我国船舶岸电系统发展现状及推广思考

2021-04-28李涛

运输经理世界 2021年17期

李涛

（淮安市交通运输综合行政执法支队，江苏淮安223001）

0 引言

船舶岸电系统为当前船运中最为关键的主流技术形式。由于其强大的节能、高效复合功效，被各大船运公司、港口和相关政府部门高度重视。作为新兴船运电能供应技术，是指在船舶停靠过程中，用来自港口的电力供应系统替代船舶发电机为船舶提供持续电力，以供船舶照明、通信、工程操作等电气设备使用，进而实现船舶系泊过程的节能、减排、降噪的目标，并最终实现“绿色生态港”的根本目的。根据当前主要设计形式，该系统通常包括港口地面的电源供应系统、电力连接系统和电能接收系统等多个子系统。由于应用场景的不同，被进一步分为多个类别，如高压岸电供应系统，功率范围为1～15MV·A，低压岸电供应系统，功率范围为0.2～0.8MV·A，低功率时的低压供应系统，对应的输出电压为220V 或者380V。

“十二五”以来，由于船运的爆发式增长，船舶岸电系统的升级改造以及推广覆盖得到各大相关单位的关注。交通运输部发布的《港口和船舶岸电管理办法》规定：对新建、改建、扩建码头工程同步设计、建设岸电设施。对已建码头逐步实施岸电设施改造。鼓励船舶靠港使用岸电。陆上电能项目已在世界各地和中国的许多大港口实现，未来将陆续引入船舶之中，从而实现对船舶系统的深入覆盖，解决当前城市港口污染以及运作效率低的问题。在愈演愈烈的船运公司竞争中，船舶岸电系统技术将成为一个重要的因素。

1 国内岸电的发展及应用情况

当前，由于我国内河船舶吨位较小，为了使接入的电力系统和陆上电力系统保持一致性，一般在直接接入港口网后，安装隔离变压器。这样处理的优势在于维护成本低。当前，我国内河运输主要集中在长江流域，因此实现岸电发展的城市主要集中在沿江城市。

据江苏省交通运输厅介绍，截至2018年底，江苏内河沿岸已建成岸电设施705 座，覆盖港口470 个；内河干线航道24 个水上服务区和7 个船闸船舶待闸区建成内河低压小容量岸电系统274 套。实现了江苏区域内河通航区域的全部覆盖，并在信息通信技术的加持下加入了智能化管理技术，实现了对运行区域船舶的动态管理。

作为另一个典型船运大省——浙江省，截至2018年底，浙江北河区、锚地区等公共港口已建成210 台智能岸电设备，京杭运河浙江段水上服务区全部覆盖，并使用“互联网+岸电”建立统一的内河港口线运营平台，支持各种支付形式的电费结算，如刷卡或扫码。

根据湖北省港航管理局相关部门提供资料，截至2019年3月，湖北省新建岸电泊位145 个，岸电系统已覆盖湖北省所有港口的具有集装箱功能的泊位，以及长江干线的50%以上3000 吨级客运泊位。此外三峡区域作为旅游线路，增加了对各类港口、锚地的管控，实现了以岸电系统为支撑的水上服务等，将各种内河岸电系统应用于各类港口区域，以实现综合服务管理。

2 船舶岸电系统的构成及技术难点

2.1 船舶岸电系统的构成

根据当前的总体设计可知，船舶岸电系统由电力接收系统、岸—船电力连接系统、港口电源输出系统等组成，详细结构如图1所示。

图1 船舶岸电系统构

港口电源输出系统主要负责变电站供应的电能转换和电压电平转换，按照电力系统的要求促进供电保障，以及将电能传输到相关设备，如电源盒、端口连接点等。根据内陆电网的输出水平，内陆岸电主要可分为内陆港低压电和高压电。一般来说，容量超过6.6kV 或11kV 以上的内河港口的电源电压称为内河港口kVD。这种高压电源广泛应用于需要高电能的大型船舶上。通常根据规范设定，下游河港的供电电压高达440kV，称为低压岸电系统。低压系统适用于低能量负荷的小型船舶。岸—船电力连接系统是设备的总称，用于将船上的电力接收电缆和电源连接到地面电源网络[1]。

2.2 船舶岸电系统技术难点

内河船舶岸电系统的技术难点包括：

2.2.1 高能量的电力变频装置应用。目前国外岸基供电系统主要通过直接接入的方式同岸电系统连接，和中国接入电网的家用设备一样，涉及的变频设备较少。然而变频设计是实现节能环保的一个重要关键技术，因此将这一技术及其装置应用在岸电系统中，存在一定的难度。

2.2.2 对电源电压的稳定性要求较高。对于通常的家用电器而言，由于电力容错裕度较大，存在一些电力电压的波动不会对电器的使用带来巨大影响。但是对于船舶系统而言，其电力负荷较大，轻微的电能电压波动会产生反向的电动势，这样会对电容装置带来冲击，一旦超出裕度就会出现击穿现象，导致内部系统短路，严重的会损坏系统功能，给整个船舶系统带来不利影响[2]。

2.2.3 对船舶电气系统的高效协调。船舶作为一个整体系统，实现与港口系统的对接，需要岸电系统的技术支持，为了实现电力匹配和供应，需要构建内部配电网。然而在实际的应用中，该配电网一般在港口实现聚集，其表现为中性，即比三相TN 系统的规模高出4 倍，这同船舶需要的三相线路上的IT 系统有着一定的不兼容性。一旦将二者并网，则很容易出现绝缘击穿的情况，这样会对整个系统的电力安全带来严重负面影响。在这方面，应积极发展与信息技术等系统兼容的电力供应，并提高经济效益，但确保电力供应的安全和稳定。

