彭传圣：电动轮胎式集装箱门式起重机与节能减排

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1、 1电动轮胎式集装箱门式起重机与节能减排 电动轮胎式集装箱门式起重机与节能减排 彭传圣 我国集装箱码头大量使用轮胎式集装箱门式起重机作为堆场作业设备， 设计、 制造技术成熟，使用维护经验丰富。2006 年始，随着国际油价不断飙升，港口企业出于降低燃料消耗成本、提高企业经济效益的初衷，主动开始对轮胎式集装箱门式起重机进行“油改电”改造， 利用电力驱动方式取代通常的柴油发电机组驱动方式， 动力来源由全部消耗柴油改成主要消耗电力取得。 “油改电” 的经济效益与港口所在地的油价和电价密切相关， 节能效果也因为改造方式、码头生产组织方式以及衡量指标口径的不同而有较大差异， 目前尽管油价有所下降， 但是能

2、源紧缺、环境恶化、CO2减排国际压力增大已成为我国长期面临的制约经济发展和社会进步的重要因素。本文以我国一个沿海港口大型集装箱码头为对象（下称对象码头），根据其实施“油改电”改造工程后连续 12 个月的实际统计数据，分析“油改电”的经济效益和节能减排效果。 1 1 “油改电”方式 “油改电”方式 对象码头选择采用低架滑触线方式， 对 20 个堆场以及 24 台轮胎式集装箱门式起重机进行了“油改电”改造，总投入 2070 万元。因为以下原因该码头仍然保留数台轮胎式集装箱门式起重机未进行改造： 每个堆场能够容纳电动轮胎式集装箱门式起重机的数量受电力容量限制， 常规轮胎式集装箱门式起重机的存在，可以

3、为在特殊情况下，增加堆场作业设备数量、提高堆场作业效率提供条件； 在部分堆场供电设备故障或者停电检修时， 应用常规轮胎式集装箱门式起重机， 可以减少或避免堆场作业对码头生产的影响； 在发生事故停电等突发事件的情况下， 应用常规轮胎式集装箱门式起重机进行必要的堆场作业，可以减少或避免堆场作业对集疏运的影响。 此外， 与常规轮胎式集装箱门式起重机相比较， 电动轮胎式集装箱门式起重机转场作业需要拔插电源插头，转换驱动方式，不利于提高作业效率。码头生产的主要目标之一是保证船舶正点准班运行，在码头生产过程中，为达到上述生产目标，电动轮胎式集装箱门式起重机仍可以根据安排采用柴油驱动。 2 2 经济效益 经

4、济效益 2对象码头的“油改电”项目完成于 2008 年底，其后连续 12 个月（下称本统计期）的生产统计数据如下： 堆场累计完成装卸集装箱拖挂车操作 1419158 次， 其中轮胎式集装箱门式起重机采用柴油驱动状态完成 861638 次， 采用电力驱动状态完成 557520 次， 根据堆场操作消耗的柴油和电力量，计算出： 采用柴油驱动状态作业，每自然箱操作量柴油消耗量为 1.28kg； 采用电力驱动状态作业，每自然箱操作量电力消耗量为 2.30kWh。 换算到每个标准箱操作量结果如下： 采用柴油驱动状态作业，每标准箱操作量柴油消耗量为 0.94kg； 采用电力驱动状态作业，每标准箱操作量电力消

5、耗量为 1.70kWh。 换算到码头吞吐量结果如下： 采用柴油驱动状态作业，每标准箱吞吐量柴油消耗量为 1.51kg； 采用电力驱动状态作业，每标准箱吞吐量电力消耗量为 2.73kWh。 对象码头最近几年使用电力的价格没有变化，但是从如图1所示的2000年1月2010年 4 月国际石油价格的变化情况可知，对象码头的“油改电”项目开始于国际油价大幅飙升的阶段，完成之时却正是最近几年国际油价的低谷时段。 依据当地电力价格以及本统计期油价逐月变化的情况（其时国际油价处于图 1 中阴影部分） 综合计算， 轮胎式集装箱门式起重机采用电力驱动方式与采用柴油驱动方式相比较， 每作业一个自然箱节省5.08元，

