港口岸电电能替代技术与效益分析

王 峰，周 珏

（1.江苏电力节能服务有限公司，南京 210009；2.国家电网公司 电力需求侧管理指导中心，南京 210024）

近年来，随着国家经济持续快速发展，港口建设的步伐越来越快，船舶停靠码头的数量和密度大幅增加，为此需要消耗大量燃油，形成了规模壮观的“海上流动烟囱”。船舶燃油供电受船舶自身设备质量、规模、品质等局限性影响，燃油利用率不高、损耗严重，且船舶柴油机产生的过剩电能又不能储存，消耗了大量的能源，造成了大量浪费，也对港口城市环境造成了巨大的破坏。炼油厂、发电厂、汽车与港口的废气排放量比较集中，港口排放的有害气体超过汽车，根据集装箱港口的废气排放分析，42%的可吸入颗粒物PM10和32%的NOx是由靠港船舶产生的，因此靠港船舶是港口节能减排的关键对象。船舶停靠码头所产生的巨大能源浪费和环境污染使得船舶在港口内的节能减排工作日益紧迫。

我国港口船舶岸电供电系统建设起步较晚，目前仅蛇口、连云港、上海外高桥、河北黄骅港等少数几个国内港口建设了相应系统，但由于技术不成熟、商业模式缺失以及项目经济收益较差等原因造成国内港口船舶岸电供电系统建设推广相对缓慢。江苏连云港在2010年完成了总容量为1 500 kVA的船舶岸电供电项目建设，在靠泊的“中韩之星”滚装船上首次应用岸电供电技术代替船用燃油，该船目前每周两航班，系统改造后节能减排效果明显。

1 船舶岸电技术原理

船舶岸电技术是指船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机，改用陆地电源供电。港口提供岸电的功率应能保证满足船舶停泊后所必需的全部电力设施用电需求，包括生产设备、生活设施、安全设备和其它辅助设备。岸电系统由安装在码头的供电系统和安装在船舶上的变电系统两大部分组成。码头供电系统由码头前沿港区变电所供电，经过变压、变频，将输入供电转化为满足船只需求的电源，利用电缆沟和输送栈桥等设施，将高压电缆敷设至码头前沿，码头前沿安装高压接线箱供船舶连接，通过船载变电站变压后为船舶供电。港口实施岸电供电需进行一些改造工作，一是对港区码头进行电力增容扩建，新建码头功率裕量大，可满足岸电供电需求，但对于老码头需对降压变压器进行增容改造；二是需加装大功率变频电源，这是由于我国港区供电采用50 Hz的交流电制，而靠港船舶来自世界各地，许多国家船舶采用60 Hz的交流电制；三是需加强港口码头的合理规划布局，合理选择岸电供电连接点，合理设置高低压变频系统和变压系统位置，使得低压电缆接线最短，节约投资，提高经济效益。港口实施岸电供电技术应用主要存在以下一些技术困难：包括港区和船舶采用的交流电制差异、低压电力输送损耗较大、船电与岸电电气连接的安全问题、船电与岸电连接电气接口问题、船电对岸电系统干扰问题等。

2 典型船舶岸电技术系统介绍

2.1 高压变频变压船用岸电系统

高压变频变压船用岸电技术，其技术优点为采用分离式设计，通过有效的利用码头现有设施资源，合理分布设备，在码头区域上配置高压变频变压装置，占用场地小，不影响码头正常作业。仅需一根高压电缆，船体上设置降压变压器，供电末端则采用IT供电模式（保证了不间断供电要求），连接十分便捷。这种方式解决了电制差异、电缆拖接和电力切换等技术难题，具有一键操作、全自动数字化控制、一个接口、操作简便、高压上船和不间断供电等特点。船岸以太网通信，实现船岸实时监测、实时控制保护、自动电压跟踪、自动调整等功能，运行安全智能。高压岸电电源所提供的供电容量大，可以满足船舶在靠港期间的作业用电。高压变频变压船用岸电系统示意图如图1所示。

