陶学宗，吴 琴，尹传忠

(上海海事大学 交通运输学院，上海201306)

0 引言

中国是全球港口集装箱吞吐量最大的国家，2016年全国规模以上港口集装箱吞吐量达2.180亿TEU，其中国际集装箱吞吐量占比约74%(根据德鲁里统计数据测算).目前，我国大多数港口的国际集装箱内陆段运输(Inland Transport of International Containers,ITIC)主要涉及道路运输和铁路运输2种方式.前者因能实现“门到港”或“港到门”直达运输，且灵活、方便，故在ITIC中发挥了重要作用.然而，道路运输具有能耗强度高(为铁路的8.414倍)、CO2排放量大(占交通行业70%以上)等问题[1]，不利于港口城市的可持续发展和区域低碳交通体系建设.而铁路运输因需集卡短驳和换装作业，不被托运人青睐，故所占ITIC比重较低，比较优势难以发挥.在此背景下，国家主管部门和地方政府纷纷出台相关政策推动铁水联运发展，促进部分ITIC由公路向铁路转移，以期缓解港口城市交通拥堵，减少能源消耗和CO2排放.为评估这些政策对区域交通CO2减排目标的影响，亟需针对ITIC建立一套反映客观现实、具有较强可操作性的CO2排放估算方法.

ITIC本质上属于运输通道上的集装箱运输，其运作模式有2种：道路运输和公铁联运.目前，国内外部分学者已对运输通道上集装箱道路运输和公铁联运的CO2排放估算问题进行了探索性研究(表1).从研究区域看，主要集中在北美、欧洲和亚洲.从估算方法看，主要采用“自下而上”法，又称基于活动的方法，即根据集装箱运输周转量、能耗强度和排放系数等进行估算，通常适用于缺乏燃料消耗量数据的情况.“自上而下”法又称基于能源的方法，即根据集装箱运输能源消耗量数据和相应CO2排放系数进行估算.若能获取能源消耗量数据，通常采用“自上而下”法，其结果也更为可靠.否则，只能采用“自下而上”法，但具体估算模型可结合精度要求和数据可得性灵活设定，其结果可靠性与数据详细程度有较大关系.由于集装箱运输通道往往跨越多个行政区域，难以获得能源消耗量数据，因此通常采用“自上而下”法.从研究视角看，文献[2-8]均未考虑空箱调运排放问题，文献[7-8]忽略了装卸作业和短驳运输排放，文献[4-6]忽略了能源生命周期排放，这将不同程度地低估公铁联运的CO2排放量.

表1 道路货运和公铁联运CO2排放估算相关研究综述Table 1 Review on estimation of CO2emissions from road freight transportation and road-rail combined transportation

鉴于铁路运输更为复杂(需集卡短驳和中转换装)，且货物装箱前的空箱调运也会产生CO2排放，以及不同类型燃料终端排放差异悬殊、不具可比性等客观事实，本研究将基于运输链视角和能源生命周期理念，重点研究国际集装箱内陆段铁路运输链(InlandRailwayTransportChainof International Containers，IRTCIC)的 CO2排放估算问题，为评估区域交通政策的CO2减排效果提供技术支持.本文拟在分析IRTCIC运作模式的基础上，建立IRTCIC的CO2排放估算模型，并以义乌出口箱为例进行实证分析，最后得出相应结论.

1 IRTCIC运作模式分析

IRTCIC是指外贸货物以集装箱形式在港口与腹地之间的装卸作业、集卡短驳、中转换装、铁路干线运输等环节的整合，主要由基础设施、机械设备、运输对象等组成.由于我国大部分集装箱港口未引入铁路专用线，且拆装箱点距内陆铁路站有一定距离，因此IRTCIC通常需要2次短驳和中转换装.同时，我国外贸具有出口大于进口，且进口和出口流程类似、方向相反等特点，故本文以出口为例说明IRTCIC的运作模式.目前，IRTCIC的出口运作模式主要有内陆集卡调运空箱和公铁联运调运空箱2种.两者的共同点在于，重箱集港都由公铁联运完成；不同之处在于，前者是由集卡从内陆港调运空箱，后者是通过公铁联运从港口码头或临港堆场调运空箱.相对而言，后者更为复杂，其具体流程如图1所示.

