王 峰，周 玨

（1.江蘇電力節(jié)能服務(wù)有限公司，南京 210009；2.國家電網(wǎng)公司 電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心，南京 210024）

近年來，隨著國家經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，港口建設(shè)的步伐越來越快，船舶?？看a頭的數(shù)量和密度大幅增加，為此需要消耗大量燃油，形成了規(guī)模壯觀的“海上流動煙囪”。船舶燃油供電受船舶自身設(shè)備質(zhì)量、規(guī)模、品質(zhì)等局限性影響，燃油利用率不高、損耗嚴重，且船舶柴油機產(chǎn)生的過剩電能又不能儲存，消耗了大量的能源，造成了大量浪費，也對港口城市環(huán)境造成了巨大的破壞。煉油廠、發(fā)電廠、汽車與港口的廢氣排放量比較集中，港口排放的有害氣體超過汽車，根據(jù)集裝箱港口的廢氣排放分析，42%的可吸入顆粒物PM10和32%的NOx是由靠港船舶產(chǎn)生的，因此靠港船舶是港口節(jié)能減排的關(guān)鍵對象。船舶?？看a頭所產(chǎn)生的巨大能源浪費和環(huán)境污染使得船舶在港口內(nèi)的節(jié)能減排工作日益緊迫。

我國港口船舶岸電供電系統(tǒng)建設(shè)起步較晚，目前僅蛇口、連云港、上海外高橋、河北黃驊港等少數(shù)幾個國內(nèi)港口建設(shè)了相應(yīng)系統(tǒng)，但由于技術(shù)不成熟、商業(yè)模式缺失以及項目經(jīng)濟收益較差等原因造成國內(nèi)港口船舶岸電供電系統(tǒng)建設(shè)推廣相對緩慢。江蘇連云港在2010年完成了總?cè)萘繛? 500 kVA的船舶岸電供電項目建設(shè)，在靠泊的“中韓之星”滾裝船上首次應(yīng)用岸電供電技術(shù)代替船用燃油，該船目前每周兩航班，系統(tǒng)改造后節(jié)能減排效果明顯。

1 船舶岸電技術(shù)原理

船舶岸電技術(shù)是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機，改用陸地電源供電。港口提供岸電的功率應(yīng)能保證滿足船舶停泊后所必需的全部電力設(shè)施用電需求，包括生產(chǎn)設(shè)備、生活設(shè)施、安全設(shè)備和其它輔助設(shè)備。岸電系統(tǒng)由安裝在碼頭的供電系統(tǒng)和安裝在船舶上的變電系統(tǒng)兩大部分組成。碼頭供電系統(tǒng)由碼頭前沿港區(qū)變電所供電，經(jīng)過變壓、變頻，將輸入供電轉(zhuǎn)化為滿足船只需求的電源，利用電纜溝和輸送棧橋等設(shè)施，將高壓電纜敷設(shè)至碼頭前沿，碼頭前沿安裝高壓接線箱供船舶連接，通過船載變電站變壓后為船舶供電。港口實施岸電供電需進行一些改造工作，一是對港區(qū)碼頭進行電力增容擴建，新建碼頭功率裕量大，可滿足岸電供電需求，但對于老碼頭需對降壓變壓器進行增容改造；二是需加裝大功率變頻電源，這是由于我國港區(qū)供電采用50 Hz的交流電制，而靠港船舶來自世界各地，許多國家船舶采用60 Hz的交流電制；三是需加強港口碼頭的合理規(guī)劃布局，合理選擇岸電供電連接點，合理設(shè)置高低壓變頻系統(tǒng)和變壓系統(tǒng)位置，使得低壓電纜接線最短，節(jié)約投資，提高經(jīng)濟效益。港口實施岸電供電技術(shù)應(yīng)用主要存在以下一些技術(shù)困難：包括港區(qū)和船舶采用的交流電制差異、低壓電力輸送損耗較大、船電與岸電電氣連接的安全問題、船電與岸電連接電氣接口問題、船電對岸電系統(tǒng)干擾問題等。

2 典型船舶岸電技術(shù)系統(tǒng)介紹

2.1 高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)

高壓變頻變壓船用岸電技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)點為采用分離式設(shè)計，通過有效的利用碼頭現(xiàn)有設(shè)施資源，合理分布設(shè)備，在碼頭區(qū)域上配置高壓變頻變壓裝置，占用場地小，不影響碼頭正常作業(yè)。僅需一根高壓電纜，船體上設(shè)置降壓變壓器，供電末端則采用IT供電模式（保證了不間斷供電要求），連接十分便捷。這種方式解決了電制差異、電纜拖接和電力切換等技術(shù)難題，具有一鍵操作、全自動數(shù)字化控制、一個接口、操作簡便、高壓上船和不間斷供電等特點。船岸以太網(wǎng)通信，實現(xiàn)船岸實時監(jiān)測、實時控制保護、自動電壓跟蹤、自動調(diào)整等功能，運行安全智能。高壓岸電電源所提供的供電容量大，可以滿足船舶在靠港期間的作業(yè)用電。高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標如表1所示。

