港口大气污染的主要来源之一是燃油设备排放的废气，因此减少港区柴油消耗，使用清洁能源和推广应用绿色装备，能够有效降低能源消耗和污染物排放，实现港口节能减排。上海港在建设绿色港口的过程中，不断将绿色装备和先进技术应用在港口生产经营活动中，使港口老旧装备得到更新和改造。
上海港的节能减排技术
1 LNG码头牵引车
集装箱拖车是造成港口排放污染的重要来源之一。传统的集卡通常以柴油发动机为动力，在使用过程中会产生大量废气，造成港口周边空气环境的污染。而LNG动力汽车与柴油动力汽车相比，可减少93%的碳排放、33%的氮氧化物和50%的活性烃气的排放量。而且LNG集卡还可明显节省成本，如表1所示，使用LNG集卡每TEU能耗成本可以节省2.091元，碳排放量减少0.157kg。
表1 柴油集卡与LNG集卡的数据对比
资料来源：文献[3]
2013年，上港集团下属港区共有150辆LNG集卡，在2014年更新了50辆集卡为LNG集卡，2015年更新了301辆集卡，2016年更新了313辆集卡，2017年，港区内场LNG动力集卡已推广应用870台，占比达72%。截止2018年底，集团内场集卡牵引车LNG应用比例达到90%。另外，上港集团还投资建设了7座LNG加气站，以保证港口码头的天然气需求。将燃油集卡不断更新为LNG集卡，此举措大大推动了上海港清洁能源的应用，有效降低了使用柴油带来的环境污染问题。
图1 上港集团LNG集卡数量（2013-2017）
数据来源：上港集团可持续发展报告
2 轮胎式集装箱起重机（RTG）节能减排改造
RTG是集装箱主要装卸设备，相对于传统的柴油机发电方式，电网供电方式(油改电)和混合动力RTG是两种有效的节能方法。
RTG油改电
比较可行的RTG油改电方法有三种，分别为电缆卷筒供电、低架滑触线供电及高架滑触线供电。上海港RTG油改电，使用的是高架滑触线供电，从2007年至2013年末完成了241台RTG的高架滑触线供电改造，共计节约48835.46吨柴油消耗，约节省成本4.12亿元，减少二氧化碳排放15.55万吨。在2016年实现对大多数RTG的油改电技术改造。
混合动力RTG
RTG混合动力由柴电机组和储能单元（即锂电池组或超级电容组）构成。根据上海振华重工所试制的混合动力RTG，主电源为大容量锂电池，辅助电源为小功率柴电机组。在保持与普通RTG的起升速度与起重量不变的基础上，锂离子动力电池组容量为640VDC/200Ah/128kW·h，辅助柴电机组装机功率为50kW，燃油节约了60%以上，在动力电池供电状态下，RTG实现废弃零排放。
在2015-2017年三年行动中，共有58台RTG进行油电混合动力改造，并新购了8台油电混合动力的轮胎吊。截至2017年底，上港集团混合动力RTG的比例达到75%。
RTG能量回馈系统
RTG能源回馈系统是对在RTG起升机构下降过程中和制动时的能量进行回收利用。上海港基于能量回馈电网技术和PWM(脉冲宽度调制)整流技术的能量回馈装置应用于RTG的节能改造，不仅实现了RTG节能降耗，也改善了高架滑触线上的欠压问题。2016年有47台RTG完成改造，应用能量回馈系统。
通过对RTG应用清洁能源和起升机构集装箱吊重降落时的位能性再生能量的回收，可以有效实现RTG的节能减排降耗。
3 LED绿色照明
传统港口照明普遍采用高压钠灯，存在启动慢、能耗大、温升高、噪音大、可见光转化效率低、使用寿命较短等缺点，LED灯的光效高、耗电低、工作寿命长、响应时间快的突出优点，适用于港口的照明。上海港于2017年LED绿色照明推广应用项目完工，有利于港口的节能降耗工作。
4 港口船舶岸基供电
