陶學(xué)宗，吳 琴，尹傳忠

(上海海事大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，上海201306)

0 引言

中國(guó)是全球港口集裝箱吞吐量最大的國(guó)家，2016年全國(guó)規(guī)模以上港口集裝箱吞吐量達(dá)2.180億TEU，其中國(guó)際集裝箱吞吐量占比約74%(根據(jù)德魯里統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)算).目前，我國(guó)大多數(shù)港口的國(guó)際集裝箱內(nèi)陸段運(yùn)輸(Inland Transport of International Containers,ITIC)主要涉及道路運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸2種方式.前者因能實(shí)現(xiàn)“門到港”或“港到門”直達(dá)運(yùn)輸，且靈活、方便，故在ITIC中發(fā)揮了重要作用.然而，道路運(yùn)輸具有能耗強(qiáng)度高(為鐵路的8.414倍)、CO2排放量大(占交通行業(yè)70%以上)等問(wèn)題[1]，不利于港口城市的可持續(xù)發(fā)展和區(qū)域低碳交通體系建設(shè).而鐵路運(yùn)輸因需集卡短駁和換裝作業(yè)，不被托運(yùn)人青睞，故所占ITIC比重較低，比較優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮.在此背景下，國(guó)家主管部門和地方政府紛紛出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)鐵水聯(lián)運(yùn)發(fā)展，促進(jìn)部分ITIC由公路向鐵路轉(zhuǎn)移，以期緩解港口城市交通擁堵，減少能源消耗和CO2排放.為評(píng)估這些政策對(duì)區(qū)域交通CO2減排目標(biāo)的影響，亟需針對(duì)ITIC建立一套反映客觀現(xiàn)實(shí)、具有較強(qiáng)可操作性的CO2排放估算方法.

ITIC本質(zhì)上屬于運(yùn)輸通道上的集裝箱運(yùn)輸，其運(yùn)作模式有2種：道路運(yùn)輸和公鐵聯(lián)運(yùn).目前，國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者已對(duì)運(yùn)輸通道上集裝箱道路運(yùn)輸和公鐵聯(lián)運(yùn)的CO2排放估算問(wèn)題進(jìn)行了探索性研究(表1).從研究區(qū)域看，主要集中在北美、歐洲和亞洲.從估算方法看，主要采用“自下而上”法，又稱基于活動(dòng)的方法，即根據(jù)集裝箱運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量、能耗強(qiáng)度和排放系數(shù)等進(jìn)行估算，通常適用于缺乏燃料消耗量數(shù)據(jù)的情況.“自上而下”法又稱基于能源的方法，即根據(jù)集裝箱運(yùn)輸能源消耗量數(shù)據(jù)和相應(yīng)CO2排放系數(shù)進(jìn)行估算.若能獲取能源消耗量數(shù)據(jù)，通常采用“自上而下”法，其結(jié)果也更為可靠.否則，只能采用“自下而上”法，但具體估算模型可結(jié)合精度要求和數(shù)據(jù)可得性靈活設(shè)定，其結(jié)果可靠性與數(shù)據(jù)詳細(xì)程度有較大關(guān)系.由于集裝箱運(yùn)輸通道往往跨越多個(gè)行政區(qū)域，難以獲得能源消耗量數(shù)據(jù)，因此通常采用“自上而下”法.從研究視角看，文獻(xiàn)[2-8]均未考慮空箱調(diào)運(yùn)排放問(wèn)題，文獻(xiàn)[7-8]忽略了裝卸作業(yè)和短駁運(yùn)輸排放，文獻(xiàn)[4-6]忽略了能源生命周期排放，這將不同程度地低估公鐵聯(lián)運(yùn)的CO2排放量.

表1 道路貨運(yùn)和公鐵聯(lián)運(yùn)CO2排放估算相關(guān)研究綜述Table 1 Review on estimation of CO2emissions from road freight transportation and road-rail combined transportation

鑒于鐵路運(yùn)輸更為復(fù)雜(需集卡短駁和中轉(zhuǎn)換裝)，且貨物裝箱前的空箱調(diào)運(yùn)也會(huì)產(chǎn)生CO2排放，以及不同類型燃料終端排放差異懸殊、不具可比性等客觀事實(shí)，本研究將基于運(yùn)輸鏈視角和能源生命周期理念，重點(diǎn)研究國(guó)際集裝箱內(nèi)陸段鐵路運(yùn)輸鏈(InlandRailwayTransportChainof International Containers，IRTCIC)的 CO2排放估算問(wèn)題，為評(píng)估區(qū)域交通政策的CO2減排效果提供技術(shù)支持.本文擬在分析IRTCIC運(yùn)作模式的基礎(chǔ)上，建立IRTCIC的CO2排放估算模型，并以義烏出口箱為例進(jìn)行實(shí)證分析，最后得出相應(yīng)結(jié)論.

