通往零排放港口的路线图 — — 以延邮港为例

零排放港口路线图——以洋浦港为例 作者:毛晓丽张伟伟 INTRODUCTION 港口是国际贸易的枢纽，船舶，货物装卸设备，卡车和机车全天候工作，将货物运送到最终目的地。由于所有这些活动都在消耗能源，港口也是排放热点，引起附近社区的公共卫生问题。因此，港口是减排工作以及低排放和零排放区试点计划的理想目标。例如，圣佩德罗湾港口综合体设定了温室气体(GHG)减排目标，与1990年的水平相比，到2030年为40%，到2050年为80% (洛杉矶港和长滩港，2017年)。奥斯陆港也做出了类似的承诺，其具体目标是到2030年将温室气体排放量比2017年的水平减少85％，并在长期内完全脱碳（奥斯陆港，。D.). 按20英尺当量单位（TEU）计算，中国拥有10个世界领先的集装箱港口中的7个，这些港口也以其运营绩效而著称（联合国贸易和发展会议，2021年；世界银行，2022年）。尽管中国的这些港口都没有宣布与圣佩德罗湾港口或圣佩德罗湾港口类似的气候雄心和环境绩效目标。 奥斯陆港口，许多人已经采取了脱碳的初步措施（中国水运研究院，2020年）。而脱碳措施可能需要逐步整合到一个更大的既定港口的发展计划中，它们可能会在快速发展的港口中迅速发生，例如海南的港口。在2020年被指定为海南自由贸易港之后，1洋浦港预计未来几年船舶运输量将大幅增加（Poon，2022）。在这一预期增长之前，洋浦港有机会制定一项战略，使其业务脱碳。 在此简报中，我们为洋浦港设计了到2050年脱碳的技术路线图。我们将“脱碳”定义为零-唤醒（WTW）二氧化碳当量（CO2e）排放，与联合国气候变化大会（Race to - Zero Zero Expert Peer Review Group，2022）。使用100年全球变暖潜势（CO2e100）和20年全球变暖潜势（CO2e20）作为比较，将温室气体排放量量化为CO2e。 方法 为了制定到2050年杨港脱碳的技术路线图，我们首先量化其现有排放量，将其作为基线，在一切照旧的情况下预测未来的排放量，然后在优先实施不同脱碳技术的情况下预测排放量。为了执行上述所有操作，我们参考了几个以前的ICCT研究： »我们使用全球在线港口排放清单工具（Mao & Meng，2023）量化了洋浦港2019年的港口排放清单。2我们将清单结果转换为基于100年和20年的二氧化碳排放量政府间气候变化专门委员会第六次评估报告（IPCC，2022）中的二氧化碳（GWP100和GWP20为1），甲烷（GWP100为29.8，GWP20为82.5）和一氧化二氮（GWP100和GWP20为273）的全球变暖潜能值。我们使用这些值作为排放基线。 »我们审查了港口设备脱碳措施的技术准备情况、温室气体减排潜力和成本观点 Meng，Sturrup和Zhang即将发表的ICCT论文。这为用于构建不同路线图场景的参数和假设提供了信息。 »我们参考了现有的ICCT关于脱碳技术和燃料选择的WTW CO2e减排潜力的研究，详见表1。 b我们假设当前船用燃料的基准CO2e100排放系数为91.7g/MJ（Comer，O'Malley，Osipova和Pavlenko，2022年），而由可再生电力生产并用于燃料电池的氢气的基准CO2e100排放系数为17g/MJ（Zhou，Zhang和Li，2022年），因此到2030年减少81.5％。到2050年，整个可再生燃料生产 c液化天然气仅指基于化石的类型。 d基于Comer＆Osipova（2021）和Comer等人（2022），并假设当今市场上性能最佳的液化天然气发动机具有2冲程发动机的最低甲烷泄漏。 e基于Mottschall，Kasten和Rodr í guez（2020），假设低甲烷排放发动机（高压直喷天然气发动机）。我们还假设货物装卸设备使用具有类似WTW CO2e排放因子的发动机。 