3 内河港口岸电系统推广中存在的问题

3.1 岸电系统相关标准差异性较大

目前已对江河口岸的岸电设施建设实施技术规范，尚未制定此类型的统一标准、功能和规格，如岸外电力设施、船舶供电设备和船舶与岸连接设施。其次，国际海事组织没有制定统一的标准，按照国家要求提供岸电设施，可能和未来国际标准不符。船舶岸电规范欠发达，影响岸电应用互联互通。

3.2 内河港口岸电设施建设成本高

投资和维护成本较高是当前部署岸电系统的另一个难题。如果一个内河河岸发电厂要用上几十万单位的电力，折旧期只增加5年，而换能器的寿命只有8年。相比之下，它的回收期太长。在不计算日常维修费用的情况下，岸电设备将在6～7年内收回建筑成本，许多港口在达到使用寿命前不能迅速“回本”。

3.3 船舶、内河港口岸电设施连接电缆不匹配，岸电使用时间较短

目前，船舶之间以及船舶和港口之间的电能接入依托大量的电缆，这种连接方式导致资源的重复配置，且增加了运行维护负担，由此引发整体社会成本上升等问题，此外安全风险高，船员工作困难等问题也会进一步突出。当前船舶的停泊时间在2～3 小时。如果增加岸电的接入环节会增加船舶的停泊时间，这样不仅会降低港口的运行效率，带来船运效益降低，同时过多的设备接入引发的维护和运营问题也不容小视。这些问题的出现导致很多企业不愿意费钱费力地实现技术升级改造[3]。

3.4 岸电系统的安全性能未得到充分验证

尽管岸电系统对船舶和港口之间的电力传输、应答服务以及船舶的相关业务的便捷化开展有着充分的优势，但是两个单一的电力系统的接入可能引发的安全问题目前尚未得到实践论证，因此其本身的安全性还有待考证。当然在很多试点工程中，考虑增加缓冲辅助装备来提升安全系数，由于其设计的专业性较强，通用性有待考究。两个电力系统在并网时，如何降低发生相互干扰的概率，还需要更加充足的实践来予以确认。

4 船舶岸电系统技术发展策略

4.1 加强顶层设计，实现技术标准化

规范性设计是实现各大港口系统和船舶系统对接安全高效的重要技术方案。首先，要做好顶层设计，即要求在现有的规则基础上，根据实际大多数港口采用的方案标准对现行规范进行完善改进，以实现电力输出、对接以及接收等环节的标准化方案形成，为当前的船舶、港口以及岸电系统的接洽、运行、检修维护等环节提供标准化操作细节；其次，根据我国当前采用的技术规范形式，向国际标准化组织提供我国的设计准则，从而实现中外船舶系统的对接；最后，构建详细科学的线路图以及运行时刻图，针对苛刻环境条件的内河通航区域开展试验验证工作，以及试验条件，在其他地区及其他类型的河港逐步推行[4]。

4.2 提升政府、企业的资本支持力度

加大政府投入是当前最为关键的措施之一，对此具体操作如下：其一，由政府提供政策支撑和必要的资本支持，引导设备资本的投入，提升地方政府和企业对港口能源服务建设的补贴力度，提供更加全面的配套服务，实现各大设备系统和软件端的服务平台的系统性建设。其二，在金融保障方面，出台普惠政策来为金融风险保驾护航，加大力度推动港口能源项目建设。其三，进一步加强港口实力建设和内河船舶设施改造，并对使用岸电的船舶采取激励措施，如在价格方面和税收方面，以鼓励船舶使用岸电，以此推动岸电系统在船舶系统中的覆盖推广。

4.3 激励技术及设备创新，降低风险

技术及其设备的创新是一个关键手段。首先，相关管理单位要对各大港口进行电力检修和大气污染调研。通过实地勘察的方式掌握当前船舶废气排放的现状、组成、原因、机制和措施等相关内容，在此基础上构建污染物排放标准，设定相应的法律法规以规范化管理。其次，做好技术研发，打破岸电接入船舶系统的技术瓶颈，以替代当前的船舶系统能源供应模式。通过上述举措，将清洁能源引入船舶系统，以延长船舶系统使用寿命，提高岸电使用效率。最后，必须努力克服安全使用岸电的困难，使“电”比“油”更快、更好、更安全[5]。

5 岸电发展的前景展望

5.1 建设绿色港口、预期需求增速

当前，在我国同全球各国贸易以及国内区域经济一体化进展，我国的港口运输量多年维持在世界领先水平。港口建设如火如荼，并在不断更新的技术背景下实现稳步增长，同时在形式上由粗放式扩张向集约式现代化融合转变。2015年以来，交通运输部等国家部门陆续出台政策，其中明确指出要坚持绿色发展，积极建设绿色港口。随着经济全球化大局势在必行，相关新兴技术如人工智能技术、物联网技术以及大数据技术将推动相关产业升级转型，资源的配置利用效率得到合理提升，绿色环保将是未来港口建设、船舶运输方面的大力发展方向。此外，强制性的政策要求和市场竞争将有效地促进港口市场的发展，并将持续对我国未来港口建设和发展提供新的机遇。