1 IRTCIC運(yùn)作模式分析

IRTCIC是指外貿(mào)貨物以集裝箱形式在港口與腹地之間的裝卸作業(yè)、集卡短駁、中轉(zhuǎn)換裝、鐵路干線運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的整合，主要由基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸對(duì)象等組成.由于我國(guó)大部分集裝箱港口未引入鐵路專用線，且拆裝箱點(diǎn)距內(nèi)陸鐵路站有一定距離，因此IRTCIC通常需要2次短駁和中轉(zhuǎn)換裝.同時(shí)，我國(guó)外貿(mào)具有出口大于進(jìn)口，且進(jìn)口和出口流程類似、方向相反等特點(diǎn)，故本文以出口為例說(shuō)明IRTCIC的運(yùn)作模式.目前，IRTCIC的出口運(yùn)作模式主要有內(nèi)陸集卡調(diào)運(yùn)空箱和公鐵聯(lián)運(yùn)調(diào)運(yùn)空箱2種.兩者的共同點(diǎn)在于，重箱集港都由公鐵聯(lián)運(yùn)完成；不同之處在于，前者是由集卡從內(nèi)陸港調(diào)運(yùn)空箱，后者是通過(guò)公鐵聯(lián)運(yùn)從港口碼頭或臨港堆場(chǎng)調(diào)運(yùn)空箱.相對(duì)而言，后者更為復(fù)雜，其具體流程如圖1所示.

圖1 公鐵聯(lián)運(yùn)調(diào)運(yùn)空箱模式下出口重箱內(nèi)陸段鐵路運(yùn)輸鏈?zhǔn)疽鈭DFig.1 Diagram of inland railway transport chain of full exported containers with empty containers distributed by road-rail combined transport

2 IRTCIC的CO2排放估算模型

由于IRTCIC跨越多個(gè)行政區(qū)域，難以獲得能源消耗量數(shù)據(jù)，故“自上而下”法不適用.因此，本文采用“自下而上”法.其中，ASIF方程(式1)是一種典型的“自下而上”法[9]，多用于國(guó)家層面的CO2排放量估算.但因其僅考慮運(yùn)輸活動(dòng)本身，未考慮裝卸、中轉(zhuǎn)換裝等輔助作業(yè)，故不能直接應(yīng)用于IRTCIC的CO2排放估算.因此，本文根據(jù)作業(yè)環(huán)節(jié)，將IRTCIC的活動(dòng)分為鐵路干線運(yùn)輸、集卡短駁運(yùn)輸和節(jié)點(diǎn)裝卸作業(yè)3類，并對(duì)ASIF方程進(jìn)行廣義化處理，分別建立干線運(yùn)輸(式2)、短駁運(yùn)輸(式3)和裝卸作業(yè)(式4)的CO2排放估算模型.

式中：C為運(yùn)輸業(yè)CO2排放量(kg)；A為運(yùn)輸活動(dòng)總量(t·km)；S為運(yùn)輸方式結(jié)構(gòu)(%)；I為運(yùn)輸方式能耗強(qiáng)度(kgce/(t·km))；F為能源CO2排放系數(shù)(kg/kgce)；m為運(yùn)輸方式類型；f為能源類型.

式中：Cr為鐵路干線運(yùn)輸 CO2排放量(kg)；Ar為鐵路干線運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量(TEU·km)；Sr為機(jī)車牽引結(jié)構(gòu)(%)；Ir為機(jī)車能耗強(qiáng)度(內(nèi)燃機(jī)車為L(zhǎng)/(TEU·km)，電力機(jī)車為kWh/(TEU·km))；F為能源CO2排放系數(shù)(柴油為kg/L，電力為kg/kWh，LNG為kg/kg，下同)；i為機(jī)車類型；f為能源類型(取1表示柴油，取2表示電力，取3表示LNG，下同)；c為能源生命周期(取0表示T2W，tank-to-wheel，油箱到車輪；取1表示W(wǎng)2W，well-to-wheel，油井到車輪，下同).

式中：Ct為集卡短駁運(yùn)輸 CO2排放量(kg)；At為集卡短駁運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量(TEU·km)；St為集卡結(jié)構(gòu)(%)；It為集卡能耗強(qiáng)度(柴油車為L(zhǎng)/(TEU·km)，LNG車為kg/(TEU·km))；j為集卡類型.

