一(yī)、引言

船舶岸基供電(diàn)技術（以下(xià)簡稱岸電(diàn)技術）是指船舶在港口靠泊期間，關閉主機、輔機等動力設備，轉而使用靠泊碼頭岸基專用電(diàn)力設備供電(diàn)，以維持船舶靠泊期間日常運作、減少污染物(wù)排放(fàng)的一(yī)項節能減排技術。從“十二五”起，交通運輸部将“推廣靠港船舶使用岸電(diàn)”作爲節能減排領域“十大(dà)重點工(gōng)程”之一(yī)予以推廣應用。随着近年來全國各港口對船舶岸基供電(diàn)項目的不斷推進，岸基供電(diàn)已在部分(fēn)試點項目中(zhōng)得到應用，但是在實際運行中(zhōng)仍存在着不少問題和困難，本文在國内外(wài)岸電(diàn)技術發展概況進行梳理的基礎上，分(fēn)析岸電(diàn)技術方案的經濟效益和社會效益，爲後續進一(yī)步推廣港口岸電(diàn)技術提供支撐。

二、國内外(wài)岸基供電(diàn)發展曆程

（一(yī)）國外(wài)岸基供電(diàn)發展概況

歐洲各國從20世紀80年代末開(kāi)始運用該技術，根據其供電(diàn)電(diàn)壓高低劃分(fēn)和是否具有變頻(pín)功能，大(dà)緻曆經低壓供電(diàn)、高壓供電(diàn)以及高壓變頻(pín)供電(diàn)3個階段。

1.低壓供電(diàn)階段。該階段的标志(zhì)是1989年瑞典哥德堡港StenaLine公司首次成功運用岸電(diàn)系統，當時采用的是400V、50Hz低壓連接系統，其供電(diàn)結構示意圖詳見圖1。由于船舶用電(diàn)設備大(dà)多僅需低壓供電(diàn)，因此低壓岸電(diàn)系統具有能與船舶用電(diàn)設備直接連接的優點，但其也有操作複雜(zá)（在保證同樣的電(diàn)力容量下(xià)，低壓岸電(diàn)系統需要9根電(diàn)纜，而高壓岸電(diàn)系統僅需1~2根電(diàn)纜，因此使得連接操作更爲複雜(zá)）、供電(diàn)效率低的缺點。

2.高壓供電(diàn)階段。2000年，瑞典哥德堡港成功建成了全球第一(yī)個高壓岸電(diàn)系統。該系統将6~20kV的高壓輸送到船上，再通過船舶甲闆上的變壓器将其降壓至400V，以滿足靠泊時的電(diàn)力需求。該系統主要供電(diàn)對象是渡船，供電(diàn)結構示意圖詳見圖2。

高壓岸電(diàn)技術解決了供電(diàn)效率低、操作複雜(zá)的問題，使岸電(diàn)技術在一(yī)定程度上得到了廣泛的應用。但該技術仍存在運用局限性，這主要是由于船舶用電(diàn)頻(pín)率和港口供電(diàn)頻(pín)率有差異。目前大(dà)部分(fēn)歐洲和亞洲國家電(diàn)網頻(pín)率主要爲50Hz，而越來越多的船舶已采用60Hz的頻(pín)率。因此當岸基使用50Hz的電(diàn)力時，就無法爲需求60Hz電(diàn)力的船舶供電(diàn)了。

3.高壓變頻(pín)供電(diàn)階段。随着電(diàn)子電(diàn)力技術不斷發展，高壓條件下(xià)實現平穩變頻(pín)的技術也得到了一(yī)定提升。2008年，比利時安特衛普港在SAMElectronics的支持下(xià)建設了全球首個高壓變頻(pín)岸電(diàn)系統，該系統可以同時提供50/60Hz的電(diàn)力，其供電(diàn)結構示意圖詳見圖3。

此後，哥德堡港、于斯塔德港、鹿特丹港等國際化大(dà)港口，以及意大(dà)利Finacantieri船廠、新加坡裕廊船廠等船廠都陸續安裝了高壓變頻(pín)岸電(diàn)系統。但總體(tǐ)來看，目前運用高壓變頻(pín)岸電(diàn)技術的港口仍然不多，一(yī)方面高壓變頻(pín)岸電(diàn)系統成本較高（其核心組件變頻(pín)器成本高），另一(yī)方面在船舶負荷集聚變化的情況下(xià)，電(diàn)力質量會收到一(yī)定影響。表1列舉了國際上比較知(zhī)名的一(yī)些港口的高壓岸電(diàn)使用情況。