图1 公铁联运调运空箱模式下出口重箱内陆段铁路运输链示意图Fig.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跨越多个行政区域，难以获得能源消耗量数据，故“自上而下”法不适用.因此，本文采用“自下而上”法.其中，ASIF方程(式1)是一种典型的“自下而上”法[9]，多用于国家层面的CO2排放量估算.但因其仅考虑运输活动本身，未考虑装卸、中转换装等辅助作业，故不能直接应用于IRTCIC的CO2排放估算.因此，本文根据作业环节，将IRTCIC的活动分为铁路干线运输、集卡短驳运输和节点装卸作业3类，并对ASIF方程进行广义化处理，分别建立干线运输(式2)、短驳运输(式3)和装卸作业(式4)的CO2排放估算模型.

式中：C为运输业CO2排放量(kg)；A为运输活动总量(t·km)；S为运输方式结构(%)；I为运输方式能耗强度(kgce/(t·km))；F为能源CO2排放系数(kg/kgce)；m为运输方式类型；f为能源类型.

式中：Cr为铁路干线运输 CO2排放量(kg)；Ar为铁路干线运输周转量(TEU·km)；Sr为机车牵引结构(%)；Ir为机车能耗强度(内燃机车为L/(TEU·km)，电力机车为kWh/(TEU·km))；F为能源CO2排放系数(柴油为kg/L，电力为kg/kWh，LNG为kg/kg，下同)；i为机车类型；f为能源类型(取1表示柴油，取2表示电力，取3表示LNG，下同)；c为能源生命周期(取0表示T2W，tank-to-wheel，油箱到车轮；取1表示W2W，well-to-wheel，油井到车轮，下同).

式中：Ct为集卡短驳运输 CO2排放量(kg)；At为集卡短驳运输周转量(TEU·km)；St为集卡结构(%)；It为集卡能耗强度(柴油车为L/(TEU·km)，LNG车为kg/(TEU·km))；j为集卡类型.

式中：Ch为装卸作业CO2排放量(kg)；Ah为装卸机械作业总量(TEU)；Sh为装卸机械结构(%)；Ih为装卸机械能耗强度(柴油机械为L/TEU，电力机械为kWh/TEU)；k为装卸机械类型.

其中，铁路干线运输周转量、集卡短驳运输周转量、装卸机械的作业总量分别按式(5)～式(7)计算.

式中：V为IRTCIC的运输量(TEU)；Lr为铁路运距(km)；Lt为公路短驳加权平均运距(km)；为铁路车站与装(卸)点p的距离(km)；为装(卸)点p的装卸量占比(%)；为k类装卸机械完成的作业量(TEU).

最终可得IRTCIC的排放总量C(t)及CO2综合排放强度CI(kg/(TEU·km))如式(8)和式(9)所示.

3 实证研究

本部分选取外贸经济特色鲜明且课题组具有一定研究基础的义乌—宁波铁路运输链进行实证分析.

义乌位于浙江省中部，是金华市下辖县级市，面积1 105 km2，2016年常住人口128万.义乌经济实力雄厚，2016地区生产总值1 118亿元，2017年中国县域经济百强排名第6；是世界著名的“小商品之都”，被摩根士丹利等权威机构称为“全球最大的小商品批发市场”，每年有170多万种小商品销往全球200多个国家和地区，其中70%销往中东、非洲、欧洲和美国.义乌自2013年4月18日起试运行市场采购贸易方式后，出口贸易飞速发展，2016年出口额达2 201.600亿元(占进出口总额98.749%)，其中市场采购贸易出口额1 851.200亿元(占出口总额84.084%).