6、 每作业一个标准箱节省3.73元，对象码头本统计期节省堆场作业燃料成本 279.52 万元。 目前码头堆场轮胎式集装箱门式起重机采用电力驱动方式完成的操作量占总操作量的比例为 39.29%，如果考虑未来每年在此基础上增加 10%，直到增加到 75%之后稳定在 75%的水平上； 根据码头年通过能力潜力， 码头吞吐量未来 3 年每年在现有吞吐量基础上增长 10%,其后稳定在最高水平上；电力价格在现有价格基础上每年增长 5%；石油价格在现有价格基图 1 2000 年 1 月2010 年 4 月国际油价变化情0204060801001201402000 2001 2002 2003 2004 2005

7、 2006 2007 2008 2009 2010油价油价/$桶桶1年度月份年度月份3础上每年增长 10%；年通货膨胀率为 10%，则“油改电”项目投资回收期为 4.59 年，相对于2008 年中期油价高峰阶段，投资回收期延长。 3 3 节能减排效益 节能减排效益 轮胎式集装箱门式起重机“油改电”是港口企业出于减少燃料消耗成本、提高企业经济效益的初衷而兴起的，实际上也有利于节能减排。 3.1 节能效益 根据现行港口基本建设（技术改造）工程项目设计能源综合单耗评价JT/T491-2003的要求，电力和柴油折标准煤系数分别为 0.4040kgce/kWh（等价值）和 1.4571kgce/kg。对

8、象码头轮胎式集装箱门式起重机采用柴油驱动和电力驱动状态作业， 每自然箱操作量的能耗分别为 1.86kgce 和 0.93kgce，即采用电力驱动完成单位操作量能耗仅为电力驱动的一半。 对象码头统计期内节约能源量达到 520.07tce，效果相当显著。 3.2 减排效益 我国在“十一五”规划纲要中提出的节能减排约束性指标的减排指标是，到“十一五”末主要污染物（含化学需氧量 COD 和 SO2）排放总量减少 10%，这表明减排主要指的是污染物的排放。 常规轮胎式集装箱门式起重机的柴油驱动系统工作过程中， 柴油机将柴油喷入气缸，与空气混和燃烧，将蕴藏在柴油中化学能转化为机械能，同时排出残余的废气，废

9、气成分中包含着几种对人体和环境有害的物质， 其主要成分包括一氧化碳 （CO） 、 碳氢化合物 （HC） 、氮氧化合物（NOx）、二氧化硫（SO2）、碳烟颗粒物质、醛类物质等。 我国港口还没有形成排放统计分析体系， 对各类污染物的排放来源没有量化分析。 这方面发达国家港口走在前面，美国洛杉矶港委托专业机构对其港口排放进行技术分析，根据Starcrest Consulting Group, LLC2010 年 6 月完成的 The Port of Los Angeles Inventory of Air Emissions for Calendar Year 2009，2009 年洛杉矶港共有轮胎

10、式门式起重机 108台，占各类港口作业机械总数的 5.4%，其中 98 台轮胎式集装箱门式起重机，占轮胎式门式起重机总数的 91%，年平均工作时间 1069h，2009 年这些轮胎式门市起重机的排放如表 1 所示，表中 PM10 和 PM2.5 分别指直径小于 10 微米和 2.5 微米的可吸入颗粒物；DPM 指柴油机颗粒物。对洛杉矶港而言，由于大多集装箱码头采用的堆场作业工艺方式与我国不同，集装箱码头使用轮胎式集装箱门式起重机相对较少， 而且现有轮胎式集装箱门式起重机排放标准要求高， 轮胎式集装箱门式起重机的排放占全部港口货物作业机械排放的份额不大。 我国大型沿海集装箱港口轮胎式集装箱门式起

11、重机的排放占全部港口货物作业机械排放的份额应该比洛杉矶港大得多。 4表 1 2009 年洛杉矶港轮胎式门式起重机的排放量 港口设备 PM10 PM2.5 DPM NOx SOx CO HC 轮胎式门市起重机(t) 1.7 1.6 1.7 61 0.1 15.2 1.8 轮胎式集装箱门式起重机(t) 1.5 1.5 1.5 55.4 0.1 13.8 1.6 全部港口货物作业机械(t) 25.2 23.6 24.4 750.11.5 711.6 40 轮胎式集装箱门式起重机排 放份额(%) 6.12 6.15 6.32 7.38 6.05 1.94 4.08 我国港口通过 “油改电” 将轮胎式集