排放量预测是将基线排放量与两种影响因素进行简单的乘法运算：增长因素和控制因素，它们驱动排放量向不同方向的变化。在以下各节中，我们介绍了这些因素在不同情景下的假设，讨论了结果，并最后提出了针对洋浦港的建议。 场景 我们设计了四个场景，代表了洋浦港的四个不同的技术路线图。在本节中，我们首先介绍货物吞吐量增长适用于所有情景的假设，然后讨论脱碳技术渗透假设与每个不同情景有关。表2列出了所有假设的摘要。 2019年，洋浦港的船舶、货物装卸设备和道路车辆在港口边界内总共排放了6.2万吨CO2e100，同时运送了5000万吨货物(Mao & Meg，2023年)。由于COVID大流行，2020年可能是不典型的运输年。因此，我们将2019年清单用于2020年基准排放量预测。虽然该港在被指定为海南自由贸易港后,决心提高货物吞吐量,但要永远保持高增速的可能性不大。为了估计增长，我们使用港口整个发展过程中历史货物的逻辑曲线。上海是中国最大的港口（中国港口协会，2021年），因为我们预计洋浦港也会有类似的增长。3图1所示的货物吞吐量增长率预测是唯一考虑的增长因素，是所有情景中的既定假设，因为我们预计任何脱碳行动都不会改变港口的经济发展计划。 宣布野心方案 截至2019年底，海南已为16个滚装客运（ro - pax）轮渡码头配备了岸电，同年用电量略高于200万千瓦时（中国交通运输部水运局，2020年）。根据洋浦港的排放清单（Mao＆Meg，2023年），这仅占2019年泊位船舶能源使用总量的7％。因为海南被列为国内排放控制区，这将强制要求岸电连接。 在未来几年中，我们预计将采用中国国旗的船舶将稳步增长。洋浦港2019年的排放清单显示，几乎所有港口设备都使用化石燃料(毛和孟，2023年)。《海南碳峰值行动计划》促进港口能源终端使用部门的电力，以及包括液化天然气（LNG）和氢气在内的新能源（海南省人民政府，2022年）。因此，我们假设在宣布的野心（AA）情景下，所有三个排放源组中LNG和氢气的渗透率呈温和增长趋势。中国已经为重型车辆设定了新能源汽车目标（到2025年为12％，到2030年为17％，到2035年为20％），我们将其用作AA假设，并每5年线性地将该比率提高5％。船用燃料的未来是不确定的，我们预计会有多种零排放燃料选择。 对于不同的血管段。4在这项研究中，我们参考了IHS Markit对两冲程机队的燃料混合预测，并将其用作我们的AA情景假设（洛杉矶和长滩港口，2017年），5正如我们预计到2050年访问洋浦港的大多数船只将是远洋船。机管局情景的假设如下: »到2050年，船舶的泊位能源消耗将完全被电力（70％）或零排放燃料（30％）取代。 »到2050年，60%的货物装卸设备能耗将被电力（30%）或液化天然气（30%）所取代。 »到2050年，60%的道路车辆目前的柴油能耗被电力(35%)、氢气(20%)或液化天然气(5%)所取代。 »公路车辆的电气化速度快于货物装卸设备。 »液化天然气在船舶和货物装卸设备中发挥着越来越大但适度的作用，而在公路车辆中的作用有限。 最终的控制因素与将在洋浦港使用的WTW CO2e电力排放有关，以符合我们对零排放港口的定义。我们预计2020年至2050年间海南可再生能源的使用比例。截至目前，海南电网结构中可再生能源占比处于全国平均水平32%（中国电力企业联合会，2022年）。以此为起点，我们假设到2050年，可再生能源的电网混合比例将逐渐增加到90%（清华大学气候变化与可持续发展研究所，2021年）。6 部分脱碳方案 在部分脱碳（PD）情景下，脱碳技术的渗透率通常比AA情景更高，速度更快。我们预计脱碳技术在港口控制设备中的渗透将更快，例如港口边界内使用的货物装卸设备，港口船只和公路车辆。例如，深圳港已将其货物装卸设备能耗的70％替换为电力，并在其2020 - 2025年五年规划（深圳市交通运输局，2022年）中计划了drayage卡车电气化。