綠色低碳理念下船閘運(yùn)營(yíng)管理措施研究

張 坤，朱增偉，杜曉嘯

(江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225300)

0 引言

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，我國(guó)資源消耗程度逐漸增加。由于資源利用率較低，對(duì)環(huán)境造成的影響較大，自然災(zāi)害問(wèn)題發(fā)生頻率連年增加[1]。為了改善資源消耗問(wèn)題，提出了綠色低碳理念，嘗試創(chuàng)造環(huán)境友好型社會(huì)。內(nèi)河運(yùn)輸作為一種不占用土地資源的運(yùn)輸方式，產(chǎn)生的污染較少，是低碳運(yùn)輸?shù)氖滓x擇對(duì)象。然而，隨著內(nèi)河水運(yùn)行業(yè)的迅速發(fā)展，船舶過(guò)閘擁擠問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致水運(yùn)的優(yōu)勢(shì)逐漸下降[2]。目前，關(guān)于船閘運(yùn)營(yíng)管理方法的研究不多，缺少效能和養(yǎng)護(hù)等方面的深入研究，提出的管理策略可靠性薄弱[3]。本文嘗試識(shí)別船閘運(yùn)營(yíng)綠色低碳因子，構(gòu)建船閘運(yùn)營(yíng)期能效模型，分析船閘運(yùn)營(yíng)能耗情況，根據(jù)分析結(jié)果，提出更為可靠的船閘運(yùn)營(yíng)管理策略。

1 綠色低碳理念下船閘運(yùn)營(yíng)管理必要性分析

1.1 綠色低碳理念下船閘運(yùn)營(yíng)管理對(duì)水運(yùn)的積極影響

雖然內(nèi)河水運(yùn)對(duì)環(huán)境造成的污染較小，但是隨著船只數(shù)量的增加，運(yùn)輸空間越來(lái)越小，少量的排放物積累起來(lái)，對(duì)環(huán)境造成的污染不容小覷[4]。如果內(nèi)河遭受污染，大量水資源陷入危機(jī)，不僅是灌溉用水，人們的飲用水也會(huì)受到一定影響，嚴(yán)重打破了人與自然和諧相處的局面。綠色低碳理念的提出，有助于船閘運(yùn)營(yíng)管理策略的改善。該項(xiàng)理念是從生態(tài)保護(hù)角度出發(fā)，通過(guò)分析節(jié)能減排情況，結(jié)合水運(yùn)資源，擬定合理的船閘運(yùn)營(yíng)管理方案。與傳統(tǒng)船閘運(yùn)營(yíng)方案相比，該管理方案應(yīng)用下出現(xiàn)內(nèi)河環(huán)境嚴(yán)重污染的情況較少，充分利用船閘空間和內(nèi)河資源，以更低的能耗，完成貨物的運(yùn)輸，并且河運(yùn)交通工具作業(yè)產(chǎn)生沖突的頻率會(huì)有所下降。綜合多個(gè)方面的對(duì)比分析可知，綠色低碳理念下船閘運(yùn)營(yíng)管理對(duì)水運(yùn)發(fā)展有著積極影響。所以，在接下來(lái)的船閘運(yùn)營(yíng)管理研究中，需要將綠色低碳理念作為前提條件。

1.2 船閘運(yùn)營(yíng)管理必要性分析

目前，因船只數(shù)量較多，大大提高了船閘通過(guò)量，導(dǎo)致閘區(qū)位置運(yùn)行能耗大幅度增加。該問(wèn)題的產(chǎn)生，與綠色低碳發(fā)展理念不符[5]。為了解決此類問(wèn)題，必須更好地規(guī)劃船閘運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，提出較為可靠的船閘運(yùn)營(yíng)管理策略。所謂船閘運(yùn)營(yíng)管理，指的是以遠(yuǎn)調(diào)站為起點(diǎn)，以船舶出閘作為終點(diǎn)，采取的科學(xué)有效指揮管理策略。一般情況下，船舶過(guò)閘需要7個(gè)管理部門共同完成，如果工作銜接出現(xiàn)問(wèn)題，或者操作產(chǎn)生沖突，可能加大船舶能耗，同時(shí)埋藏著安全威脅。由于當(dāng)前對(duì)于船舶過(guò)閘協(xié)調(diào)管理工作尚不成熟。所以，采取船閘運(yùn)營(yíng)管理具有一定必要性。

