張桂正，葉建紅

(同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海201804)

0 引言

溫室氣體過度排放造成全球氣候變暖已成為當今社會面臨的重大問題。2015年12月通過的《巴黎協(xié)定》設定了全球應對氣候變化的長期目標，將全球平均氣溫比工業(yè)化之前水平的升高幅度控制在2℃之內(nèi)[1]。2016年1月，國家發(fā)展改革委發(fā)布了《國家發(fā)展改革委辦公廳關于切實做好全國碳排放權交易市場啟動重點工作的通知》(發(fā)改辦氣候[2016]57號)，計劃于2017年啟動全國碳排放權交易[2]?，F(xiàn)代物流中心作為重要的交通基礎設施，承擔著貨物吞吐、運輸和倉儲功能，其建設和運營過程都需要消耗大量的原料和能源，是碳排放的重要來源之一。計算分析現(xiàn)代物流中心基礎設施碳排放，對制定相應的節(jié)能減排策略具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學者對工程建設項目CO2排放計算進行了方法探究和案例分析。文獻[3]從節(jié)能減排的角度出發(fā)選擇不同的路面材料和施工工藝，構建了瀝青路面建設過程的溫室氣體排放評價體系。文獻[4]對一條高速鐵路進行了生命周期碳排放的評估。文獻[5]研究了瀝青路面和水泥混凝土路面生命周期能耗與碳排放。文獻[6]基于全生命周期理論和清單法，構建了施工階段溫室氣體排放核算數(shù)學模型。文獻[7]提出了鐵路運輸企業(yè)溫室氣體排放量核算的基本框架。文獻[8]對瀝青路面進行了全生命周期能耗評價。文獻[9]計算了北京市某辦公和教學用公共建筑的生命周期溫室氣體排放量。文獻[10]開發(fā)了適用于中國不同數(shù)據(jù)水平城市的交通溫室氣體排放評價模型。文獻[11]構建了建筑物物化階段碳足跡快速計算模型。文獻[12]對澳大利亞維多利亞公路局旗下管理的米克勒姆公路的建設階段進行了碳足跡估算，并對公路建設過程中的碳排放單元進行了清單分解。文獻[13]用生命周期評價法對高速公路全生命周期進行了碳足跡估算，但未能將營運車輛的碳排放納入運營階段?？梢园l(fā)現(xiàn)，目前對CO2排放的計算主要基于清單法，且研究對象多集中在房屋建筑和高速公路建設階段，雖然不少學者提出了包含材料物化階段、建設階段、運營階段和拆除階段的全生命周期理論，但是對運營階段的碳排放計算研究不足，對現(xiàn)代物流中心運營階段的碳排放尚未進行系統(tǒng)計算和分析。

本文運用成熟的碳足跡計算理論和方法，以CO2為碳排放計算對象，首次展開對現(xiàn)代物流中心運營階段碳排放的計算，重點分析項目建成后運營階段的CO2排放。首先梳理現(xiàn)代物流中心運營階段CO2排放過程，將排放源歸納為兩大類：1)交通運輸類，主要針對港口作業(yè)區(qū)與物流園區(qū)在內(nèi)部貨物裝卸和對外貨物運輸過程中產(chǎn)生的CO2；2)建筑物類，主要針對相關建筑物日常運營過程中產(chǎn)生的CO2。然后基于能耗統(tǒng)計的CO2排放清單計算方法，以宜昌市三峽現(xiàn)代物流中心基礎設施項目作為計算對象，分析各個部分溫室氣體排放的計算清單，構建現(xiàn)代物流中心運營階段CO2排放計算框架。最后，結合案例數(shù)據(jù)定量分析各個環(huán)節(jié)的減排潛力。

1 研究方法

CO2排放計算基于能耗清單法，基本原理是碳元素守恒，即燃料在燃燒前包含的碳元素質(zhì)量與燃燒后排放氣體中包含的碳元素質(zhì)量保持一致。在已知燃料含碳量的前提下，能源消耗量與CO2排放質(zhì)量通過CO2排放因子進行關聯(lián)。

