评估集装箱码头的排放效率：指标设计及来自中国东部一个沿海港口的实证数据

《Regional Studies in Marine Science》：Evaluating emission efficiency in container terminals: Indicator design and evidence from a coastal port in East China

　　

徐一芳|张泽坤|王颖

上海海事大学交通与通信学院，中国上海海港大道1550号，201306

摘要

提高集装箱码头的排放性能是港口当局实现脱碳目标的战略重点。然而，缺乏标准化、动态的评估工具阻碍了有效治理。大多数现有的能源和排放效率指标都是从单一实体或设备类型的视角构建的。尽管这些方法可能提高局部碳效率，但可能会导致码头系统层面的性能不佳，这凸显了需要一个全面且无偏见的系统级评估框架的必要性。基于国际海事组织（IMO）的能源效率设计指数（EEDI）的原则，本研究提出了一个结合速度的排放效率框架，包括两个新的指标：集装箱码头排放效率指数（EEI-CT）用于系统级性能评估，以及综合排放效率（CEE）用于设备级评估。该框架将碳排放、运营工作量和集装箱处理速度明确整合到一个统一的绩效指标中，实现了动态和跨设备的可比性。通过对华东一个大型电气化码头全年的数据分析，发现不同类型和年代的设备之间存在显著的效率差异，夏季高温由于冷却需求导致性能下降。研究进一步量化表明，现场光伏集成使码头的EEI-CT提高了4.64%，每年减少了981吨二氧化碳排放。所提出的框架为港口管理者和政策制定者提供了一个强大且可扩展的工具，有助于在设备基准测试、有针对性的改造和低碳投资方面做出数据驱动的决策，从而加速海运行业向碳中和的转型。

引言

碳排放加剧了全球气候变化（Mahmood, 2023）。海运每年排放约10亿吨二氧化碳，占全球温室气体（GHG）排放量的2.89%（Faber et al., 2020），而港口则贡献了海运供应链排放量的2%（Merk, 2014）。港口机械的排放影响全球气候和当地空气质量（Azarkamand et al., 2020, Boji? et al., 2022, Wang et al., 2023）。作为全球贸易枢纽，港口在减少二氧化碳排放方面起着关键作用（Azarkamand et al., 2020）。

国际海事组织（IMO）推出了一系列旨在减少海运排放的监管措施。这些努力的核心是建立了一套全面的船舶排放和能源效率指标，如能源效率设计指数（EEDI）和碳强度指标（CII），为监测船舶排放和指导减排技术的部署提供了标准化框架（IMO, 2018, IMO, 2023）。

尽管已经为船舶开发了一套相对成熟的能源效率指标体系（Sun et al., 2022），但对于集装箱码头而言，尽管它们在海运供应链中同样重要，却尚未建立相应的评估框架（Bjerkan and Seter, 2019）。与关于船舶排放（Chen et al., 2021, Toscano et al., 2021）和个别类型港口设备（Tan et al., 2021）的广泛研究相比，对集装箱码头总机械排放的系统评估框架的开发仍然有限。

码头作业，尤其是那些高度依赖设备的作业，是港口相关排放的主要来源（He et al., 2015）。鉴于集装箱运输约占全球海运贸易的60%，并且每年处理超过7.7亿个二十英尺当量单位（TEU）（Statista, 2021），因此迫切需要开发一个专门的理论框架来评估集装箱码头运营的碳效率，以支持有效的减排策略。

在这种复杂且不断变化的运营条件下，静态排放指标是不够的，因此需要一个动态指标。由于码头任务包括装载、卸载和场内交付等多个阶段（Chang et al., 2010, He et al., 2015, Dragovi? et al., 2017），需要一个多层次的框架来评估系统和设备层面的效率。Sim（2018）研究了釜山的排放情况，但未考虑整体港口效率。Martínez-Moya等人（2019）提出了CO?/TEU指标，但忽略了运营复杂性。码头设备表现出复杂且相互依赖的能源使用模式（Ha et al., 2017），简单的绩效指标无法准确反映其实际运营效率。

为了解决静态排放指标的局限性，本研究首先开发了一个集装箱码头的动态评估框架。该框架引入了两个指标：集装箱码头排放效率指数（EEI-CT）和综合排放效率（CEE），这些指标考虑了集装箱处理速度、时间依赖的性能和工作量分配。本研究的主要贡献在于开发了一个标准化、动态且多尺度的排放效率框架，能够一致且可比地评估集装箱码头运营中的设备级性能和系统级碳强度。此外，该框架应用于一个沿海码头的全年运营数据，以验证其捕捉不同类型机械排放模式的能力。实证分析显示，在一个太阳能资源丰富的亚热带港口，电气化设备和太阳能的使用带来了明显的效率提升。最后，所提出的指标为识别排放驱动因素、评估设备性能和支持沿海码头运营的区域脱碳规划提供了实际依据。

章节摘录

港口排放评估研究的现状

近年来，“绿色港口”的概念在学术研究和政策议程中越来越受到重视，越来越多的文献探讨了减少港口运营碳排放的技术和管理策略（Yao et al., 2025, Zhang et al., 2025）。特别是，许多研究集中在具体的脱碳措施上，重点强调岸电部署、港口电气化和可再生能源的整合

材料与方法

本节概述了研究的方法论框架。首先，3.1部分描述了研究区域、码头背景以及数据采集和清洗程序。接下来，3.2部分通过分解码头作业流程并在系统层面构建标准化排放效率模型来制定EEI-CT指标。最后，3.3部分开发了一种设备级评估方法，该方法结合了基于时间和生产力的排放指标来捕捉运营情况

结果

本节展示了设备层面和码头系统层面的结果。4.1部分分析了各个设备类别的CEE性能和变化情况，识别出效率低下的设备及其时间模式。4.2部分评估了码头层面的EEI-CT，并量化了光伏集成对减排和效率提升的贡献。

讨论

基于实证发现和开发的指标框架，本节提出了减少集装箱码头运营排放的建议。根据使用2023年运营数据计算出的EEI-CT和CEE值，为所研究的码头提出了以下建议：

1.

所研究的码头应实施定期性能基准测试，并设定最低CEE阈值，以识别需要检查、维护或

结论

本研究开发了一个基于处理速度的集装箱码头排放效率框架，引入了EEI-CT和CEE指标用于系统和设备级评估，并使用华东一个电气化码头的2023年数据进行了验证。结果显示，场内作业的效率最高，总排放量最低，突显了电气化RTG起重机的优势。夏季由于冷却负荷增加，效率下降了5-8%

CRediT作者贡献声明

徐一芳：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化。张泽坤：验证、方法论。王颖：撰写——审阅与编辑、监督。

资助

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利部门的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢史欣教授在整个研究过程中的宝贵指导。他对整体研究方向的见解提供了重要的清晰度，他在获取学术资源方面的支持极大地促进了本研究的完成。

术语表

集装箱码头

一种用于在不同运输工具之间转运货物集装箱的设施，以便进一步运输。

排放效率

衡量每单位排放所产生的产出的指标，用于评估环境性能。

集装箱处理速度

集装箱通过码头的移动或处理速率，通常以每小时TEU数计量。

TEU（二十英尺当量单位）

航运中用于描述容量的标准单位