王 轩，张晋恺
（1.天津港（集团）有限公司，天津 300450；
2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220)
智能化集装箱码头的突出优势在于安全性高、节能环保效果优、运营成本低、可靠性高、稳定性强，可以为企业和社会带来显著的综合效益。随着经济社会发展和科技进步，全球集装箱运输量大幅度提高、集装箱码头自动化程度越来越高，大量传统人工集装箱码头开始向智能化、自动化码头方向发展。但通过研究全球范围内已建成运营的自动化码头可以发现，其存在堆场设备能耗高、使用不均衡等问题。
在天津港智能化集装箱码头建设中，天津港率先提出“天津方案”，要建设成具有世界一流水平的智能、绿色、零碳集装箱码头。本文分析及总结了天津港C段智能化集装箱码头的创新经验，提出其在绿色、零碳方面的提升发展空间。同时结合拟进行建设的东疆港区二期集装箱码头项目，对新一代智能化码头绿色、零碳提升设计方向进行探讨。
天津港C段智能化集装箱码头通过采用“单小车岸桥+地面集中解锁+堆场平行码头岸线布置+边装卸”的总体布置及工艺作业模式，并采用ART及智能水平运输系统等方式从工艺生产模式、设备入手，在绿色、智慧、节能、环保等各方面创新，建成全球智慧程度最高、建设周期最短、运营效率最优、绿色发展最佳的世界一流智能化集装箱码头。其主要特点如下:
1）码头岸边装卸作业采用单小车岸桥+地面集中解挂锁方案。单小车岸桥可以实现在船侧的安全高度以上自动装卸船舶上的集装箱，安全高度以下自动对位后转由人工远程干预（远控操作），陆侧能对智能水平运输设备实现全自动抓放箱作业，对人工集卡实现在远控司机一键确认后的自动装卸，并实现“多对多”远程操作；
同时码头地面设置智能集中扭锁站，可实现机械手自动解挂锁，一座锁站对应多台岸桥，节省投资。车队管理系统统一规划ART行驶路径和解挂锁作业，实现快速、有序、安全解挂锁作业；
集装箱堆场采用双悬臂ARMG边装卸的作业方式。海运和陆运装卸作业分别位于ARMG两侧悬臂下，ART和外集卡在场区内互不干扰，“多对多”远程操作，操控比不低于1：6，整个码头装卸工艺系统的智能化程度高、效率高、节能环保效果优。
2）采用先进的智能水平运输设备。智能水平运输设备采用人工智能运输机器人即ART，八轮四轴驱动形式，轮压小，可减少码头投资；
其自动驾驶系统具备在码头内相关道路上全天候自动驾驶的能力，能够自主进行全局规划、局部动态规划、障碍物识别与避让、道路标线标识识别与响应等，自主有效完成集装箱水平运输任务。
3）全场景智慧大脑应用：真正基于5G、北斗、人工智能、物联网、云计算等全新信息技术与港口生产流程深度融合，通过深度学习算法，实现最优调度决策与最佳路径选择。自动化岸桥、智能闸口、智能理货系统依托全球最先进的动态扫描技术，自动识别作业船舶、车辆、集装箱信息。多维感知的全场综合安全监控系统可实现全场景智能可视化，实时感知现场人员、车辆违章行为以及智能识别潜在事故隐患。
天津港C段智能化集装箱码头通过在装卸工艺、运输设备、智慧系统上的创新应用，实现了高效率和绿色节能。相比同类码头，码头整体效率提升20 %以上，节能17 %以上。在节能提效的同时，C段码头也在零排放、零碳码头方面进行了有效尝试，一是全场生产设备全部采用电力驱动，全场废水实现回收再利用，生产过程实现零排放。二是码头设计采用全新能源解决方案，风、光、储一体化，整体构建智慧绿色用能体系。设备全部自动化，力争做到能耗100 %自给自足，实现真正零排放，做到生产工艺、设备及用能模式全方位节能。
新一代智慧零碳码头建设，在坚持智能化建设的同时，可以更多着眼于如何更好地将“绿色”与“智慧”相结合、如何更好地落实“双碳”建设。