式中：MCO2為CO2排放總量；Mfuel,i為第i種化石燃料的消費量；kfuel,i為第i種化石燃料的CO2排放因子。

1.1 能耗系數(shù)的確定

準確分析各類貨物裝卸運輸環(huán)節(jié)、裝卸運輸設備以及能耗排放因子尤為關鍵。不同運輸機械設備的能耗系數(shù)可結合生產(chǎn)廠家給定的技術參數(shù)或者相應的國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范進行確定。根據(jù)貨物裝卸運輸工藝以及相應的設備配置，梳理港口和物流園區(qū)貨物裝卸運輸設備能耗系數(shù)(見表1和表2)。

表1 港區(qū)作業(yè)設備能耗系數(shù)Tab.1 Energy consumption coefficient of port operation equipment

表2 物流園區(qū)作業(yè)設備能耗系數(shù)Tab.2 Energy consumption coefficient of operation equipment in logistics park

1.2 排放系數(shù)的選取

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)于2006年公布常見能源的CO2排放系數(shù)，燃料油及電能的CO2排放系數(shù)。世界資源研究所(World Resources Institute,WRI)制定的《中國城市溫室氣體核算工具指南》[16]也給出不同類型能源的CO2排放因子。比較IPCC和WRI的排放系數(shù)：IPCC的柴油CO2排放系數(shù)比WRI高5%；WRI的電能CO2排放當量比IPCC高13.9%。WRI系數(shù)結合中國實際，并納入地區(qū)性差異，因此本文采用WRI排放因子(見表3)。

表3 不同類型能源CO2排放因子(WRI)Tab.3 CO2emissions factors of different types of energy(WRI)

2 案例分析

選取宜昌市三峽現(xiàn)代物流中心基礎設施項目——白洋港現(xiàn)代物流中心項目為計算對象。對排放過程進行梳理，將排放源歸納為兩類(共四個模塊)：1)交通運輸類CO2排放，包含港口作業(yè)區(qū)內(nèi)部作業(yè)模塊、物流園區(qū)內(nèi)部作業(yè)模塊和港口物流園區(qū)對外運輸模塊；2)建筑物類CO2排放，包含建筑物日常運營模塊。白洋港現(xiàn)代物流中心項目CO2排放總量

式中：Ctotal為CO2總排放量/(t·a-1)；Cport為白洋港作業(yè)區(qū)內(nèi)部貨物裝卸運輸CO2排放量/(t·a-1)；Clogistics為白洋物流園區(qū)內(nèi)部貨物裝卸運輸CO2排放量/(t·a-1)；Cthroughput為港口與園區(qū)對外貨物運輸CO2排放量/(t·a-1)；Cbuildings為建筑運營過程中CO2排放量/(t·a-1)。對各個模塊碳排放計算流程進行梳理，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)代物流中心運營階段碳排放計算流程Fig.1 CO2emissions calculation process in the modern logistics center

2.1 港口內(nèi)部貨物裝卸及運輸CO 2排放

2.1.1 港口內(nèi)部CO2排放分析

港區(qū)貨物運輸分為到港和離港兩大流向。以到港貨物為例，貨物運輸作業(yè)主要包括三大環(huán)節(jié)：1)貨物到港后選擇相應的碼頭泊位進行?？垦b卸；2)利用汽車或水平傳送帶將貨物運送到后方堆場；3)在堆場內(nèi)再次裝卸、存儲(見圖2)。

圖2 港口貨物作業(yè)流程Fig.2 Operation process of port cargo

將貨物按照貨物特點和運輸存儲的過程分為四大類：散貨、雜貨、集裝箱和重大件。其中散貨吞吐量500萬t·a-1，雜貨吞吐量100萬t·a-1，集裝箱吞吐量8萬TEU·a-1(折合80萬t·a-1)，重大件吞吐量20萬t·a-1。針對港區(qū)泊位碼頭裝卸、堆場裝卸以及泊位碼頭與堆場間的水平運輸三個環(huán)節(jié)，計算得到港區(qū)作業(yè)CO2排放量為2 913.84 t·a-1，單位貨物CO2排放為4.27 t·萬t-1。各機械運輸設備年排放情況如圖3所示。

圖3 港區(qū)內(nèi)不同設備貨物裝卸運輸作業(yè)CO2年排放量Fig.3 Annual CO2emissions by different types of cargo handling equipment in port area

