西非港口能源转型的环境权衡：全球证据与区域适用性评估

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Environmental Trade-Offs in port energy Systems: Global evidence and transition challenges for West African ports

　　

全球可持续发展浪潮加大了港口脱碳压力。本文对港口能源系统的环境权衡进行了批判性审视，并评估了全球经验如何为西非港口的能源转型提供借鉴。研究考虑了生物燃料、氢能、岸电供应（Onshore Power Supply, OPS）、可再生能源及混合系统，同时兼顾影响实施的基础设施、经济和制度条件。本文的创新之处在于将生命周期影响、运营与经济考量、治理约束及西非适用性整合于统一分析框架之中。证据表明，更清洁的港口能源系统可降低运营排放，但结果仍取决于具体情境。例如，温哥华弗雷泽港务局（Vancouver Fraser Port Authority）的岸电扩建与离岸排放减少20.1%相关，而布什尔商业港（Bushehr Commercial Port）的模拟太阳能光伏系统年发电量约7.39 GWh，性能比（performance ratio）达83.92%。上述发现展示了技术潜力，但并不能直接移植至西非港口。区域在港口级生命周期评估、基线能源与排放数据、测量报告与核查（Measurement, Reporting and Verification, MRV）、治理、技术经济评估及社会环境评价等方面仍存在重大缺口。因此，证据支持采取分阶段、因地制宜的转型路径，以能效提升、可再生能源系统、岸电供应、强化监测及改善治理为基础。

论文解读：西非港口能源转型的环境权衡与全球经验借鉴

一、研究背景与问题提出

港口作为全球货物与服务交换的关键节点，在全球能源转型中处于特殊而艰难的位置。港口集聚了船舶、货物装卸设备、码头车辆、建筑及配套运输系统等高能耗活动，且位于环境敏感的沿海区域。国际海事组织（IMO）第四次温室气体研究显示，2018年全球航运业务排放约10.56亿吨CO₂，相当于全球人为CO₂排放的约2.89%。对于发展中经济体而言，气候投资、债务和发展融资方面的约束使转型更加复杂。

现有文献多聚焦于提升运营效率和减少直接排放，但近期研究揭示了一个关键问题：仅关注运营能效或直接碳排放并不足以全面表征环境绩效。例如，莫罗斯-达萨等人（2025）对26个海港的评估发现，随着可再生能源技术的叠加组合，环境负面影响反而增加，其影响主要与设备制备、安装和运营相关，包括对生物多样性、土壤、水和景观的效应。这表明，可再生能源部署本身并不能保证环境可持续性，其全生命周期和特定场址影响必须纳入考量。

与此同时，实施证据显示港口转型不仅受技术选项影响，更受制度、财政和组织条件制约。阿勒穆什（2024）对223个港口的考察发现，仅23.8%的港口在较大程度上实施了脱碳技术，约51%仅少量实施或完全未实施。政策转移研究也表明，在成熟能源市场中表现良好的政策与融资工具，在资源较匮乏的港口系统中未必能产生相同效果。

西非港口的转型背景与较成熟港口系统存在显著差异。虽然该区域已出现对港口和能源转型日益增长的兴趣，但实施能力和支撑证据基础仍在发展之中。例如，拉各斯和廷坎港的年船舶相关排放估计约16,335吨CO₂，但该评估仅关注船舶，未整合码头设备能耗或比较替代能源路径。研究缺口并非脱碳选项的缺失，而是缺乏评估哪些选项适合西非港口的综合基础——即缺乏将环境可信度、技术经济绩效和实施条件整合于一体的分析框架。

二、研究内容与主要结论

本研究采用结构化文献综述方法，遵循PRISMA 2020指南，系统检索了2020年至2026年7月间发表于Scopus和Web of Science核心合集的相关同行评审研究。四组互补检索式（S1–S4）分别覆盖港口能源使用与环境影响、可再生能源/电气化/岸电、替代燃料及相关环境影响、非洲及西非港口能源证据。去重后共1,199条唯一记录进入筛选，经标题摘要筛选和全文评估后，158篇期刊文章和综述符合正式数据库纳入标准，另44篇2011–2019年及至2024年的基础性、方法论或区域相关文献被保留在正式检索路径之外，最终学术证据库共202篇文献。此外，21篇机构、政策和监管来源被保留以提供统计、监管和区域背景，完整证据库共223篇参考文献。

研究的主要结论包括：第一，更清洁的港口能源系统能够减少运营排放，但结果高度依赖具体情境；第二，全球证据表明，技术可行性并不自动意味着环境优越性或可直接移植性；第三，西非港口在港口级生命周期评估、基线能源与排放数据、MRV、治理、技术经济评估及社会环境评价方面存在重大缺口；第四，证据支持采取分阶段、因地制宜的转型路径。

三、关键技术方法

研究人员采用了以下主要方法：其一，基于PRISMA 2020指南的结构化文献检索策略，使用Scopus和Web of Science双数据库、四组布尔检索式（S1–S4）进行系统检索；其二，明确的纳入与排除标准，要求研究具有可识别的港口相关系统及至少一个可解释的环境、能源、技术、运营或技术经济结果；其三，结构化数据提取框架，涵盖研究地点、港口或系统、能源或燃料技术、分析方法、系统边界、环境指标、能源绩效、量化发现、经济影响、实施条件及报告局限性等变量；其四，批判性评估方法，依据方法透明度、数据质量、假设清晰度、系统边界定义、不确定性处理及与研究情境的相关性进行评价，因证据库包含排放清单、生命周期评估、技术建模、技术经济评估和定性治理研究等异质性研究设计，未采用单一数值质量评分；其五，结构化主题综合方法，因证据在技术、方法、地理环境、功能单位和环境指标方面差异显著，统计荟萃分析被认为不适用，转而采用主题综合识别共同发现、对比证据、环境权衡和区域知识缺口。