3.1 义乌经宁波出口箱运输模式

义乌出口小商品具有批量小、品种多、重量轻等特点，出口重箱约95%为40 ft高箱，约5%为20 ft普通干货箱.2016年义乌出口重箱88.600万TEU，90%经宁波舟山港宁波港域(以下简称宁波港域)装船出境.2009年以前，义乌经宁波出口箱全部采用集卡运输.2009年2月28日，义乌西站开通至北仑港站的集装箱海铁联运班列(简称义甬班列)，但由于运价、海关监管等方面的问题未实现常态化运行.2013年试行市场采购贸易方式后，义乌市出台补贴政策和宁波市共同推动义甬班列恢复运行.同年10月20日，义甬班列恢复运行.2016年12月29日，义甬班列提档升级，采用固定车底循环运输模式每周一～周六不间断进行，具体由宁波港国际物流有限公司负责操作运营.截止2016年底，义甬班列发运11 808 TEU，占义乌经宁波出口箱量的1.481%.义甬间出口箱内陆段铁路运输链(Inland Railway Transport Chain of Exported Containers，IRTCEC)的运作模式属于公铁联运调运空箱模式.

3.2 相关数据采集

本研究根据课题组于2017年6月16～18日和8月24～26日对铁路义乌西站、义乌货代企业、义乌港、义乌集卡车队、宁波舟山港、北仑港站、宁波集卡车队等进行的实地调研，同时结合统计资料、公开文献、新闻报道及测算，得到义甬间IRTCEC相关数据，如表2所示.

3.3 计算结果分析

根据式(2)～式(8)，可得义甬间IRTCEC的CO2排放量为

根据式(9)，可得义甬间IRTCEC的CO2综合排放强度为

本文考虑装卸作业、集卡短驳、空箱调运和能源生命周期等排放(设为基准情景)，将表2有关数据代入式(10)和式(11)，可得到基准情景下义甬间IRTCEC的CO2排放量为1 336 t，CO2综合排放强 度为0.158 kg/(TEU⋅km).

表2 义甬间IRTCEC相关参数值Table 2 Parameter values related to IRTCEC between Yiwu and Ningbo

根据调研和公开信息，结合式(9)可得Sn(n=1,…,s)情景下CO2排放量CSn及其与基准情景CO2排放量的差值等信息，如表3所示.

表3 义甬间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，忽略虑集卡短驳、装卸作业、空箱调运、电力排放和能源生命周期排放等因素中的某一因素或多个因素，会不同程度地低估(-8.002%～-99.215%)义甬间IRTCEC的CO2排放量，其中不考虑装卸作业影响最小，全部忽略影响最大.宁波短驳LNG集卡比例提升对减少义甬间IRTCEC的CO2排放量的作用有限(-0.559%)，而修建铁路的减排效果较为显著，最多可减少CO2排放量22.821%.

3.4 比较研究

根据既有研究[2-4，7-8]，整理出了国内外铁路集装箱运输链的CO2综合排放强度，如表4所示.总体而言，铁路集装箱运输链CO2综合排放强度因区域不同而有所差异，基本上在0.158～0.263 kg/(TEU·km).其中，本文所得义甬间IRTCEC的CO2综合排放强度最低，其主要原因是该线路电气化率高，除两端调车采用内燃机车外，其余全为电力机车牵引，且华东地区外购电力排放因子为中国最低.其次，就相同或相近铁路运输通道而言，CO2综合排放强度呈现出随运距增加而降低的特征，这一特征遵循“递远递减”原理.

表4 不同铁路集装箱运输链CO2综合排放强度比较Table 4 Comparison on CO2emissions intensity of different railway container transport chain

4 结论

本文基于运输链视角和能源生命周期理念，对ASIF框架进行改进，建立了IRTCIC的CO2排放估算模型，并以义甬间IRTCEC为例进行了实证分析，估算了不同情景下的CO2排放量.主要结论如下：

(1)义甬间铁路集装箱运输链的CO2排放量为1 336 t，在忽略装卸、集卡短驳、空箱调运和能源生命周期排放情况下CO2排放量将被低估99.215%，忽略装卸作业对CO2排放影响不大.

(2)义甬舟大通道和穿山铁路支线建设，将会减少CO2排放22.821%，而提高宁波短驳集卡LNG比例对CO2减排影响极小.

(3)义甬间铁路集装箱运输链的CO2排放强度最低，相同或相近铁路运输链CO2排放强度呈现递远递减的变化规律.

本文提出的铁路运输链CO2排放估算方法同样适用于国际集装箱内陆段道路运输和水路运输，只需根据实际情况删减或替换相关参数即可.

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