2 船閘運(yùn)營(yíng)綠色低碳因子識(shí)別與分析

2.1 船閘運(yùn)營(yíng)管理內(nèi)容

船閘運(yùn)營(yíng)管理的目的在于減少船舶過(guò)閘時(shí)間，為船舶前行和船閘作業(yè)創(chuàng)造安全環(huán)境，盡可能提高船閘作業(yè)有序性，從而達(dá)到改善船閘過(guò)閘服務(wù)現(xiàn)狀的目的。關(guān)于管理內(nèi)容的設(shè)置，主要分為6個(gè)模塊。①在遠(yuǎn)調(diào)站對(duì)船舶采取管制。②安排船舶登記，按照管理規(guī)定有序交費(fèi)。③分隊(duì)排序，按照先后順序安排船舶排隊(duì)進(jìn)入過(guò)閘區(qū)域，有序排列等待出閘。④根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，組合過(guò)閘船舶，使其得以最大限度通過(guò)船閘。⑤根據(jù)船舶通過(guò)船閘的時(shí)間，控制現(xiàn)場(chǎng)前進(jìn)次序，從而避免現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)閘秩序混亂。⑥考慮到出閘口寬度有限，所以仍需控制秩序，使得船舶按照一定次序從出口有序航行。

2.2 船閘運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的能耗

1)船閘運(yùn)行期間產(chǎn)生的能耗。此部分能耗受附屬設(shè)施和船閘過(guò)閘設(shè)施影響，消耗的主要能源類型有汽油、柴油、電力。這些能源消耗容易受多種因素影響，除了操作技術(shù)以外，還受結(jié)構(gòu)性因素和管理因素影響。其中，結(jié)構(gòu)性影響因素以能源消耗結(jié)構(gòu)、作業(yè)設(shè)備類型為主，合理選取節(jié)能設(shè)備顯得尤為重要，并且需要根據(jù)附屬設(shè)施的需求來(lái)配置。然而，當(dāng)前附屬設(shè)施較為齊全，包括洗浴、給排水、餐飲、建筑物、空調(diào)等，這些設(shè)施作業(yè)會(huì)消耗較多能源，并且缺少低碳節(jié)能的思考，所以能源消耗問(wèn)題較為突出。從技術(shù)層面來(lái)看，船閘能源消耗引發(fā)環(huán)境問(wèn)題主要體現(xiàn)在信息化技術(shù)及節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用情況，雖然當(dāng)前采取了一些節(jié)能技術(shù)，引入現(xiàn)代化信息分析及操作方法，但是優(yōu)化技術(shù)方案后，船閘電網(wǎng)處產(chǎn)生的諧波電流明顯變大，導(dǎo)致電網(wǎng)污染問(wèn)題的產(chǎn)生，并且對(duì)設(shè)備使用壽命造成了較大威脅。為了解決此類問(wèn)題，需要運(yùn)用諧波濾波器來(lái)控制諧波電流，目前已經(jīng)將該方案投入使用。從管理層面來(lái)看，綠色低碳發(fā)展離不開(kāi)節(jié)能政策，同時(shí)還需要幫助船閘管理人員加深對(duì)綠色低碳的理解，形成節(jié)能管理思想。實(shí)際工作開(kāi)展期間，各個(gè)部門相互配合，提升船閘運(yùn)營(yíng)能效，盡可能減少船閘故障的產(chǎn)生。

2)船閘維修養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的能耗。該類型能耗分為兩部分，分別是定期檢修能耗、日常養(yǎng)護(hù)能耗。相比之下，定期檢修消耗的能源更多一些。如閘閥門檢修、船閘水工修補(bǔ)等。目前，為了減少維修養(yǎng)護(hù)能耗，以日常養(yǎng)護(hù)作為重點(diǎn)開(kāi)展工作，使得船閘問(wèn)題產(chǎn)生頻率得以下降，在此情況下延長(zhǎng)檢修周期，有助于能耗控制。

