái)軌道吊、88臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(AGV)，每小時(shí)可作業(yè)25個(gè)集裝箱。
洋山四期自動(dòng)化碼頭在建設(shè)上應(yīng)用了遠(yuǎn)程操控橋吊、全自動(dòng)軌道吊、全電驅(qū)動(dòng)AGV、智能調(diào)度系統(tǒng)、第二代港口船舶岸基供電、節(jié)能新光源和太陽(yáng)能輔助供熱等先進(jìn)技術(shù)。先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用使得洋山四期碼頭在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)等方面相對(duì)于傳統(tǒng)集裝箱碼頭具有更突出的優(yōu)勢(shì)，也為建成零排放的綠色碼頭奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。據(jù)有關(guān)部門2018年6月披露的數(shù)據(jù)，洋山四期的裝卸生產(chǎn)設(shè)計(jì)可比能源綜合單耗僅為1.58噸標(biāo)煤/萬(wàn)噸吞吐量，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
通過上述節(jié)能減排技術(shù)在港口的推廣應(yīng)用和自動(dòng)化碼頭的建設(shè)，上海港在減少空氣污染和降低能源消耗上已取得了積極的成效。2018年對(duì)“上港集團(tuán)創(chuàng)建綠色港口三年行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目驗(yàn)收的結(jié)果顯示，總節(jié)能量約9.1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、代替燃料量近4000噸標(biāo)準(zhǔn)油、碳減排放量達(dá)13.2萬(wàn)噸。
本文由港口網(wǎng)www.radiationrelations.com特約
上海海事大學(xué)黃成、高潔獨(dú)家提供
參考文獻(xiàn)
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