2.1.2 港口內(nèi)部減排潛力分析

1）基于不同環(huán)節(jié)的CO2減排分析。

港口內(nèi)部作業(yè)分為三個階段：港口裝卸階段、貨物水平運輸階段和堆場裝卸階段，CO2排放比例見圖4。堆場貨物和港口碼頭裝卸的貨物種類和數(shù)量相同，但堆場裝卸年碳排放是港口碼頭的1.33倍。由于港口碼頭裝卸相較堆場裝卸，使用了大型的裝卸設備，進行集約化的裝卸，規(guī)模效應下可以顯著降低單位貨物裝卸的CO2排放量。

2）基于不同設備的碳排放貢獻分析。

在港口內(nèi)部作業(yè)過程中，CO2排放主要由8種設備貢獻，每種設備的單位萬噸貨物碳排放量如圖5所示。

在堆場裝卸階段，輪胎起重機、單斗裝載車和龍門起重機三種設備裝卸不同類型貨物，沒有功能的可替代性。在港口泊位碼頭裝卸階段，移動式裝船機、岸邊橋式起重機和門座起重機三種設備分別裝卸不同類型貨物，同樣不具備功能的可替代性。在港口內(nèi)部水平運輸階段，帶式傳輸機和汽車都可以用來運輸散貨，但是帶式傳輸機使用電能，運輸相同單位貨物的CO2排放遠小于汽車。根據(jù)港口規(guī)劃，白洋港區(qū)每年能達到約500萬t散貨吞吐量，假設全部使用傳送帶替代汽車運輸散貨，可減少1 285.9 t·a-1的CO2排放，約占港口作業(yè)總排放的43%，減排效益相當可觀。

2.2 物流園區(qū)內(nèi)部貨物裝卸及運輸CO 2排放

物流園區(qū)內(nèi)部CO2排放包括倉庫裝卸、堆場裝卸、車間裝卸以及這三個主要功能區(qū)域之間的貨物交換。測算重點考慮倉庫、堆場以及車間內(nèi)部貨物頻繁裝卸產(chǎn)生的CO2排放，且主要是垂直方向的裝卸作業(yè)。貨物作業(yè)流程如圖6所示。

基于園區(qū)內(nèi)貨物流通過程分析，分別針對倉庫、堆場及車間貨物裝卸作業(yè)進行梳理，計算得到物流園區(qū)裝卸作業(yè)CO2總排放量為2 772.49 t·a-1，各種設備貢獻如圖7所示。

2.3 對外貨物運輸CO 2排放

2.3.1 物流園區(qū)對外貨物運輸CCOO22排放

物流園區(qū)對外年貨運量為587.1萬t，包括鐵路、公路、港口和航空4種運輸方式。本項目對外貨運量中公路運輸占比相對較高。各種運輸方式所占比例如表4所示。

根據(jù)宜昌市現(xiàn)狀物流業(yè)交通量調(diào)查，結合物流中心的區(qū)位、功能定位、城市發(fā)展等多方面因素，分析得到園區(qū)貨運交通流向和流量比例(見圖8)。

1）公路運輸。

根據(jù)相關研究，取普通貨車能耗系數(shù)為0.033 6 kg·t-1·km-1[14]，計算得到物流園區(qū)對外公路運輸CO2排放量為19.41萬t·a-1(見增強出版網(wǎng)絡文件附圖1①)。公路運輸運距長，對CO2排放的貢獻最大。

2）水路運輸。

物流園區(qū)對外水路運輸貨運量為206.8萬t·a-1，通過長江向東西兩個方向輻射。計算宜昌市內(nèi)的部分，向東航行距離為28.2 km，向西航行距離為63.9 km。采用與項目臨近的重慶市長江水運平均能耗系數(shù)3.1 kg·kt-1·km-1，根據(jù)船舶運輸距離、貨運量、能耗系數(shù)和排放系數(shù)，計算水運的CO2排放量為885.08 t·a-1(見增強出版網(wǎng)絡文件附圖2)。

3）鐵路運輸。

物流園區(qū)對外鐵路運輸貨運量為107.1萬t·a-1，運輸方向以及比例與公路基本一致。鐵路運輸主要消耗電能，根據(jù)相關研究，取貨運列車能耗系數(shù)為0.008 8 kW·h·t-1·km-1。計算得到鐵路運輸CO2排放為3 723.81 t·a-1(見增強出版網(wǎng)絡文件附圖3)。