式中：Ch為裝卸作業(yè)CO2排放量(kg)；Ah為裝卸機(jī)械作業(yè)總量(TEU)；Sh為裝卸機(jī)械結(jié)構(gòu)(%)；Ih為裝卸機(jī)械能耗強(qiáng)度(柴油機(jī)械為L(zhǎng)/TEU，電力機(jī)械為kWh/TEU)；k為裝卸機(jī)械類型.

其中，鐵路干線運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量、集卡短駁運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量、裝卸機(jī)械的作業(yè)總量分別按式(5)～式(7)計(jì)算.

式中：V為IRTCIC的運(yùn)輸量(TEU)；Lr為鐵路運(yùn)距(km)；Lt為公路短駁加權(quán)平均運(yùn)距(km)；為鐵路車站與裝(卸)點(diǎn)p的距離(km)；為裝(卸)點(diǎn)p的裝卸量占比(%)；為k類裝卸機(jī)械完成的作業(yè)量(TEU).

最終可得IRTCIC的排放總量C(t)及CO2綜合排放強(qiáng)度CI(kg/(TEU·km))如式(8)和式(9)所示.

3 實(shí)證研究

本部分選取外貿(mào)經(jīng)濟(jì)特色鮮明且課題組具有一定研究基礎(chǔ)的義烏—寧波鐵路運(yùn)輸鏈進(jìn)行實(shí)證分析.

義烏位于浙江省中部，是金華市下轄縣級(jí)市，面積1 105 km2，2016年常住人口128萬(wàn).義烏經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，2016地區(qū)生產(chǎn)總值1 118億元，2017年中國(guó)縣域經(jīng)濟(jì)百?gòu)?qiáng)排名第6；是世界著名的“小商品之都”，被摩根士丹利等權(quán)威機(jī)構(gòu)稱為“全球最大的小商品批發(fā)市場(chǎng)”，每年有170多萬(wàn)種小商品銷往全球200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，其中70%銷往中東、非洲、歐洲和美國(guó).義烏自2013年4月18日起試運(yùn)行市場(chǎng)采購(gòu)貿(mào)易方式后，出口貿(mào)易飛速發(fā)展，2016年出口額達(dá)2 201.600億元(占進(jìn)出口總額98.749%)，其中市場(chǎng)采購(gòu)貿(mào)易出口額1 851.200億元(占出口總額84.084%).

3.1 義烏經(jīng)寧波出口箱運(yùn)輸模式

義烏出口小商品具有批量小、品種多、重量輕等特點(diǎn)，出口重箱約95%為40 ft高箱，約5%為20 ft普通干貨箱.2016年義烏出口重箱88.600萬(wàn)TEU，90%經(jīng)寧波舟山港寧波港域(以下簡(jiǎn)稱寧波港域)裝船出境.2009年以前，義烏經(jīng)寧波出口箱全部采用集卡運(yùn)輸.2009年2月28日，義烏西站開通至北侖港站的集裝箱海鐵聯(lián)運(yùn)班列(簡(jiǎn)稱義甬班列)，但由于運(yùn)價(jià)、海關(guān)監(jiān)管等方面的問(wèn)題未實(shí)現(xiàn)常態(tài)化運(yùn)行.2013年試行市場(chǎng)采購(gòu)貿(mào)易方式后，義烏市出臺(tái)補(bǔ)貼政策和寧波市共同推動(dòng)義甬班列恢復(fù)運(yùn)行.同年10月20日，義甬班列恢復(fù)運(yùn)行.2016年12月29日，義甬班列提檔升級(jí)，采用固定車底循環(huán)運(yùn)輸模式每周一～周六不間斷進(jìn)行，具體由寧波港國(guó)際物流有限公司負(fù)責(zé)操作運(yùn)營(yíng).截止2016年底，義甬班列發(fā)運(yùn)11 808 TEU，占義烏經(jīng)寧波出口箱量的1.481%.義甬間出口箱內(nèi)陸段鐵路運(yùn)輸鏈(Inland Railway Transport Chain of Exported Containers，IRTCEC)的運(yùn)作模式屬于公鐵聯(lián)運(yùn)調(diào)運(yùn)空箱模式.

3.2 相關(guān)數(shù)據(jù)采集

本研究根據(jù)課題組于2017年6月16～18日和8月24～26日對(duì)鐵路義烏西站、義烏貨代企業(yè)、義烏港、義烏集卡車隊(duì)、寧波舟山港、北侖港站、寧波集卡車隊(duì)等進(jìn)行的實(shí)地調(diào)研，同時(shí)結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料、公開文獻(xiàn)、新聞報(bào)道及測(cè)算，得到義甬間IRTCEC相關(guān)數(shù)據(jù)，如表2所示.