（二）國内岸基供電(diàn)發展概況

國内港口的船舶岸電(diàn)技術研究尚處于起步階段，2009年以來國内已有多個港口建立船用岸電(diàn)試點工(gōng)程。2009年，青島港招商(shāng)局國際集裝箱碼頭有限公司首先完成了5000噸級内貿支線集裝箱碼頭船舶岸電(diàn)改造，該系統隻針對内河船隻，因而應用面較窄；2010年，上海港外(wài)高橋二期集裝箱碼頭運行移動式氨基船用變頻(pín)變壓供電(diàn)系統，其主要是針對集裝箱船舶；同年，連雲港港口首次将高壓船用岸電(diàn)系統應用于“中(zhōng)韓之星”郵輪；2011、2012年，招商(shāng)國際蛇口集裝箱碼頭先後安裝了低壓岸電(diàn)系統與高壓岸電(diàn)系統。目前，福建港、甯波港、天津港等國内一(yī)些港口碼頭也正在積極進行船舶岸電(diàn)系統的建設和試驗。

三、船舶用電(diàn)情況分(fēn)析

（一(yī)）船舶用電(diàn)負荷

船舶用電(diàn)負荷與船舶類型有直接聯系，船舶類型不同，船上的主要電(diàn)氣設備也存在差異，但大(dà)體(tǐ)上可以分(fēn)爲幾類：（1）動力裝置用輔機：滑油泵、海水冷卻泵、淡水泵、鼓風機等。（2）甲闆機械：錨機、絞纜機、舵機、起貨機、舷梯機和啓艇機等。（3）艙室輔機：生(shēng)活水泵、消防泵、艙底泵以及輔助鍋爐服務的輔機等。（4）機修機械：車(chē)床、鑽床、電(diàn)焊機、盤車(chē)機等。（5）冷藏通風：空調裝置、夥食冷庫等用的輔機和通風機等。（6）廚房設備：電(diàn)竈、電(diàn)烤爐等廚房機械用輔機和電(diàn)茶爐等。（7）照明設備：機艙照明、住艙照明、甲闆照明燈照明設備，還包括航行燈、信号燈以及電(diàn)風扇等。不同類型船舶靠泊期間的平均用電(diàn)負荷詳見表2。

洛杉矶港靠港集裝箱船平均功率需求爲1～4MW，最大(dà)功率需求達到7.5MW。我(wǒ)國大(dà)型碼頭挂靠的集裝箱船舶較洛杉矶港的大(dà)，靠港集裝箱船的功率需求應該大(dà)于洛杉矶港。在港期間，一(yī)艘滾裝船所需要使用的電(diàn)力平均爲5000～20000千瓦時，雖然平均停泊時間相對較短，每次約10小(xiǎo)時。

（二）船舶用電(diàn)特性

目前在全球220個國家和地區中(zhōng)，大(dà)多數國家使用50Hz電(diàn)力，隻有43個國家和地區用電(diàn)頻(pín)率爲60Hz（其中(zhōng)日本部分(fēn)地區用電(diàn)頻(pín)率爲60Hz），其中(zhōng)與航運關系密切的主要國家和地區有美國、日本、韓國、巴西、加拿大(dà)、墨西哥、菲律賓和我(wǒ)國台灣地區。大(dà)多數國際航線航行船用電(diàn)力頻(pín)率爲60Hz，應用50Hz電(diàn)力的國家或地區，内部運輸船用電(diàn)力爲50Hz。集裝箱船用電(diàn)電(diàn)壓有380V、400V、440V、450V、6600V等規格，其中(zhōng)國家或地區内部運輸船用通常采用較低電(diàn)壓，2001年之後新造大(dà)型船開(kāi)始使用6600V電(diàn)力，目前制造的航行國際航線船舶不少使用6600V電(diàn)力。

