潭仓-蔡梅普蒂韦集装箱码头设备的能源效率与碳排放评估

《International Journal of Sustainable Engineering》：Energy efficiency and carbon emissions assessment of container terminal equipment at Tan Cang – Cai Mep Thi Vai

港口能源效率与碳排放研究：以越南TCTT港口为例，通过实际运营数据发现场式卡车和RTG吊机贡献了75%的碳排放，试点替换柴油为LNG和升级吊机发动机分别降低24%和43%的排放。提出设备级减排策略和港口管理工具优化方案。

　　在当今全球环境问题日益突出的背景下，港口运营中的能源效率和碳排放控制已成为行业关注的焦点。随着国际社会对环境保护的重视不断加深，越来越多的国家和地区开始实施更为严格的环境法规，同时，港口周边社区对环境问题的公众批评也不断上升。特别是在发展中国家，由于港口基础设施和集装箱码头操作的碳排放数据往往属于敏感和专有的范畴，因此相关研究相对较少。本研究以越南一个现代化的大型集装箱港口——Tan Cang – Cai Mep Thi Vai（TCTT）为案例，提供了实际的能源消耗和二氧化碳排放数据，填补了这一领域在发展中国家的研究空白。研究结果表明，该港口的主要温室气体排放来源是场内终端拖车和轮胎式轨道桥式起重机（RTG起重机），这两类设备共同贡献了终端总二氧化碳排放量的75%。为了改善能源效率，研究团队探讨了两种策略：将柴油动力拖车更换为液化天然气（LNG）动力设备，以及对RTG起重机进行现代化改造。这两种措施都显著降低了二氧化碳排放量。此外，本研究还探讨了可用于激励港口运营商采取环保措施的管理工具，以减少外部环境影响。

在港口运营中，能源效率管理已成为提升可持续性的关键环节。这一趋势不仅体现在欧洲港口管理局将降低能源消耗作为其第二重要的环境目标，而且也反映了全球港口行业对减少碳排放的普遍关注。例如，荷兰鹿特丹港投入超过1亿欧元用于岸电设施和碳捕集项目，目标是到2050年实现完全的气候中性；美国长滩港则通过“清洁卡车计划”大幅减少了柴油颗粒物排放。在亚洲，新加坡和上海等港口也通过推广低硫燃料和电气化设备取得了显著成效。这些案例表明，全球范围内的港口正在朝着低硫、节能和低排放的方向发展，受到国际法规如IMO《MARPOL附则VI》以及区域性排放控制区（ECAs）的推动。然而，在许多发展中国家，包括越南，绿色港口的实施仍面临技术、财务和管理方面的挑战。因此，本研究的动机在于通过提供越南主要港口的实际能源消耗和碳排放数据，为港口运营商提供可行的解决方案，同时支持政策制定者和管理者在可持续港口发展方面做出基于数据的决策。

在港口研究领域，大多数现有文献关注的是整个港口或船舶的排放情况，而对集装箱港口及其运营过程中的碳排放关注较少。本研究通过收集TCTT的实际运营数据，结合国际标准方法论，分析了集装箱港口的能源消耗和碳排放情况。TCTT作为越南最重要的集装箱吞吐港之一，其能源消耗和排放数据具有高度代表性。本研究采用的分析框架不仅限于估算总排放量，还进一步细化到具体设备，如RTG起重机、场内拖车等，以量化它们对总碳排放的贡献。这一方法有助于制定更具针对性的减排策略，而非依赖于笼统的港口层面估算。

港口是全球能源消耗的重要组成部分，其运营高度依赖于化石燃料，如柴油和电力。为了优化资源利用并减少能源消耗，提升整体能源效率成为当前港口发展的核心任务。在这一背景下，港口管理机构（PAs）的角色也发生了转变，从单纯的物流运营中心演变为港口社区管理者。这种转变使得终端运营商能够承担更多的日常运营职责，同时，港口管理机构需要在可持续性方面发挥更大的引导作用。通过建立更加完善的能源管理机制，港口能够实现对环境影响的有效控制，这不仅有助于提升其社会形象，还能减少对周边社区的负面影响。

本研究采用了三种主要的创新方法。首先，使用了真实的运营能源数据，而不是估算或模拟数据。这一做法确保了碳排放计算的准确性和可靠性。其次，对终端内各类设备的能源消耗进行了详细的分析，以确定其对总碳排放的具体贡献。这种方法采用自下而上的分析方式，使得减排措施能够更具针对性。第三，结合了在TCTT进行的两个实际试点项目，评估了替代能源和设备改进措施的实际效果。通过这种方式，研究不仅提供了准确的碳排放数据，还验证了所提出解决方案的有效性。