船舶停泊靠岸期间，所产生的污染排放给城市空气环境质量改善带来很大压力。港口通过应用岸电技术，靠泊港口的船舶关闭船舶自备辅助发电机，转而使用港口方提供的电力，向主要船载系统供电，由此控制柴油颗粒物、氮氧化物、硫氧化物的排放量和噪音污染。据测算，插入岸基电源，能使船舶每次靠港减少高达95%的柴油颗粒物、氮氧化物、硫氧化物的排放量，具有明显的减排效果。
2016年，上海吴淞国际邮轮港1号泊位岸基供电项目建成投运，这是亚洲首套、世界最大邮轮变频岸电系统；2017年底，已建成岸电设备9台套，其中冠东2台套、洋山四期3台套、国客2台套、吴淞口邮轮港2台套。截至2018年2月，上海港已建成规模以上岸基供电设备20台套，覆盖26个港口泊位，其中集装箱泊位7个、邮轮泊位2个、电厂散货泊位4个、修船泊位6个、通用码头6个、工程泊位1个。根据《交通运输部港口岸电布局方案》要求，到2020年底前，上海50%以上已建的集装箱、客滚、邮轮、3千吨级以上客运和5万吨级以上干散货专业化泊位具备向船舶供应岸电的能力。
5 拖轮节能
港口的生产作业离不开拖轮。对于船舶而言停靠、离开都必须要借助拖轮才能进行。对于进港、出港的船只而言，在进港、出港的过程中都需要由拖轮进行辅助保护。传统港作拖轮为柴油动力，因其特殊的工作性质导致其长时间处于低负荷状态运转，造成的能源浪费和污染排放不容忽视。
上海港复兴船务公司牵头承担油电混合动力拖轮的研究工作，根据拖轮的不同工况，通过采用纯柴油动力模式、纯电动力模式、油电混合模式，实现多种复杂工况的优化匹配，实现不同工况下柴油动力和电动力之间的协调配合，减少拖轮的废气排放，实现节能环保的效果。2017年，公司研发的首艘油电混合动力拖轮在上海港成功下水。
自动化码头建设
自动化码头是码头机械远程自动化的概念，并不是没有人操作，而是操作人员在后台远程操控各种机械设备。我国现已建成厦门港远海自动化码头、上海港洋山四期自动化码头、青岛港集装箱全自动化码头3个自动化码头。
洋山四期自动化码头自2014年12月开始建设，到2017年12月10号开港试生产，历时3年建成陆域223万平方米、集装箱码头岸线2350米，可布置7个大型集装箱深水泊位，设计年吞吐能力初期为400万标箱，远期为630万标准箱。截至2019年3月，洋山四期拥有16台桥吊、80台轨道吊、88台自动导引运输车(AGV)，每小时可作业25个集装箱。
洋山四期自动化码头在建设上应用了远程操控桥吊、全自动轨道吊、全电驱动AGV、智能调度系统、第二代港口船舶岸基供电、节能新光源和太阳能辅助供热等先进技术。先进技术的应用使得洋山四期码头在节能减排、环境保护等方面相对于传统集装箱码头具有更突出的优势，也为建成零排放的绿色码头奠定坚实基础。据有关部门2018年6月披露的数据，洋山四期的装卸生产设计可比能源综合单耗仅为1.58吨标煤/万吨吞吐量，达到国内先进水平。
通过上述节能减排技术在港口的推广应用和自动化码头的建设，上海港在减少空气污染和降低能源消耗上已取得了积极的成效。2018年对“上港集团创建绿色港口三年行动计划”项目验收的结果显示，总节能量约9.1万吨标准煤、代替燃料量近4000吨标准油、碳减排放量达13.2万吨。
本文由港口网www.chinaports.com特约
上海海事大学黄成、高洁独家提供
参考文献
[1] 上海国际港务（集团）股份有限公司.上港集团环境可持续发展报告[R].上海，(2013-2018).
[2] 刘勇.浅谈LED照明在港口的应用[J].机电信息，2015,(9):55-56.
[3] 李宗良.节能减排技术在港口RTG中的应用[J].中国水运，2016,16(7):97-98.
[4] 王赤风.人工智能的港口实践[N].中国水运报，2019-03-07.
