运输业务与管理研究
运输业务与管理研究17(2015)73–82
减少港口地区船只的GHG排放
Hulda Winnes，琳达·斯蒂赫，埃里克·弗里德尔
IVL瑞典环境研究所，瑞典哥德堡44，41133
文章历史:
2015年4月9日接收
2015年10月6日修回
2015年10月19日录用
2015年11月10日在线出版
关键词:能源 港口高效装运
温室气体排放案例研究
摘要：气候变化最近在航运部门受到更多关注。这主要是由于对减少全球排放的需求日益增长，以及航运是温室气体(GHG)排放量增长最快的部门之一。与此同时，港口已开始引入解决这些排放的方案和政策。这项研究旨在量化港口实施的努力可能减少的GHG船舶排放。在一个模型的基础上，计算了各港口在不同情况下船舶的GHG排放量，针对不同类型的船舶和港口地区的部分地区调查了不同种类的减排措施。对船舶向哥德堡港的运输进行了案例研究。对2030年港区船舶排放进行了预测，提出并分析了三种情景，1：替代燃料；2：改良船舶设计；3：改进操作模式 。这些场景与业务照常发展相关。在“一切照旧(BAU)”的情况下，GHG港口船只的排放量预计到2030年将增加40%。最高的减排效益出现在“运行”情景中，GHG的排放量比BAU低10%。
1.背景
国际航运约占全球人为温室气体(GHG)排放量的2.4%，其份额有望在未来增加(国际海事组织，2014年)。航运产生的温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和二氮氧化物(N2O)，其中CO2占全球变暖潜力的主导地位。此外，船只还会排放其他对气候有影响的气体，如具有潜在温室效应的炭和具有冷却效果的硫酸盐颗粒。哥本哈根气候变化会议(气候公约，2009年)中商定的将全球平均温度保持在2℃以下的目标越来越难以实现，因为全球行动缓慢，所有温室气体排放部门都需要在几十年内高度脱碳。为了减少燃料使用，能源效率措施很重要，但只有用可再生燃料替代化石燃料，才能显著减少GHG的排放量。能源效率可以通过服务的效益或性能与能源输入之间的关系来确定。通过这种认识，有一些措施可以减少服务的GHG排放，但不一定会提高能源效率。从化石燃料转变为可再生燃料就是一个例子，因为能量输入量不一定会随着燃料转换而改变。化石燃料长期储存大气中的碳。燃料中的碳氢化合物来自可再生能源来源、生物燃料、短期储存碳以及来源于这些来源的CO2不会影响大气中CO2的长期积累。在本文中，术语“GHG还原措施”用于描述能源效率措施和化石CO2被生物源CO2替代的措施。
国际航运对环境的影响传统上并不关注气候变化。根据吉尔伯特和鲍斯(2012)的说法，原因是更明显的局部污染物，如氮和硫氧化物；《京都议定书》之下的国家清单遗漏了航运；它在全球化中的重要性；以及它作为能源效率最高的交通方式的声誉。相反，讨论的主要议题是，例如，防污漆中毒素的使用、压载水和污垢释放非本土物种、噪音以及燃烧气体和颗粒向空气中的排放。然而，气候变化的问题在航运部门得到了越来越多的关注(吉布斯，里格特-穆勒，曼根和拉瓦尼，2014)。这方面的一个重要原因是，全球社会已经认识到减少全球排放的必要性，以及航运有望与航空业一起成为温室气体排放量增长最快的行业之一(吉尔伯特、鲍斯和斯塔基，2010年)。
近年来，为了减少燃料消耗，人们尝试减少船舶运营时速，而且由于较慢的运营速度，运输过程的二氧化碳排放量确实大幅减少。然而，世界平均速度首先取决于运费和燃油价格(Faber、Nelissen、Hon、Wang和Tsimplis，2012年；Smith，2012)。因此，存在当经济繁荣时期船舶航速再次上升的风险，此时，运输时的排放会增加。同时，还注重改进船舶设计，例如国际海事组织(海事组织)制定的能源效率设计指数(EEDI)。
直到最近，港口才开始引入解决温室气体排放的具体方案和政策(吉布斯等人。，2014年)。这些方案很重要，因为很大一部分船舶排放的二氧化碳来自船舶停留在港口的时间。据估计，停泊船只的排放量大约是港口自身作业的十倍，减少港口船只的GHG排放量比陆地港口活动的潜力更大(Habibi amp; Rehmatulla，2009年)。Villalba和Gemechu (2011年)计算了巴塞罗纳港的排放量，发现港口地区GHG的排放量来自船只和陆上活动的等量排放。吉布斯等人。(2014年)还考虑了内陆交通的影响，发现其排放量大大低于航运，但高于港口运营的排放量。港口应对来访船只的二氧化碳排放有几个理由。主要原因是减少二氧化碳排放对气候影响的预期好处。船舶停靠期间使用较少燃料的积极副作用是减少氮氧化物、二氧化硫和颗粒物的排放，这些都会造成健康风险，并可能对港口城市的空气质量产生显著影响。这些争论在很大程度上是由港口城市在环境标准上的政治目标驱动的。一个城市实现政治气候目标的努力可以分配给该城市管辖范围内的不同活动，就像哥德堡市所做的那样。私人港口可能不会被政治目标驱动到同样的程度。然而，对所有港口来说，重要的是作为一个积极主动的绿色港口，其存在的潜在营销优势。