12、装箱门式起重机驱动系统动力来源由柴油改成电力，避免了堆场作业过程中柴油使用对港口所在区域的各种污染物排放， 能够有效减少港口货物作业机械对港口所在区域的各种污染物排放。 3.3 CO2的减排 近年来， 全球变暖已成为全世界最关心问题之一， 地球大气中温室气体的大量增加是造成全球变暖的原因，而温室气体的主要组成部分成分是 CO2，人类使用煤炭、石油、天然气等化石能源是产生大量 CO2的主要原因。为此，国际社会要求控制全球的 CO2排放总量，从而达到将全球气候变暖趋势控制在一定范围内的目的。根据世界银行公布的数据，2006 年我国 CO2排放总量已经达到 60.99 亿吨，开始超过美国，成为全球

13、CO2排放第一大国，因此，我国面临越来越多的 CO2减排的国际压力。 由于 CO2减排着眼于全球 CO2排放总量的减少，港口企业每消耗 1t 柴油，消耗过程中在港口所在地产生的直接的 CO2排放量为 3.206t， 总的 CO2排放量还应该计入石油开采、 提炼、运输、调配等过程中的 CO2排放量；港口企业每消耗 1kWh 电力，在港口所在地不产生直接CO2排放，但是如果电力是通过火电厂发出，则在我国需要消耗等价值的标准煤 0.404kg，直接产生 0.997kg 的 CO2排放 （同时产生 0.03kg 的 SO2、 0.272kg 的碳粉尘和 0.015kg 的 NOx） ，不过，根据统计，

14、2006 年我国发电总量 2.83 万亿 kWh，其中火电占 83.2%，水电占 14.7%，其余为核电、水电和风电等非化石燃料生产的电能，港口企业每消耗 1kWh 电力，则电力生产企业平均会在当地间接产生约 0.830kg 的 CO2排放量，总的 CO2排放量还应该计入发电燃料生产、调配、运输以及电力输送等过程中的 CO2排放量，特别还需要考虑电力输送过程中的损失电力的相应 CO2排放量。 目前由于统计数据缺失，实际上很难计算清楚对象码头“油改电”项目的 CO2减排量，但是可以计算出集装箱门式起重机采用柴油驱动方式作业， 每自然箱操作量消耗的柴油， 在当地直接产生的 CO2排放量约为 4.1

15、0kg；采用电力驱动方式作业，每自然箱操作量消耗的电量的生产，需要在发电企业所在区域间接产生的 CO2排放量约为 1.91kg。 5如果仅仅从国家统计的角度看，港口企业的 CO2排放量只需要计入港口生产消耗化石能源直接产生的 CO2排放量，对象码头“油改电”将轮胎式集装箱门式起重机的驱动方式由柴油改成电力，堆场作业过程中轮胎式集装箱门式起重机每用电力驱动方式作业一个自然箱，将减少 4.10kgCO2排放量，能源开发、生产、调配和运输过程产生的 CO2排放量分别由其它相关行业计入国家统计范畴；输送损失的能源相应的 CO2排放量通常也应计入到能源生产企业。 因此，从交通运输行业的角度看， “油改电

16、”也是缓解行业 CO2的减排压力的合理手段。 综上，尽管国际市场石油价格与高峰期相比较有较大的回落，企业“油改电”的动力有所下降， 但是从节能减排以及缓解行业 CO2减排压力的角度看， 推动现有码头进行 “油改电”技术改造或者新建集装箱码头采用电动集装箱门式起重机仍然是必要和合理的。（作者单位：交通运输部水运科学研究院） Electric-Driven RTG and Energy Saving and Emission ReductionElectric-Driven RTG and Energy Saving and Emission Reduction 彭传圣 100088 北京西土城路 8 号 交通运输部水运科学研究院 电话：010-62079825 手机：13681524188 Email：