4）航空運輸。

航空貨運量僅占總貨運量的0.004%，排放貢獻非常小，本次計算予以忽略。2

2.3.2 港區(qū)對外貨物運輸CCOO22排放

港區(qū)對外貨運總吞吐量為700萬t·a-1，全部通過長江向東西兩個方向輻射。由于港口對外水運輻射的吞吐量分布尚待確定，計算碳排放時只統(tǒng)計宜昌市內(nèi)的部分。同樣采用與項目基地臨近的重慶市長江水運平均能耗系數(shù)和WRI推薦的排放因子，計算得到港區(qū)水運CO2排放總量為2 995.90 t·a-1(見增強出版網(wǎng)絡文件附圖4)。

2.3.3 對外貨運減排潛力分析

1）港口物流園區(qū)鐵水聯(lián)運減排效果。

港口和物流園區(qū)吞吐貨物中部分通過鐵路和水運直接轉換，減少了貨物進入堆場、倉庫反復裝卸的過程。采用鐵水聯(lián)運，進行運輸方式結構性優(yōu)化，可以減少能源消耗和CO2排放。根據(jù)貨運預測，鐵水聯(lián)運的比例占總貨物吞吐量的10%，可以減少CO2排放237.68 t·a-1。不同貨種的減排效果如圖9所示。

圖4 港口內(nèi)部不同過程CO2排放比例Fig.4 The proportion of CO2emissions in port area

圖5 不同設備萬噸貨物CO2排放量Fig.5 CO2emissions per 10 000 tons by different types of equipment

圖6 物流園區(qū)內(nèi)貨物作業(yè)流程Fig.6 Operation procedure in logistics park

圖7 物流園區(qū)內(nèi)部貨物裝卸CO2年排放量Fig.7 Annual CO2emissions of cargo handling in logistics park

2）基于不同輻射區(qū)域的公路運輸CO2排放。

在物流園區(qū)公路運輸中，由于運輸距離和貨運量的差異，19個輻射地區(qū)對CO2排放的貢獻不同(見圖10)。排放貢獻最大的區(qū)域出現(xiàn)在最遠和最近兩端。其中枝江市距離物流園區(qū)距離最近，但是貨運量非常大，占物流園區(qū)總貨運吞吐量的36.5%，對CO2排放的貢獻高達13%。

表4 白洋物流園區(qū)各種運輸方式所占比例Tab.4 Transportation mode share in Baiyang Logistics Park %

圖8 貨運交通流量、流向分布Fig.8 Distribution and direction of freight traffic flow

圖9 鐵水聯(lián)運減排效果Fig.9 Emissions reduction of rail-vessel transportation

3）船舶減排措施。

船舶作為交通運輸中載運量比例較大的載運工具，對CO2排放水平貢獻較大。結合相關研究[18]，主要的船舶減排措施包括三個方面：

①減小船舶阻力：優(yōu)化船舶的尺度和線型，減少船體的粗糙度。

②采用風帆助航：利用風力資源，采用風帆助航是船舶節(jié)能減排的另一條途徑，相關實驗研究發(fā)現(xiàn)風帆助航最大可以節(jié)省50%的燃料消耗[19]，從而大大減少CO2排放。

③采用經(jīng)濟航速航行：降低航速，可使主機消耗功率大大減少，達到很好的節(jié)能減排效果。但降低航速可能導致其他費用的增加。

2.4 建筑物日常運營CO 2排放

建筑物運營階段CO2排放由每日消耗能源產(chǎn)生(以電能為主)。梳理各類建筑物的建筑面積，根據(jù)《民用建筑單位面積用電量參考指標》計算研究范圍內(nèi)各建筑物的能耗和CO2排放。物流園區(qū)建筑物總建筑面積22.94萬 m2，總耗電量 12 758 kW·h·d-1，CO2排放量2 887.14 t·a-1(其中綜合物流區(qū)室外1 181.29 t·a-1，商貿(mào)物流A區(qū)室外928.28 t·a-1，商貿(mào)物流B區(qū)室外777.57 t·a-1)。采用種植屋面、雨水收集系統(tǒng)、太陽能充電板等節(jié)能措施能有效減少建筑使用能耗，實現(xiàn)建筑全年總能耗減少60%，減排效果如圖11所示。