因此，我们的假设是，到2050年，洋浦港90％的货物装卸设备和所有公路车辆的能源消耗将使用某种形式的脱碳技术。此外，我们假设到2050年，可再生能源的电网组合将达到100%。在这种情况下,容器中的LNG吸收保持恒定在5%。对于货物装卸设备和公路车辆，我们假设与AA情景中相同的LNG渗透率。PD情景的假设如下：。 到2040年，船舶的泊位能耗将完全被电力（40％）或零排放燃料（60％）取代。 »到2050年，90%的货物装卸设备能耗将被电力(60%)或液化天然气(30%)所取代。 »到2050年，道路车辆的能源消耗将完全被电力（70％），氢气（25％）或液化天然气（5％）取代。 »道路车辆的电力渗透比货物装卸设备的电力渗透更快。 »LNG对船舶和公路车辆的作用有限。 完全脱碳方案 In the Full Decarbonization (FD) scenario, we assume a higher and more rapid penetration ofdecarbonization technologies than in the PD scenario and no reliance on LNG. We assume that the100% penetration of decarbonization technologies 货物装卸设备和公路车辆将比PD方案更早发生，电力优先于氢燃料电池。这是 因为可再生氢使用可再生电力作为生产输入，而转化过程将导致不可避免的能量损失。预计到2045年，可再生能源的电网组合百分比将达到100％，比PD情景早五年。除此之外，我们假设到2050年所有排放源的零排放技术渗透率达到100％，以便在2050年建立真正的零排放端口。FD情景的假设如下：。 »到2035年，船舶的泊位能源消耗将完全被零排放燃料取代。 »到2040年，道路车辆的能源消耗将完全被电力（10％）或氢气（90％）取代。»到2050年，港口排放量达到净零。»LNG在这一转变中不起作用。 LNG桥接方案 中国许多省份都强调了使用液化天然气来实现包括海洋部门在内的多个部门的脱碳目标。但是，由于甲烷排放，使用LNG通常会导致WTW CO2e排放量高于其替代的燃料（Pavleo等人。，2020年）。由于船舶通常具有较长的使用寿命，因此投资以液化天然气为燃料的船舶和基础设施可能会导致政府资产滞留。 重点是减少温室气体排放总量，包括甲烷，而不仅仅是二氧化碳(气候，2023年；Fricadet等人。，2022年）。为了评估使用液化天然气，特别是化石液化天然气作为桥接燃料以帮助中国航运业过渡到脱碳道路的有效性，我们开发了一种液化天然气桥接方案，该方案建立在当前航运业采用液化天然气的势头基础上。在这种情况下，液化天然气将在未来十年以更高的速度渗透，然后到2050年逐渐被其他脱碳技术取代。LNG情景的假设如下：。 »到2040年，船舶的泊位能耗将被电力（60％），液化天然气（25％）或零排放燃料（15％）取代。 »到2035年，液化天然气在货物装卸设备中的渗透率将达到70％的峰值，到2050年将缩减至50％。 »到2035年，道路车辆中的液化天然气渗透率将达到55％的峰值，并逐渐被电力取代，到2050年将达到10％的渗透率。 结果与讨论 随着海南作为经济特区的建立，包括洋浦港在内的海南自由贸易港的货物吞吐量有望增长。我们预计洋浦港的货物吞吐量将在2020年至2050年之间增长430%（表2）。如表3所示，根据目前的“宣布的野心”情景，该港口的气候影响将在2040年达到峰值，到2050年，WTW CO2e100排放量将达到2020年基准水平的近三倍。到2050年，AA方案不会使港口脱碳。 PD和FD方案提供了两个技术路线图，到2050年在港口部分或全部脱碳排放源。这些路线图虽然在最终目标上有所不同，但与AA情景相比，该港口的WTW CO2e100排放量达到峰值。PD情景有助于到2040年将WTWCO2e