港口大氣污染的主要來源之一是燃油設備排放的廢氣，因此減少港區柴油消耗，使用清潔能源和推廣應用綠色裝備，能夠有效降低能源消耗和污染物排放，實現港口節能減排。上海港在建設綠色港口的過程中，不斷將綠色裝備和先進技術應用在港口生產經營活動中，使港口老舊裝備得到更新和改造。
上海港的節能減排技術
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。傳統的集卡通常以柴油發動機為動力，在使用過程中會產生大量廢氣，造成港口周邊空氣環境的污染。而LNG動力汽車與柴油動力汽車相比，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集卡還可明顯節省成本，如表1所示，使用LNG集卡每TEU能耗成本可以節省2.091元，碳排放量減少0.157kg。
表1 柴油集卡與LNG集卡的數據對比
資料來源：文獻[3]
2013年，上港集團下屬港區共有150輛LNG集卡，在2014年更新了50輛集卡為LNG集卡，2015年更新了301輛集卡，2016年更新了313輛集卡，2017年，港區內場LNG動力集卡已推廣應用870臺，占比達72%。截止2018年底，集團內場集卡牽引車LNG應用比例達到90%。另外，上港集團還投資建設了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LNG集卡，此舉措大大推動了上海港清潔能源的應用，有效降低了使用柴油帶來的環境污染問題。
圖1 上港集團LNG集卡數量（2013-2017）
數據來源：上港集團可持續發展報告
2 輪胎式集裝箱起重機（RTG）節能減排改造
RTG是集裝箱主要裝卸設備，相對于傳統的柴油機發電方式，電網供電方式(油改電)和混合動力RTG是兩種有效的節能方法。
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RTG的高架滑觸線供電改造，共計節約48835.46噸柴油消耗，約節省成本4.12億元，減少二氧化碳排放15.55萬噸。在2016年實現對大多數RTG的油改電技術改造。
混合動力RTG
RTG混合動力由柴電機組和儲能單元（即鋰電池組或超級電容組）構成。根據上海振華重工所試制的混合動力RTG，主電源為大容量鋰電池，輔助電源為小功率柴電機組。在保持與普通RTG的起升速度與起重量不變的基礎上，鋰離子動力電池組容量為640VDC/200Ah/128kW·h，輔助柴電機組裝機功率為50kW，燃油節約了60%以上，在動力電池供電狀態下，RTG實現廢棄零排放。
在2015-2017年三年行動中，共有58臺RTG進行油電混合動力改造，并新購了8臺油電混合動力的輪胎吊。截至2017年底，上港集團混合動力RTG的比例達到75%。
RTG能量回饋系統
RTG能源回饋系統是對在RTG起升機構下降過程中和制動時的能量進行回收利用。上海港基于能量回饋電網技術和PWM(脈沖寬度調制)整流技術的能量回饋裝置應用于RTG的節能改造，不僅實現了RTG節能降耗，也改善了高架滑觸線上的欠壓問題。2016年有47臺RTG完成改造，應用能量回饋系統。
通過對RTG應用清潔能源和起升機構集裝箱吊重降落時的位能性再生能量的回收，可以有效實現RTG的節能減排降耗。
3 LED綠色照明
傳統港口照明普遍采用高壓鈉燈，存在啟動慢、能耗大、溫升高、噪音大、可見光轉化效率低、使用壽命較短等缺點，LED燈的光效高、耗電低、工作壽命長、響應時間快的突出優點，適用于港口的照明。上海港于2017年LED綠色照明推廣應用項目完工，有利于港口的節能降耗工作。
4 港口船舶岸基供電
船舶停泊靠岸期間，所產生的污染排放給城市空氣環境質量改善帶來很大壓力。港口通過應用岸電技術，靠泊港口的船舶關閉船舶自備輔助發電機，轉而使用港口方提供的電力，向主要船載系統供電，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。據測算，插入岸基電源，能使船舶每次靠港減少高達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，上海吳淞國際郵輪港1號泊位岸基供電項目建成投運，這是亞洲首套、世界最大郵輪變頻岸電系統；2017年底，已建成岸電設備9臺套，其中冠東2臺套、洋山四期3臺套、國客2臺套、吳淞口郵輪港2臺套。截至2018年2月，上海港已建成規模以上岸基供電設備20臺套，覆蓋26個港口泊位，其中集裝箱泊位7個、郵輪泊位2個、電廠散貨泊位4個、修船泊位6個、通用碼頭6個、工程泊位1個。根據《交通運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、3千噸級以上客運和5萬噸級以上干散貨專業化泊位具備向船舶供應岸電的能力。
5 拖輪節能
港口的生產作業離不開拖輪。對于船舶而言停靠、離開都必須要借助拖輪才能進行。對于進港、出港的船只而言，在進港、出港的過程中都需要由拖輪進行輔助保護。傳統港作拖輪為柴油動力，因其特殊的工作性質導致其長時間處于低負荷狀態運轉，造成的能源浪費和污染排放不容忽視。
上海港復興船務公司牽頭承擔油電混合動力拖輪的研究工作，根據拖輪的不同工況，通過采用純柴油動力模式、純電動力模式、油電混合模式，實現多種復雜工況的優化匹配，實現不同工況下柴油動力和電動力之間的協調配合，減少拖輪的廢氣排放，實現節能環保的效果。2017年，公司研發的首艘油電混合動力拖輪在上海港成功下水。
自動化碼頭建設
自動化碼頭是碼頭機械遠程自動化的概念，并不是沒有人操作，而是操作人員在后臺遠程操控各種機械設備。我國現已建成廈門港遠海自動化碼頭、上海港洋山四期自動化碼頭、青島港集裝箱全自動化碼頭3個自動化碼頭。
洋山四期自動化碼頭自2014年12月開始建設，到2017年12月10號開港試生產，歷時3年建成陸域223萬平方米、集裝箱碼頭岸線2350米，可布置7個大型集裝箱深水泊位，設計年吞吐能力初期為400萬標箱，遠期為630萬標準箱。截至2019年3月，洋山四期擁有16臺橋吊、80臺軌道吊、88臺自動導引運輸車(AGV)，每小時可作業25個集裝箱。
洋山四期自動化碼頭在建設上應用了遠程操控橋吊、全自動軌道吊、全電驅動AGV、智能調度系統、第二代港口船舶岸基供電、節能新光源和太陽能輔助供熱等先進技術。先進技術的應用使得洋山四期碼頭在節能減排、環境保護等方面相對于傳統集裝箱碼頭具有更突出的優勢，也為建成零排放的綠色碼頭奠定堅實基礎。據有關部門2018年6月披露的數據，洋山四期的裝卸生產設計可比能源綜合單耗僅為1.58噸標煤/萬噸吞吐量，達到國內先進水平。
通過上述節能減排技術在港口的推廣應用和自動化碼頭的建設，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“上港集團創建綠色港口三年行動計劃”項目驗收的結果顯示，總節能量約9.1萬噸標準煤、代替燃料量近4000噸標準油、碳減排放量達13.2萬噸。
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上海海事大學黃成、高潔獨家提供
參考文獻
[1] 上海國際港務（集團）股份有限公司.上港集團環境可持續發展報告[R].上海，(2013-2018).
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[3] 李宗良.節能減排技術在港口RTG中的應用[J].中國水運，2016,16(7):97-98.
[4] 王赤風.人工智能的港口實踐[N].中國水運報，2019-03-07.