2.2 船用低壓變頻變壓供電系統(tǒng)

船用低壓變頻變壓供電技術(shù)，實現(xiàn)了50 Hz/60 Hz雙頻供電，使用了快速軟接觸的插頭插座和柔性電纜，推廣高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)，但同樣存在設(shè)備的閑置率和使用壽命等問題。低壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

3 船舶岸電技術(shù)應(yīng)用效益分析

3.1 環(huán)境效益

港口岸電技術(shù)的應(yīng)用對港口碼頭的廢氣污染物減排意義重大，可作為國家大氣污染治理的主要手段之一。以連云港港號59號泊位岸電技術(shù)應(yīng)用為例，該泊位主要供“中韓之星”號客滾船?？?，岸電技術(shù)應(yīng)用前，“中韓之星”靠港時使用輔機發(fā)電，提供船上冷藏、空調(diào)、加熱、通信、照明等電力需求。船上有3臺880 kW輔機，根據(jù)需要啟用1臺或2臺，年靠泊連云港約2 000 h，年用電量100萬kWh，年靠泊期間消耗油料約780 t（重油624 t，輕油156 t）。實施岸電供電系統(tǒng)改造后，該船年減少消耗重油624 t，輕油156 t，當?shù)孛磕隃p排大氣污染物一氧化碳約2 430 t、二氧化硫62 t，氮氧化物70 t，環(huán)境效益顯著。

3.2 經(jīng)濟效益

對于船舶而言，采用岸電供電系統(tǒng)后的收益主要來源于船舶用電和用油之間的差價。以連云港港口59號泊位岸電項目為例進行分析。

該項目投資分為港口岸上設(shè)備投資和“中韓之星”號輪船上設(shè)備投資2部分，其中港口岸上設(shè)備投資500萬元，船上設(shè)備投資200萬元。項目建成后，港口向電力公司購電價為0.8元/kWh，“中韓之星”號輪購岸電價格1.8元/kWh。“中韓之星”號輪每周?？?個泊次，每個泊次使用岸上電量約1萬kWh，年需要使用岸電約100萬kWh。

按使用岸電系統(tǒng)之前統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該船年靠泊連云港港約2 000 h，年靠泊期間消耗油料約780 t（重油 624 t，輕油 156 t），按照船用重油約4 600元/t，輕油約7 000元/t計算，共計年使用燃油費用約396萬元。

圖1 高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)

圖2 船用低壓變頻變壓供電系統(tǒng)

表1 高壓變頻變壓船用岸電系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標

在使用岸電進行供電后，該船年使用岸電電量約100萬kWh，購電成本約180萬元，較原燃油輔機發(fā)電的運行方式，該船年節(jié)約運行成本約216萬元（年節(jié)約運行成本=使用岸電前能源費用396萬元-使用岸電后購電費用180萬元=216萬元），該船船上設(shè)備投資的年收益率為54.5%（船上設(shè)備投資的年收益率=年節(jié)約運行成本約216萬元÷原使用燃油費用396萬元×100%=54.5%），靜態(tài)回收期約為2年。

在使用岸電后，港口每年要向“中韓之星”號輪提供100萬kW電能，港口一年購電成本為80萬元，銷售電能為180萬元，則岸上設(shè)備投資的年收益率為20%（岸上設(shè)備投資的年收益率=（銷售電能180萬元-年購電成本80萬元）÷港口岸電投資500萬元×100%=20%），靜態(tài)回收期為5年。

4 結(jié)束語

本文詳細介紹了船舶岸電供電技術(shù)的應(yīng)用背景、技術(shù)原理和典型系統(tǒng)方案，并以連云港地區(qū)碼頭的一個應(yīng)用實例，分析了船舶岸電技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益?？梢钥闯?，在港口碼頭全面推廣岸電供電技術(shù)，以電代油，為靠港船舶提供電力能源，將基本消除船舶靠港期間有害污染物氣體排放的問題，可消除自備發(fā)電機組運行產(chǎn)生的噪音污染，改善港區(qū)環(huán)境質(zhì)量，協(xié)調(diào)港口與城市發(fā)展的重要舉措，具有重大社會環(huán)境效益。同時由于應(yīng)用港口岸電技術(shù)，船舶的業(yè)務(wù)方將能極大節(jié)省能源費用，取得極佳經(jīng)濟效益，這也提高了他們的改造積極性。此外，大力發(fā)展港口船舶岸電項目，在實現(xiàn)節(jié)能減排、改善港口環(huán)境的同時，還可以建立電能替代工作的新模式，增加電網(wǎng)企業(yè)終端用戶，促進可再生能源和清潔能源的消納使用。