四、岸基供電(diàn)技術方案分(fēn)析

大(dà)型集裝箱船舶的岸電(diàn)箱配置以6.6kV/60Hz電(diàn)源居多，然而我(wǒ)國電(diàn)網一(yī)般采用50Hz交流電(diàn)源，需要完成50Hz電(diàn)源向60Hz高壓電(diàn)源的轉化，方才滿足現代化大(dà)型集裝箱船舶的用電(diàn)需要。本文重點針對集裝箱船舶采取“高-低-高”變頻(pín)供電(diàn)方案進行比選分(fēn)析。

（一(yī)）技術方案介紹

“高-低-高”變頻(pín)供電(diàn)方案初始電(diàn)源（岸基電(diàn)源）爲6kV/50Hz或10kV/50Hz的交流電(diàn)，通過降壓變壓器把初始電(diàn)源降壓至380V/50Hz或690V/50Hz，再由低壓變頻(pín)器将其轉換爲440V/60Hz的交流電(diàn)，完成變頻(pín)過程。随後，440V/60Hz電(diàn)源通過升壓變壓器換爲6.6kV/60Hz或11kV/60Hz的電(diàn)源，經碼頭岸電(diàn)箱、船舶岸電(diàn)箱（船舶岸電(diàn)配電(diàn)闆）後，供船使用。高壓變頻(pín)岸基供電(diàn)系統主要包括三部分(fēn)：岸上供電(diàn)系統、電(diàn)纜連接設備和船舶受電(diàn)系統，詳見圖4。

（二）技術可行性分(fēn)析

從變頻(pín)實質上看，“高-低-高”方案是實際上是一(yī)種低壓變頻(pín)技術，其關鍵設備（元件）爲低壓IGBT器件。該方案具有技術成熟、可靠性強、投資(zī)相對低的優點，适用于中(zhōng)小(xiǎo)負荷（一(yī)般在1~8MVA之間）船舶，如集裝箱船、滾裝船、散貨船等，是當前國内外(wài)集裝箱碼頭岸基供電(diàn)的首選方案。高壓變頻(pín)岸電(diàn)技術及相關設備制造技術在國内外(wài)均已相當成熟。國際上可提供“高-低-高”岸基供電(diàn)技術解決方案的公司主要有ABB、西門子、GE、施耐德、SAM等，其中(zhōng)最高單台岸基供電(diàn)系統容量可達到4MW；國内可提供“高-低-高”岸電(diàn)技術解決方案的有電(diàn)動工(gōng)具研究所（成功案例有長興重工(gōng)5MW移動式岸電(diàn)系統）等，另外(wài)國電(diàn)南(nán)自、國電(diàn)南(nán)瑞企業等均有提供岸電(diàn)技術解決方案的實力，但目前尚缺乏實際案例。從産品提供方來看，低壓逆變器、整流器、饋電(diàn)櫃、開(kāi)關櫃、變壓器、濾波器等電(diàn)子設備的産品制造商(shāng)、供應商(shāng)不勝枚舉，完全能夠負擔岸電(diàn)對設備相關要求。

（三）經濟效益分(fēn)析

目前，船舶上配備的發電(diàn)機組基本上都是柴油發電(diàn)機組，品牌主要有芬蘭瓦錫蘭、德國MTU、日本雅馬、日本大(dà)發、美國康明斯等，柴油發電(diàn)機的燃油消耗率一(yī)般爲200g/kWh~230g/kWh。根據IMO（國際海事組織）發布的《2012年船舶能效設計指數計算導則》，遠洋船舶輔機發電(diàn)在額定工(gōng)況下(xià)的燃油消耗率取215g/kWh。

船舶靠港時，柴油發電(diàn)機會在部分(fēn)負荷下(xià)運行，功率一(yī)般爲額定功率的30%~40%，此狀态下(xià)柴油發電(diàn)機的燃油消耗率比額定工(gōng)況下(xià)增加約5%，則船舶在靠泊期間的燃油消耗率爲226g/kWh。由于船上發電(diàn)機全部爲同步發電(diàn)機組，其效率一(yī)般爲90%，所以遠洋船舶柴油發電(diàn)機組的柴油消耗率爲251g/kWh。據此，在美元對人民币的彙率爲1:6.5的情況下(xià)，船東采用岸電(diàn)與否完全取決于岸電(diàn)服務費(fèi)和低硫油成本的關系，詳見圖5。在無政府幹預的情況下(xià)，當岸電(diàn)服務費(fèi)與低硫油成本的關于處于黑線上時，采用岸電(diàn)和采用低硫油的成本是相同的，船東選擇岸電(diàn)或低硫油的概率相同；在黑線上方，即藍(lán)色區域時，船東将采用成本更低的低硫油；在黑線下(xià)方即黃色區域時，船東将采用成本更低的岸電(diàn)。