从政策上来看，国家已明确提出了低碳发展引领生态文明建设的要求。《天津市碳达峰碳中和促进条例》中指出要“加强绿色港口建设，支持天津港建设零碳码头、低碳港区示范区”，天津港集团也在2021年联合相关单位发布了全球首份《港口碳中和实践白皮书》，探索港航业零碳发展新思路。上述文件体现了国家导向及企业自身的需要，同时也为今后项目的建设提供了一定的导向和标准。本文尝试以东疆二期集装箱码头项目为依托，探讨未来智能化集装箱码头在绿色、零碳方面的设计、建设思路。
2.1 清洁能源建设
实现零碳最直接有效的解决方案是清洁能源的引入。C段码头建设了2座4.5 MW风力式发电机、1.43 MW分布式光伏系统，每年可减少二氧化碳排放2.06万t，节约标煤约7 340.1 t。但因场地纵深有限，风机布置空间受地下管网影响，布置在场地北侧，调整空间较小。
东疆二期拟在此基础上加大清洁能源的投入力度，采用风能和光能，并以“风、光、储一体化”系统为平台，构建一体化储能系统，实现绿色能源系统稳定输出，能源供给零碳排放。根据项目建成后的能耗测算，可布置4座4.5 MW风力式发电机、光伏系统8.1万平米。风机单台年发电量约1 080万千瓦时，光伏系统每平米年发电量约250千瓦时，满足项目能耗需求。产生的电能可以采用“自发自用、余电上网”模式，实现清洁能源“可利用、可储存、可分享”。
2.2 细化能源管控
能源管理是生产运营的核心组成部分，既能保证码头的正常运营使用，又能从宏观上监控运营过程中的能耗，从而为提高能源利用率、降低能耗提供强大的数据支持及决策依据。C段码头为此搭建了智能化集装箱码头绿色能源管控平台V1.0，对引入的绿色清洁能源进行总体管控，通过智慧管理达到节能目的，目前平台运行良好，但还存在内部功能细部分化不够、功能模块开发不全面等问题。
为此在东疆二期的建设上，拟考虑对平台系统进行二次深入开发，并结合东疆二期的实际情况，升级集装箱码头绿色能源管控平台V2.0。一是从零碳入手，搭建码头全要素能源管理体系，构建零碳模型，实时监控码头的能耗情况，根据不同维度进行统计分析，跟踪码头碳中和能力，判断是否存在中和缺口，实现零碳建设动态调控与管理。
图1 码头全要素能源管理体系
二是通过建设港口微电网管理系统，支撑码头供电网稳定可靠运行和最大程度利用新能源发电。“港口微电网”是一种新型供电网结构，是一组分布式电源、负荷、负荷调控系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，实现传统码头供电网向智慧码头供电网的过渡。
2.3 水系统创新利用
C段码头受场地纵深条件等因素的影响，在水循环系统设计中，只实现了雨污水分离设计、污水回收利用等功能。东疆二期项目可以借助较好的场地条件，在集装箱堆场北侧建设景观蓄水池作景观水体，断面如图2。
图2 景观水体竖向布置
通过景观水体建设，提高港区雨水排水系统的调蓄能力，有效截留初期雨水的污染物，降低港区雨水的面源污染物排放，积极响应“两山”发展理念的要求。同时，景观水体挖方取土可就地用于堆场的回填用土，有利于工程内的土方平衡，节省工程投资。
此外，项目还可考虑引入海水淡化技术，将淡化海水与市政供水、回用污水一同作为港区生产生活用水，真正打造融“双碳节能、助力生产、城市景观、海绵生态”为一体的港区用水新方案。
本文结合天津港C段智能化集装箱码头在智能、绿色、零碳方面的的建设经验，分析了该项目的创新经验成果，同时也提出了进一步提升的空间及方向。并结合后续拟建东疆二期集装箱码头项目的初步研究，从新能源开发利用、智慧管理平台节能、水资源利用、零排放等多方面提出设计思路和解决方案，可为新一代智能化集装箱码头的绿色、零碳建设提供参考思路及方向。
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