研究发现，TCTT在2024年的总集装箱吞吐量为191万标准箱（TEUs），占越南全国集装箱运输量的约17%。基于这一基准，研究计算了该港口的二氧化碳排放强度，即每TEU的碳排放量。结果显示，TCTT的年总二氧化碳排放量为13,053.5吨，每TEU的排放强度为6.83千克。这一数值与亚洲其他中型集装箱港口的排放强度相当，表明TCTT在环境表现上具有一定的竞争力。然而，由于柴油燃料的高消耗率，其对总碳排放的贡献远大于电力。因此，研究建议优先减少柴油的使用，以实现更显著的碳排放降低。

TCTT的碳排放结构如图1所示，其中场内拖车和RTG起重机共同贡献了总排放量的75%。这些设备的高能耗是导致碳排放居高不下的主要原因。此外，船舶装卸起重机（STS起重机）和冷藏集装箱（reefers）也是重要的排放源，分别贡献了14%和4%。尽管这些设备的排放量相对较低，但它们的排放量仍然值得关注，特别是在提高整体终端能源效率方面。

在降低排放的策略方面，本研究提出了两种具体措施。第一种是将柴油动力场内拖车替换为LNG动力设备。该试点项目在TCTT实施，使用了一台LNG动力拖车在真实运营条件下进行测试。测试结果显示，LNG动力拖车每小时可减少约24%的二氧化碳排放，这主要归因于LNG作为燃料的清洁性。然而，LNG燃烧过程中可能伴随甲烷泄漏，而甲烷的全球变暖潜能（GWP）远高于二氧化碳（约28–34倍）。因此，研究建议在推广LNG动力设备的同时，加强对甲烷泄漏的监测和控制，例如通过升级发动机或采用尾气后处理技术，以确保其长期的环境可持续性。

第二种策略是通过更换RTG起重机的发电机，以降低其柴油消耗。研究发现，TCTT的RTG起重机在运行过程中存在较大的能源浪费，其中一些设备的发电机功率远高于实际需求，导致不必要的燃料消耗。通过更换为更小功率的发电机，研究提出了两种替代方案。第一种方案是将发电机功率降低至450千瓦（550千瓦，15升排量），预计每小时可减少6.06升柴油消耗，从而实现约43%的二氧化碳减排。第二种方案则是将发电机功率进一步降至450千瓦以下（375–400千瓦，13升排量），每小时柴油消耗量降至13–14升，预计可实现53%的二氧化碳减排。然而，第二种方案在实施过程中面临较高的技术难度，因为它需要对起重机的电子系统进行重新编程。因此，研究最终选择了第一种方案，即更换为较小功率的发电机，并预计每台设备每年可节省约4.1万欧元的运营成本。

在经济和操作层面，这两种策略均显示出良好的可行性。LNG动力拖车的更换虽然需要较高的初始投资，但其带来的减排效益和运营成本节约可以有效抵消这部分支出。对于RTG起重机的发电机更换，虽然每台设备的更换成本约为9万欧元，但其回收周期仅需约2.2年，这表明该方案在经济上具有较强的吸引力。此外，研究还指出，其他港口正在探索更为先进的替代能源方案，如将RTG起重机的发动机更换为电动或混合动力系统，这将进一步降低碳排放，同时减少氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SO2）的排放。然而，这些更先进的技术往往伴随着更高的投资成本，因此需要在成本效益和环境效益之间进行权衡。

本研究不仅提供了关于港口碳排放的实证数据，还提出了适用于不同港口的分析框架。该框架通过识别主要能源消耗设备，将其实际运营数据转换为标准化的能源单位，并结合国际认可的二氧化碳排放系数，为港口提供了科学的减排评估方法。这一方法论具有高度的通用性，可以适用于不同国家和地区的港口，只需根据当地的能源结构和设备效率进行调整即可。例如，中国和韩国的港口在设备配置上与TCTT相似，因此可以采用相同的分析方法，只需结合当地的能源数据。而在美国等发达国家，由于已建立了完善的数字能源监测系统，该框架可以与现有的能源管理系统相结合，以实现对港口环境绩效的实时评估。

本研究的结论表明，通过提高港口设备的能源效率和采用清洁能源，可以显著降低碳排放。同时，这一研究也为港口管理者和政策制定者提供了可行的减排策略。未来，随着技术的进步和政策的支持，更多港口将能够借鉴TCTT的经验，实施类似的绿色转型措施。此外，研究还强调了数据驱动决策的重要性，指出基于实际能源消耗数据的分析框架能够为港口提供更精确的减排评估，从而支持更加科学和可持续的运营策略。

总之，本研究通过实证分析和试点项目，揭示了集装箱港口在碳排放方面的关键来源，并提出了有效的减排策略。这些策略不仅适用于越南的港口，也为其他发展中国家和地区的港口提供了可借鉴的经验。在全球向低碳经济转型的背景下，港口行业需要不断探索新的技术和管理手段，以实现可持续发展。本研究的成果为这一转型提供了重要的理论和实践支持，有助于推动港口在全球环境治理中的积极作用。