3 現(xiàn)代物流中心運營減排策略

1）清潔能源替換與設備更新。

研究發(fā)現(xiàn)，使用電力傳送帶運輸散貨比傳統(tǒng)燃油汽車減少2.57 t·萬t-1CO2排放。

從綠色低碳的角度考慮，港口物流園區(qū)裝卸機械應盡量采用電力驅(qū)動或充電使用的設備。

2）運輸方式結構性優(yōu)化與調(diào)整。

研究發(fā)現(xiàn)，10%的鐵水聯(lián)運比例可以減少237.68 t·a-1的CO2排放。

①發(fā)展多式聯(lián)運：多式聯(lián)運克服了單個運輸方式固有的缺陷，使各種運輸方式揚長避短，實現(xiàn)了運輸一體化，從而在整體上保證運輸過程的最優(yōu)化和高效化，以此降低能源浪費和碳排放。②發(fā)展甩掛運輸：把汽車運輸列車化，提高工作效率，避免空車行駛，等同于提高車輛每運次載重量，間接降低了能源浪費和碳排放。

3）集約化的裝卸和配送。

研究發(fā)現(xiàn)，裝卸相同的貨物港口堆場比港口碼頭多產(chǎn)生33%的CO2排放量。

①發(fā)展集約化裝卸：集約化裝卸以效益為根本對裝卸諸要素重組，港口碼頭裝卸相較堆場使用了大型設備進行集約化裝卸，規(guī)模效應下單位貨物排放量顯著減少。②發(fā)展共同配送：由多個企業(yè)聯(lián)合組織配送，共同配送可以最大限度地提高人員、物資、資金、時間等資源的利用效率，去除多余的交錯運輸，取得最大化的經(jīng)濟效益，并起到緩解交通壓力和節(jié)能減排的作用。

4）貨運車輛運輸減排。

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代物流中心運營階段碳排放主要來自對外貨物運輸環(huán)節(jié)，占比高達97%，其中以公路運輸貢獻最大。

①大宗貨物的長距離運輸建議采用鐵路、水運等大運量集約化的運輸方式，在發(fā)揮公路運輸“門到門”優(yōu)勢的同時，適當減少公路運輸在長途貨運中承擔的比例；②嚴格規(guī)范、逐步執(zhí)行貨運車輛排放標準，從車輛這一硬件上降低公路運輸過程中的碳排放量；③對貨車駕駛人進行生態(tài)駕駛(ecodriving)培訓，西方國家經(jīng)驗表明，以一年為統(tǒng)計周期，良好的安全節(jié)油駕駛行為可節(jié)省燃油15%～30%，從而達到良好的減排效果。

5）先進的建筑物節(jié)能減排工藝。

采用種植屋面、雨水收集系統(tǒng)、太陽能充電板等節(jié)能措施減少建筑使用能耗，可以減少60%的建筑物日常運營CO2排放。

4 結語

在綠色低碳發(fā)展的要求下，計算分析現(xiàn)代物流中心運營階段的CO2排放構成和排放水平具有重要意義。本文以CO2為碳排放計算對象，基于成熟的全生命周期理論，分析了現(xiàn)代物流中心運營階段的CO2排放。通過梳理現(xiàn)代物流中心運營階段排放過程，將CO2排放源歸納為兩大類、四個模塊。

本文基于能耗統(tǒng)計的CO2排放清單法，以宜昌市三峽現(xiàn)代物流中心基礎設施為例，提煉了現(xiàn)代物流中心各運營環(huán)節(jié)碳排放產(chǎn)生機制和能耗清單，構建了現(xiàn)代物流中心運營階段CO2排放計算框架。應用案例數(shù)據(jù)詳細計算了不同環(huán)節(jié)、不同工藝、不同設備、不同運輸方式的CO2排放構成比例。并進一步進行減排潛力分析，從技術和工藝上提出現(xiàn)代物流中心運營階段的減排措施。

圖10 不同貨運方向CO2排放量Fig.10 CO2emissions of different cargo transportation directions

圖11 不同區(qū)域建筑面積與CO2減排量Fig.11 Building area and CO2emissions reduction in different areas

注釋：

Notes:

①該文的增強出版網(wǎng)絡文件可在中國知網(wǎng)(http://www.cnki.net)在線閱讀和下載。