2.3 相關(guān)影響因素

2.3.1 水環(huán)境污染源

1)定期檢修船閘工作開(kāi)展中生成的污水，污水排放到水環(huán)境中，對(duì)其造成影響。

2)生活污水排放。

3)船舶過(guò)閘期間產(chǎn)生的含油廢水，船舶人員排放的生活污水。

2.3.2 噪聲污染源

引航道船舶航行期間產(chǎn)生的噪音，同時(shí)位于閘區(qū)的船舶也會(huì)發(fā)出一些噪聲，對(duì)周圍居民生活造成了影響。

2.3.3 大氣污染源

該影響因素的產(chǎn)生來(lái)自兩個(gè)方面，其中一個(gè)方面是船閘運(yùn)營(yíng)期間，船舶在引航道和閘區(qū)活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尾氣，例如CO、煙塵顆粒等，這些尾氣均會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染。另外一個(gè)方面是船閘檢修期間產(chǎn)生的揚(yáng)塵，例如，沙石堆砌、檢修物料運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)伴隨著一定揚(yáng)塵，容易對(duì)大氣環(huán)境造成較大影響。

2.3.4 固體廢棄物污染源

船閘檢修施工期間產(chǎn)生的固體廢棄物，在安置不合理的情況下，對(duì)周圍環(huán)境影響較大，部分區(qū)域出現(xiàn)二次污染情況。其中，固體廢棄物類型主要包括施工生活垃圾、拆除固體垃圾等。除此之外，船閘管理及其基層工作人員在開(kāi)展工作中也會(huì)產(chǎn)生一些生活垃圾。

3 船閘運(yùn)營(yíng)期能效模型的構(gòu)建

3.1 船閘運(yùn)行能效指數(shù)及模型

船閘運(yùn)行能耗計(jì)算公式如下：

Ey=Eg+Ef+Ez

(1)

式(1)中，Eg代表過(guò)閘船舶控制系統(tǒng)中各類設(shè)備消耗的能量；Ef代表過(guò)閘期間附屬設(shè)施消耗的能量；Ez代表照明消耗的能量。

1)Eg設(shè)備消耗能量計(jì)算。該部分能耗分為兩部分，其中一部分為船閘作業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)消耗的能量(以年均能量作為參數(shù))，以電能消耗為主，采用系數(shù)折算方法，可以得到設(shè)備作業(yè)的碳排放量。另外一部分能源的消耗為船閘啟閉機(jī)械控制消耗的能量。

2)Ef附屬設(shè)施消耗能量計(jì)算。綜合考慮3個(gè)區(qū)域能耗，根據(jù)設(shè)備種類、作業(yè)功率、作業(yè)時(shí)間等參數(shù)，計(jì)算得到年均消耗能量。其中，涉及到的區(qū)域包括生活區(qū)、辦公區(qū)、服務(wù)配套區(qū)。計(jì)算每一臺(tái)設(shè)備年均消耗能量，累加到一起，形成總能耗計(jì)算結(jié)果。

3)Ez船閘區(qū)照明能耗計(jì)算。以不同種類光源作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，通過(guò)計(jì)算每一種光源類型照明燈消耗能源結(jié)果，將其累加到一起，形成總照明能耗。

關(guān)于船閘運(yùn)行能效指數(shù)模型的構(gòu)建，以1萬(wàn)t船舶通過(guò)量為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)船閘運(yùn)營(yíng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)產(chǎn)生的能耗，該結(jié)果就是運(yùn)行能效指數(shù)，模型如下：

(2)

式(2)中，Ey代表船閘運(yùn)營(yíng)期間消耗能源，單位t；ey代表船閘運(yùn)行能效指數(shù)，指的是萬(wàn)噸船舶通過(guò)量條件下的標(biāo)準(zhǔn)煤；P代表船舶通過(guò)量，單位萬(wàn)t。