高压变频变压船用岸电系统关键性能指标如表1所示。

2.2 船用低压变频变压供电系统

船用低压变频变压供电技术，实现了50 Hz/60 Hz双频供电，使用了快速软接触的插头插座和柔性电缆，推广高压变频变压船用岸电系统，但同样存在设备的闲置率和使用寿命等问题。低压变频变压船用岸电系统示意图如图2所示。

3 船舶岸电技术应用效益分析

3.1 环境效益

港口岸电技术的应用对港口码头的废气污染物减排意义重大，可作为国家大气污染治理的主要手段之一。以连云港港号59号泊位岸电技术应用为例，该泊位主要供“中韩之星”号客滚船停靠，岸电技术应用前，“中韩之星”靠港时使用辅机发电，提供船上冷藏、空调、加热、通信、照明等电力需求。船上有3台880 kW辅机，根据需要启用1台或2台，年靠泊连云港约2 000 h，年用电量100万kWh，年靠泊期间消耗油料约780 t（重油624 t，轻油156 t）。实施岸电供电系统改造后，该船年减少消耗重油624 t，轻油156 t，当地每年减排大气污染物一氧化碳约2 430 t、二氧化硫62 t，氮氧化物70 t，环境效益显著。

3.2 经济效益

对于船舶而言，采用岸电供电系统后的收益主要来源于船舶用电和用油之间的差价。以连云港港口59号泊位岸电项目为例进行分析。

该项目投资分为港口岸上设备投资和“中韩之星”号轮船上设备投资2部分，其中港口岸上设备投资500万元，船上设备投资200万元。项目建成后，港口向电力公司购电价为0.8元/kWh，“中韩之星”号轮购岸电价格1.8元/kWh。“中韩之星”号轮每周停靠2个泊次，每个泊次使用岸上电量约1万kWh，年需要使用岸电约100万kWh。

按使用岸电系统之前统计数据，该船年靠泊连云港港约2 000 h，年靠泊期间消耗油料约780 t（重油 624 t，轻油 156 t），按照船用重油约4 600元/t，轻油约7 000元/t计算，共计年使用燃油费用约396万元。

图1 高压变频变压船用岸电系统

图2 船用低压变频变压供电系统

表1 高压变频变压船用岸电系统关键性能指标

在使用岸电进行供电后，该船年使用岸电电量约100万kWh，购电成本约180万元，较原燃油辅机发电的运行方式，该船年节约运行成本约216万元（年节约运行成本=使用岸电前能源费用396万元-使用岸电后购电费用180万元=216万元），该船船上设备投资的年收益率为54.5%（船上设备投资的年收益率=年节约运行成本约216万元÷原使用燃油费用396万元×100%=54.5%），静态回收期约为2年。

在使用岸电后，港口每年要向“中韩之星”号轮提供100万kW电能，港口一年购电成本为80万元，销售电能为180万元，则岸上设备投资的年收益率为20%（岸上设备投资的年收益率=（销售电能180万元-年购电成本80万元）÷港口岸电投资500万元×100%=20%），静态回收期为5年。

4 结束语

本文详细介绍了船舶岸电供电技术的应用背景、技术原理和典型系统方案，并以连云港地区码头的一个应用实例，分析了船舶岸电技术应用的环境效益和经济效益。可以看出，在港口码头全面推广岸电供电技术，以电代油，为靠港船舶提供电力能源，将基本消除船舶靠港期间有害污染物气体排放的问题，可消除自备发电机组运行产生的噪音污染，改善港区环境质量，协调港口与城市发展的重要举措，具有重大社会环境效益。同时由于应用港口岸电技术，船舶的业务方将能极大节省能源费用，取得极佳经济效益，这也提高了他们的改造积极性。此外，大力发展港口船舶岸电项目，在实现节能减排、改善港口环境的同时，还可以建立电能替代工作的新模式，增加电网企业终端用户，促进可再生能源和清洁能源的消纳使用。