另外(wài)，根據《上海港靠泊國際航行船舶岸基供電(diàn)試點工(gōng)作方案》，港口的岸電(diàn)服務費(fèi)與國際船用燃油的價格相挂鈎，具體(tǐ)見表3。

按目前的油價爲350美元進行測算，岸電(diàn)服務費(fèi)應收取0.5元/kwh。

（四）社會效益分(fēn)析

根據鹿特丹港Euromax碼頭對來往船舶開(kāi)展的污染物(wù)排放(fàng)調查結論，船用輕柴油（低硫油）和（高硫油）所産生(shēng)的NOx、PM10、SO2的排放(fàng)情況詳見表4。

根據遠洋船舶靠港期間柴油發電(diàn)機組的燃油消耗率251g/kWh進行測算，靠港期間船舶柴油發電(diàn)機組的CO2排放(fàng)量爲8tCO2/萬kWh。

靠港遠洋船舶使用岸電(diàn)替代燃油輔機發電(diàn)，在節約能源、控制溫室排放(fàng)和減少空氣污染物(wù)排放(fàng)方面的效果顯著，詳見表5，表中(zhōng)“+”“-”分(fēn)别表示增加或減少。

美國西雅圖港2005年CO2排放(fàng)來源分(fēn)析結果表明，運輸船舶靠港發電(diàn)機發電(diàn)、運輸船舶港内運行以及港作船舶運作排放(fàng)的CO2分(fēn)别占全港CO2排放(fàng)的35%、4%和5%。洛杉矶在實施船舶岸電(diàn)計劃後，氮氧化物(wù)(NOx)、硫氧化物(wù)(SOx)和可吸入顆粒物(wù)(PM10)的排放(fàng)量平均減少了95%。

船舶岸電(diàn)的社會效益主要體(tǐ)現在港口全面推廣岸電(diàn)技術之後，将基本消除船舶靠港期間有害氣體(tǐ)排放(fàng)的問題，還可消除輔機發電(diàn)機組運行産生(shēng)的噪音污染，減小(xiǎo)噪聲擾民問題，這不僅是适應現代港口繁重的運營需要、促進港口環保減排的關鍵技術，也是是提升港口競争力和建設“綠色環保型港口”的重要舉措，具有重大(dà)社會效益。

五、結論與建議

從技術角度講，我(wǒ)國已經攻克了國際航行船舶由于供電(diàn)制式不同等問題，并有很多岸電(diàn)應用成功的案例，但岸電(diàn)在港口安裝後并沒有得到有效使用。其中(zhōng)原因在于缺少政府強有力的節能減排強制措施和經濟扶持政策，雖然使用起來岸電(diàn)費(fèi)用較燃油費(fèi)用低得多，但船東因船舶一(yī)次性安裝岸電(diàn)設備投入高、大(dà)部分(fēn)港口尚未施行強制減排措施而沒有積極性；而港口在岸電(diàn)安裝後即使沒有船舶使用也要向供電(diàn)商(shāng)定期購買配電(diàn)容量，增加了港口企業的經營負擔，導緻岸電(diàn)的使用被迫擱淺。

但随着船舶排放(fàng)控制政策的進一(yī)步施行，如果航運市場的盈利狀況在此期間仍未好轉，燃油價格進一(yī)步攀升，船東們未來将面臨更差的市場，卻承擔着更重的社會責任。對此也希望我(wǒ)國相關政府部門加快出台相關激勵政策和配套措施，一(yī)方面在國内加強低硫燃油的生(shēng)産和供應；另一(yī)方面積極研究資(zī)金引導方案，對港口岸電(diàn)、船舶改造升級等節能減排措施給予一(yī)定經濟扶持，刺激船東和港口雙方的減排積極性。

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