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)式(2)～式(8)，可得義甬間IRTCEC的CO2排放量為

根據(jù)式(9)，可得義甬間IRTCEC的CO2綜合排放強(qiáng)度為

本文考慮裝卸作業(yè)、集卡短駁、空箱調(diào)運(yùn)和能源生命周期等排放(設(shè)為基準(zhǔn)情景)，將表2有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(10)和式(11)，可得到基準(zhǔn)情景下義甬間IRTCEC的CO2排放量為1 336 t，CO2綜合排放強(qiáng) 度為0.158 kg/(TEU?km).

表2 義甬間IRTCEC相關(guān)參數(shù)值Table 2 Parameter values related to IRTCEC between Yiwu and Ningbo

根據(jù)調(diào)研和公開信息，結(jié)合式(9)可得Sn(n=1,…,s)情景下CO2排放量CSn及其與基準(zhǔn)情景CO2排放量的差值等信息，如表3所示.

表3 義甬間IRTCEC的CO2排放量情景分析Table 3 Scenario analysis on CO2emissions from IRTCEC between Yiwu and Ningbo Port Area

由表3可以看出，忽略慮集卡短駁、裝卸作業(yè)、空箱調(diào)運(yùn)、電力排放和能源生命周期排放等因素中的某一因素或多個(gè)因素，會(huì)不同程度地低估(-8.002%～-99.215%)義甬間IRTCEC的CO2排放量，其中不考慮裝卸作業(yè)影響最小，全部忽略影響最大.寧波短駁LNG集卡比例提升對(duì)減少義甬間IRTCEC的CO2排放量的作用有限(-0.559%)，而修建鐵路的減排效果較為顯著，最多可減少CO2排放量22.821%.

3.4 比較研究

根據(jù)既有研究[2-4，7-8]，整理出了國(guó)內(nèi)外鐵路集裝箱運(yùn)輸鏈的CO2綜合排放強(qiáng)度，如表4所示.總體而言，鐵路集裝箱運(yùn)輸鏈CO2綜合排放強(qiáng)度因區(qū)域不同而有所差異，基本上在0.158～0.263 kg/(TEU·km).其中，本文所得義甬間IRTCEC的CO2綜合排放強(qiáng)度最低，其主要原因是該線路電氣化率高，除兩端調(diào)車采用內(nèi)燃機(jī)車外，其余全為電力機(jī)車牽引，且華東地區(qū)外購(gòu)電力排放因子為中國(guó)最低.其次，就相同或相近鐵路運(yùn)輸通道而言，CO2綜合排放強(qiáng)度呈現(xiàn)出隨運(yùn)距增加而降低的特征，這一特征遵循“遞遠(yuǎn)遞減”原理.

表4 不同鐵路集裝箱運(yùn)輸鏈CO2綜合排放強(qiáng)度比較Table 4 Comparison on CO2emissions intensity of different railway container transport chain

4 結(jié)論

本文基于運(yùn)輸鏈視角和能源生命周期理念，對(duì)ASIF框架進(jìn)行改進(jìn)，建立了IRTCIC的CO2排放估算模型，并以義甬間IRTCEC為例進(jìn)行了實(shí)證分析，估算了不同情景下的CO2排放量.主要結(jié)論如下：

(1)義甬間鐵路集裝箱運(yùn)輸鏈的CO2排放量為1 336 t，在忽略裝卸、集卡短駁、空箱調(diào)運(yùn)和能源生命周期排放情況下CO2排放量將被低估99.215%，忽略裝卸作業(yè)對(duì)CO2排放影響不大.

(2)義甬舟大通道和穿山鐵路支線建設(shè)，將會(huì)減少CO2排放22.821%，而提高寧波短駁集卡LNG比例對(duì)CO2減排影響極小.

(3)義甬間鐵路集裝箱運(yùn)輸鏈的CO2排放強(qiáng)度最低，相同或相近鐵路運(yùn)輸鏈CO2排放強(qiáng)度呈現(xiàn)遞遠(yuǎn)遞減的變化規(guī)律.

本文提出的鐵路運(yùn)輸鏈CO2排放估算方法同樣適用于國(guó)際集裝箱內(nèi)陸段道路運(yùn)輸和水路運(yùn)輸，只需根據(jù)實(shí)際情況刪減或替換相關(guān)參數(shù)即可.

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