港口当局可以从系统和技术以及实施激励方案等角度来影响船舶的GHG排放，从而促进港口地区的燃料节约(Acciaro，Ghiara和Cusano，2014)。例如，港口可以提供替代燃料和以及岸电连接，并对不同环保标准的船只征收不同水平的港口费。有几个港口倡议的例子鼓励航运公司以较低的GHG排放量运营其船只，例如长堤港和洛杉矶港的船只减速方案、温哥华港的生态行动方案和蓝圈奖，以及在世界港气候倡议范围内降低港口费用。
这项研究旨在量化船舶向空气排放温室气体的潜在减少量。仅考虑港口区域内的减排。开发了一个计算港口船舶排放量和潜在减排措施效果的模型。该模型适用于特定港口如何减少船舶GHG排放的情景分析。在这项工作中，瑞典西海岸的哥德堡港被用作案例研究。用于分析的数据包括港口停靠统计数据和单艘船舶的技术数据。该模型区分船舶类型和船舶大小，以及五种运行模式。计算中包括的措施是从燃料油过渡到天然气和甲醇等其他燃料；增加停泊船只使用岸上电源的可能性；为提高船舶运行的燃油效率，重新说明航道和各种措施。这些措施分为三类:替代燃料、船舶设计和运营。该模型要求评估针对不同船舶类型和船舶大小实施某种措施的可能性。场景由针对不同部分实施程度不同的措施组合而成。
许多研究已经关注了港口温室气体的排放。戈尔茨沃西和戈尔茨沃西(2015年)已经制作了一个模型，该模型使用人工智能数据来描述船舶运动和运行模式，能够在包含众多港口的广阔区域内提供船舶发动机废气排放的综合分析，并将其应用于澳大利亚海岸和澳大利亚港口。Tichavska和Tovar (2015年)使用了AIS数据和蒸汽排放模型(见Jalkanen et al., 2009)
例如Jalkanen等人。计算拉斯帕尔马斯港游船和渡船的排放量。张、宋和卢武铉(2013)计算了韩国仁川港的船舶排放量，并将自下而上的方法和自上而下的方法进行了比较，发现了很大的差异。林德(2010年)和默克(2014年)讨论了影响港口GHG排放的不同政策选择。
2.潜在的GHG减少方式
海运通常被认为是一种高能效的运输方式。行业不断采取进一步改进的激励措施，尽管经验研究表明，由于能源效率障碍的存在，有一些成本效益高的措施并不总是能够实施(例如约翰逊、约翰逊和安德森，2014年；雷马图拉amp;史密斯，2015)。这些障碍是阻碍对能源效率和经济效率技术投资的机制(索雷尔、欧玛利、思乐和斯科特，2004年)。障碍的例子涉及阻碍实施的租赁合同类型、缺乏关于成本和节约的可靠信息以及缺乏对运营的直接控制(Rehmatulla amp; Smith，2015)。规划周期短、投资新技术和工作方法带来的财务风险、不影响高效设备投资的船只二手价值、建造船只时缺乏生命周期方法以及交易成本都是障碍的进一步例子(Styhre amp; Winnes，2013)。
2.1代用燃料
燃料从化石燃料向生物燃料的转移在转运行业远未实现。在航运方面，液化天然气和甲醇的使用增加，为低碳船舶运输提供了潜在的桥梁(本特森、弗里德尔和安德森，2012年)。液化天然气也越来越多地被液化天然气运输船以外的船只用作海上燃料。该技术解决方案通常包括双燃料发动机，该发动机可以使用液化天然气或燃油运行，并且在使用液化天然气时总是使用少量燃油点火。定期服务船舶和已建立液化天然气基础设施的地区的船舶将更容易采用液化天然气作为燃料。从海水燃料石油向液化天然气的转变导致氮氧化物、二氧化硫和颗粒物的排放量显著减少。二氧化碳排放量比燃油低约25%，但二氧化碳当量的总排放量不一定有利于液化天然气作为海水燃料，因为有百分之几的燃料甲烷在燃烧过程中未燃烧(本特森、安德森和弗里德尔，2011年)。甲烷是一种强有力的GHG；从20年的角度来看，比二氧化碳强72倍，从100年的角度来看，比二氧化碳强25倍(福斯特等人。，2007年)。两个时间层的差异是由于甲烷和二氧化碳在大气中的停留时间和反应性不同。