四、研究结果

（一）港口运营当前能源使用概况

传统能源方面，柴油和重质燃料油（HFO）占区域能源供应结构的80%以上。HFO每吨燃料产生3,114 kg CO₂和6.94 kg PM_2.5，船用柴油（MDO）每吨产生3,206 kg CO₂和0.83 kg PM_2.5。虽然IMO 2020硫含量上限已强制要求船用燃料硫含量从3.5%降至0.5%（m/m），但西非多国执法薄弱，国内船队仍使用高于0.5%（m/m）的高硫混合燃料。岸电供应（OPS）虽可显著减少SO_x、NO_x和PM排放，英国普利茅斯港和台湾高雄港的CO₂减排率分别达83.6%和57.16%，但西非多数港口缺乏OPS设施。HFO的低成本和柴油的便携性确保了其持续使用，而增量措施和选择性低硫切换无法完全抵消其相较于可再生能源或氢、氨等先进替代方案的温室气体排放。

可再生能源整合方面，太阳能光伏（PV）在港口脱碳中可发挥重要作用，埃及亚历山大港和萨法加港的评估显示LCOE为80.7–90.1 /MWh，低于海上风电的103.9–178.3/MWh和氢燃料电池的166.8–172 /MWh。然而，PV性能受温度、积尘等运营条件影响，西非哈马丹风沙期的积尘可导致短期输出下降，除非将清洁纳入日常维护。PV全生命周期排放约13–45gCO₂?eq/kWh，能量回收期0.8–1.8年，组件制造、硅片生产和硅提纯贡献了主要环境影响。风能方面，陆上风电LCOE约50/MWh，海上风电约80 /MWh，但埃及三港评估显示海上风电LCOE高达103.9、140.8和178.3/MWh，表明风能经济性高度依赖具体情境。尼日利亚海岸线的离岸风资源评估显示深水区域具有较强技术和经济潜力，但港口基础设施准备度、环境影响和政策条件等实施要求未获充分关注。氢能和燃料电池方面，绿氢（可再生电力电解生产）成本约4–7.5 /kg，是化石基路径（蒸汽甲烷重整，SMR）约0.8–1.5/kg的三至六倍。氢能的环境优势取决于生产路径，农业残余物气化产氢约1.30 kg CO₂-eq/kg H₂，而化石基路径若未结合碳捕集则保留大量上游排放。生物燃料方面，其与现有船用系统的兼容性使其成为近期整合的潜在过渡燃料，但环境绩效强烈依赖原料来源和生产路径。

（二）环境与生命周期影响

研究显示，港口能源系统的环境绩效不能仅以运营排放衡量。莫罗斯-达萨等人（2025）对26个海港的评估表明，同时使用太阳能、风能、潮汐能和波浪能产生最高总体影响，主要与制备、安装和运营相关。温哥华弗雷泽港务局的综合评估显示，2020–2024年间年排放约899–1,012 kt CO₂-eq，离岸海事活动贡献超过一半；2021–2022年岸电扩建后离岸排放减少20.1%，最激进情景预计到2050年相对2024年减排高达86%。布什尔商业港的模拟太阳能光伏系统以6,336块面板提供约3.707 MW直流安装容量，年发电约7.386 GWh，性能比83.92%。这些研究表明，强有力的技术绩效可证明可行性，但本身并不能确定哪个选项在环境上更优或可轻易移植至其他港口。

（三）实施条件与治理约束

实施证据集中分布于发达港口。阿勒穆什（2024）对223个港口的分析发现，政策和管理工具对脱碳技术实施的影响最强，能力、经济条件和组织间关系也有显著效应，但所考察因素仅解释了实施差异的43%。欧洲97个港口的研究显示，96%拥有环境政策，约80%运营环境监测计划，超过一半提供OPS，约三分之一提供液化天然气（LNG）加注。马来西亚港口虽在采用混合RTG起重机、岸电和太阳能项目等可持续措施，但基础设施、资金和数字整合约束仍限制广泛实施。政策转移研究显示，优惠贷款在高收入经济体中与非水电可再生能源容量增加约7–8个百分点相关，而若干较复杂政策工具在低收入环境中效果较弱或不一致。

五、讨论与结论

讨论部分强调，全球港口能源证据基础虽已相当充实，但在技术、环境和实施维度间的整合仍不均衡。12项基准研究中仅3项直接考察西非港口情境，涵盖拉各斯和廷坎港、塔科拉迪港及欧洲与西非比较案例。技术研究确定了可减少港口排放的措施，环境研究表明清洁能源系统也可能产生上游和本地影响，实施研究证明技术可用性并不必然导致采纳。没有任何基线研究将这些维度全面整合于西非港口情境中。

研究结论指出，港口能源转型不能依赖单一技术方案，而需采取协调的脱碳措施组合并逐步推进。更清洁的港口能源系统可减少运营排放，但结果取决于具体情境。西非港口面临的主要缺口包括港口级生命周期评估、基线能源与排放数据、MRV体系、治理框架、技术经济评估及社会环境评价。证据支持采取分阶段、因地制宜的转型路径，以能源效率提升、可再生能源系统、岸电供应、强化监测和改善治理为基础。全球经验可提供有价值的参考，但其直接移植性受基础设施、经济和制度条件的制约。西非港口需在发展自身证据基础的同时，结合区域太阳能和风能资源优势，在基础设施准备度、融资能力和治理能力允许的范围内逐步推进能源转型。