3.2 船閘維修養(yǎng)護(hù)能效指數(shù)及模型

船閘維修養(yǎng)護(hù)工作開(kāi)展期間，涉及到的能量消耗種類包括施工能量、運(yùn)輸能量、船閘配件能量，需要合理控制這些能量的輸出，才能夠控制維修養(yǎng)護(hù)能耗。以下為能耗模型：

Ew=Em+Et+Ep

(3)

式(3)中，Em代表船閘配件能耗，包括底樞、頂樞、閘門等；Et代表運(yùn)輸能耗，具體指的是材料運(yùn)輸過(guò)程中消耗的能量；Ep代表施工能耗，包括施工運(yùn)輸機(jī)械作業(yè)能耗、施工材料能耗等。

關(guān)于養(yǎng)護(hù)能效指數(shù)模型的構(gòu)建，以大修周期作為時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)該時(shí)間段內(nèi)船閘通過(guò)1萬(wàn)t后消耗的維修養(yǎng)護(hù)能量。計(jì)算公式如下：

(4)

式(4)中，ew代表能效指數(shù)；Ew代表時(shí)間段內(nèi)維修養(yǎng)護(hù)消耗的能量；P代表時(shí)間段內(nèi)船閘通過(guò)量，單位萬(wàn)t。

4 基于能效分析的船閘運(yùn)營(yíng)低碳管理措施

4.1 船閘運(yùn)行低碳管理

嚴(yán)格按照空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，控制船舶碳排放量，可以要求船舶安裝碳排放檢測(cè)裝置，在通過(guò)船閘時(shí)，讀取該數(shù)據(jù)信息，如果未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，采取罰款等處罰措施。另外，加強(qiáng)垃圾回收處理管理，按照垃圾類別不同，采取不同的處理方式，部分垃圾通過(guò)處理裝置直接分解，形成對(duì)環(huán)境影響較小的物質(zhì)，排放到水中[6]。綜合其他相關(guān)指標(biāo)管理數(shù)據(jù)，計(jì)算船閘運(yùn)行能效指數(shù)，如果在允許范圍之內(nèi)，則認(rèn)為當(dāng)前管理策略符合低碳管理要求，否則需要不斷加強(qiáng)優(yōu)化[7]。

4.2 船閘維修養(yǎng)護(hù)低碳管理

根據(jù)維修養(yǎng)護(hù)能效指數(shù)模型可知，想要加強(qiáng)此方面低碳管理，必須從降低維修養(yǎng)護(hù)能耗角度出發(fā)，設(shè)定管理評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每一項(xiàng)與能耗相關(guān)的工作加強(qiáng)管理。船閘維修養(yǎng)護(hù)低碳管理體系如表1所示。

表1 船閘維修養(yǎng)護(hù)低碳管理體系

如果單項(xiàng)得分未能達(dá)到3分，且總分不足10分的管理評(píng)價(jià)結(jié)果視為不合格，需要重新擬定低碳管理實(shí)施策略。

4.3 過(guò)閘船舶節(jié)能低碳管理

為了實(shí)現(xiàn)過(guò)閘船舶節(jié)能低碳管理，可以借助現(xiàn)代化遠(yuǎn)程控制技術(shù)，通過(guò)采集閘門處船舶過(guò)閘實(shí)際信息，按照管理標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送指揮提示信息，同時(shí)船閘機(jī)械控制開(kāi)啟節(jié)能模式，根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)控制啟閉狀態(tài)[8]。其中，指揮提示采用語(yǔ)音播報(bào)的方式，借助現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)音裝置完成現(xiàn)場(chǎng)播放，從而使得船舶有序進(jìn)入過(guò)閘區(qū)域。這種方式減少了人力資源的投入，相應(yīng)的配套設(shè)施也可以減少，符合節(jié)能低碳管理要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞船閘運(yùn)營(yíng)管理問(wèn)題展開(kāi)探究，從保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，提出綠色低碳理念的應(yīng)用研究。通過(guò)分析船閘運(yùn)營(yíng)資源消耗與利用情況，結(jié)合相關(guān)影響因素，以提高能源利用率，減少環(huán)境污染為目的，提出一些船閘低碳管理措施，可以為船閘低碳管理工作的開(kāi)展提供可靠依據(jù)。