甲醇是另一种类似液化天然气的燃料，可用于船用双燃料发动机。甲醇处于市场推出的早期阶段，但全面测试已经开始:瑞典船东斯坦纳公司逐渐将RoPax渡轮斯坦纳号上的所有传统发动机替换为甲醇发动机。甲醇比液化天然气更容易储存和分配，因为它在室温下是液体。甲醇的生产和燃烧在100年的时间范围内比液化天然气燃料产生更低的二氧化碳当量(单位燃料能量)，但在20年的时间范围内比液化天然气表现更差。从生命周期的角度来看，每燃烧一单位甲醇的全球变暖总潜力与传统海上燃料非常相似(布林诺夫、弗里德尔和安德森，2014年)。
通过用可再生燃料替代化石燃料，可以大幅减少船用发动机的温室气体排放。然而，运输部门的生物燃料供应有限。根据国际能源机构的统计，
2012年，世界上用于工业目的的生物气体和液体生物燃料总产量约为7 200万吨石油当量(MTOE)(国际能源机构，2014年)。其中，3.4%用作运输部门的燃料。同年，国际航运的石油消耗量估计为2.57亿吨(国际海事组织，2014年)。通过与化石燃料混合，也可以将生物燃料引入市场。
在泊位连接岸电是一个选项，可以显著减少港口辅助发动机排放至当地空气污染物。减少温室气体排放的潜力很大，但其效益取决于电力来源。使用例如风力或水力发电将大大减少GHG排放量，而使用煤电可能会产生比船上发电更高的排放量。港口和船东/运营商共同决定对运营服务解决方案的投资。这主要是由于双方的高资本成本。拥有定期服务船舶的船东仍可能从这些投资中获得长期金融利益，这取决于电力和燃料价格以及潜在的谈判港口退税。
2.2设计相关的安全措施
船舶设计过程包括不同设计参数要求之间的不断权衡。高环境性能通常与额外成本相关，新的绿色技术通常被淘汰。气候气体的排放不一定是环境和成本之间相同权衡的一部分。节约燃料是降低运营成本和温室气体排放的有效措施。船舶设计者长期以来一直致力于提供高效的能源设计，在高油价时期，经济刺激变得更加明显。通过设计措施减少船舶二氧化碳排放的潜力估计高达50%(国际海事组织，2009年)。只有当船只设计为相对较低的速度，然后根据设计规范运行时，才能实现这一巨大潜力(国际海事组织，2009年)。
有利于和吸引现代和GHG高效设计船舶的港口激励计划可能会产生一些效果。然而，作者并不知道任何旨在改进船舶设计的方案，大的影响更有可能是国际规则造成的，而不是个别港口方案造成的。一项新的国际能效设计法规于2011年生效。根据国际海事组织海洋环境保护委员会的决定，从2013年1月1日起，所有新船都必须报告“能源效率设计指数”(EEDI)。该指数给出了一个船舶每单位运输工作的CO2估计排放量(即CO2/载重吨*海里)。该指数是以包括安装的发动机功率和设计速度下的预期功率作为参数的函数来计算的。对于每种类型的船舶，已经计算出一条参考线，该参考线与2009年现有船舶的EEDI对应，作为船舶尺寸的函数。不允许新建船只的EEDI高于基准线。监管分三步收紧，第一步是2015年，第二步是2020年，第三步是2025年。最近的研究表明，在2009年至2015年间，设计有了显著改善，而且在几种类型和尺寸的船舶上，其性能往往优于EEDI参考值(Faber、Hoen、Koopman、Nelissen和Ahdour，2015年)。然而，操作效率不同于设计效率。这是可以预期的，主要是因为EEDI不考虑浮动汇率，而是dwt的函数，而不是载货量的函数；这是对船舶设计的衡量，而不是运输工作。此外，在运行期间，用于计算EEDI的假设发动机功和实际发动机功可能存在差异，主要与船舶速度有关。由于船舶的平均年龄约为22岁(贸发会议，2014年)，EEDI法规对排放的实际影响只会逐渐缓慢地发生。
如今，小型船舶有更大的潜力进行再优化。与大型船舶相比，其燃料消耗更低，因为历史上投入在小型船舶优化上的资源较少(国际海事组织，2009年)。对于5000总吨以上的所有类型的船舶，船体形状和超结构的优化可以被假定为减少15%的燃料消耗。5000总吨以下船舶的相应数字为20%(国际海事组织，2009年)。这些减排潜力仅适用于个别船舶的排放。就绝对数量而言，大型船舶二氧化碳排放量减少15%，可能比小型船舶排放量减少20%要大得多。船舶推进机械、辅助机械和外围系统的改进通常被认为是最佳的，这样二氧化碳排放量减少了15%。这意味着超出EEDI要求的潜在削减原则上只适用于小型船舶。
航运的显著规模经济意味着边际成本随着运输量的增加而降低。因此
英语原文共 10 页
资料编号：[5155]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
