国内外岸电技术的应用及发展

天津市环境保护科学研究院天津市联合环保工程设计有限公司 张雷波

天津市机动车排污检控中心 徐海栋

天津市环境保护科学研究院 尹立峰 杨嵛鈜 罗彦鹤

天津市大气污染防治重点实验室 张时佳

近年来，港口及船舶大气污染物排放逐渐成为沿海港口城市大气污染治理的重要组成部分。国外Milton K.等人[1]研究发现，港口城市由于码头停靠船舶采用辅助发动机发电产生的废气污染比其他城市平均多25%。国内伏晴艳等人[2]对上海港船舶排放贡献进行了估算，结果表明进出上海港的各类船舶排放的SO2、NOX和PM2.5占到上海市相应大气污染物总量的比例分别为12.0%、9.0%和5.3%。刘静等人[3]对青岛市的船舶排放情况进行了研究，发现海上交通对青岛市区环境空气中的SO2和NO2浓度的贡献率分别为8.0%和12.9%。在我国随着大气污染控制工作的不断推进，船舶污染已经开始引起相关部门的重视。2013年9月国务院发布《大气污染防治行动计划》，指出要开展工程机械等非道路移动机械和船舶的污染控制。根据国内外经验，目前岸电技术是港口控制大气污染的有效手段之一。

一、岸电系统

岸电是指船舶在靠泊期间停止使用船上的发电机，船上通风、照明、制冷等其他设施运转都改由码头供电，从而减少船舶废气排放的供电方式。岸电系统主要由港区变电所、岸上电源装置、岸电接收装置和电缆连接设备等组成。[4]船舶岸上电源根据电压不同，可分为高压岸电系统和低压岸电系统。高压岸电系统主要是指岸电电源的输出为6.6 kV/11 kV或者以上的岸电电源系统，对于大型船舶来说，船上各种电气设备负荷很大，往往采用中高压供电。低压岸电系统主要是指岸电电源的输出为440 V/400 V的岸电电源系统，通常为用电负荷较小的船舶所采用。

对于一艘具备岸电接收装置的船舶来说，在使用岸电时需要考虑停靠码头岸电装置所能提供的电压和频率。岸上电源在电压和频率上都是按照船舶电力系统的等级设置的，当船舶靠泊连接岸电后，调节船舶辅机发电系统所产生电力的频率、电压和相位，使其与岸电系统保持一致，两个系统并网运行后停止船用辅机，开始转由岸上电源为船舶供电。[5]通过两个系统间的电压、相位和频率的调节，使双方满足联网供电的条件。

二、船舶使用岸电的意义

船舶使用岸电具有降噪、减振，节能、减排，保护环境的重大意义。

在岸电技术被开发出来之前，船舶停靠泊位后，部分辅助发动机需要正常运转以保证船舶的日常电力需求，辅助发动机的运转通常会产生较大的噪声和振动，严重干扰船上人员、码头人员的正常工作和生活。接用岸电后，可消除靠泊船舶辅助发动机运行产生的噪音污染和振动，使船上人员能够得到更好的休息，改善船上人员和码头人员的工作和生活环境。

2011年，交通运输部发布的《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》等文件中指出推广靠泊船舶使用岸电技术，是港口及船舶节能减排的重要措施和迫切需要。[4,6]虽然船舶发动机的技术不断完善，但其能源转换效率和热量综合利用效率仍比陆上大型发电厂要低很多。船舶发电柴油机使用重油的供电能耗相当于365 g标准煤/kWh，使用轻柴油的供电能耗相当于365 g标准煤/kWh；而2010年以后常规火电厂供电煤耗为347 g标准煤/kWh，30万～60万kW新建机组的供电煤耗则低于330 g标准煤/kWh。因此，在船舶靠泊期间停止船用发电机进而采用岸电，在一定程度上可以实现整体效率的提高，减少CO2的排放。[7]

船舶使用岸电还可减少NOX、SOX、PM10等大气污染物的排放，具有改善环境质量的效果。在美国洛杉矶港，采用岸电对集装箱船进行供电，估计1艘3MVA的集装箱船停靠1天的NOX、SOX和PM10的排放量分别减少1.03 t、0.59 t和0.043 t。[1,8]瑞典的哥德堡港使用岸电后估计每年可减少NOX、SOX、PM10分别为80 t、60 t和2 t。[1,8]在我国，根据黄健毅[4]估算，如果1 000 t级以上的各类船舶在我国港口靠泊期间使用岸电技术，每年相当于减少CO2排放917万t，减少SO2排放12.6万t，减少NOX排放19.5万t。深圳市在2014年和2015年连续发布了推广使用岸电和低硫油的“补贴办法”和“实施细则”，按照岸电应用年均比例15%以上，泊岸转油（硫含量0.1%）比例85%以上，则每年将减少SO2排放量约6 000 t，相当于3座妈湾燃煤电厂的SO2排放量，可减排颗粒物约450 t，同时可减排NOx约2 300 t。[9]

三、国内外港口船舶岸电的发展及应用

早在2000年，瑞典哥德堡港就首次将岸电技术应用在其渡船码头，对船舶靠泊期间大气污染物减排发挥了重要作用；[10-12]2007年，在荷兰的鹿特丹默兹港口流域为内陆趸船供应岸电，极大改善了船员的日常生活。[7]此外，在欧盟的其他主要港口，如比利时安特卫普港的集装箱码头、泽布勒赫港、德国波罗的海的吕贝克港等港口也开展了岸电技术应用。[12-14]在北美，2001年，朱诺港首次将岸电技术应用在豪华邮轮码头。[12]2004年，洛杉矶港首次将岸电技术应用在集装箱码头；[15]2009年，长滩港首次将其应用在油码头；[12]此外，北美其他一些港口，例如休斯敦、理斯满、纽约/新泽西、西雅图、奥克兰、塔科马、温哥华和费城都开展了岸电项目。[7]

国内港口岸电技术尚处于起步阶段。2009年青岛港首先完成了5 000 t级内贸支线码头低压岸电改造，为来往于招商局国际集装箱码头的船只服务；[6,12,16]2010年3月，全球首台移动式岸基船用变频变压供电系统在上海港外高桥二期集装箱码头试运行取得圆满成功，服务于集装箱船舶；[4,6]2010年宁波港一期岸电试点建成投产，二期于2013年建成投产，此后还进行了高压岸电的研发与试点建设，主要服务于集装箱船舶和散货船队；[17]2010年10月，连云港港口首次在国内实现高压船用岸电系统建设并应用于“中韩之星”邮轮；[12]2011年至2012年，蛇口港先后安装了低压和高压岸电系统为集装箱船服务；[12]2014年天津港东突堤码头的17个泊位和海河下游两岸的28个散货轮码头安装了低压岸电接电箱并投入使用。[18]随着岸电在部分港口的试点成功，其他港口城市也开始有了岸电设施建设的计划。

自20世纪90年代到港船舶使用岸电以来，世界上已有30多个港口配备了岸电设施。[4]岸电主要经历了从靠泊的滚装船和邮轮使用岸电扩展到油船、集装箱船、散货船等其他船型使用岸电，从早期码头为船舶提供低压岸电，逐步发展到以提供高压岸电为主的阶段。[16]国内外岸电设施情况及应用详见表1。

表1 国内外岸电设施及应用[4,10,12,19]

四、推广船舶岸电的展望

岸电技术的推广和应用仅有不到20年的时间，属于新兴的技术。虽然目前在世界很多地方已经开始大范围推广，但仍有诸多问题需要解决。

1.资金层面

目前，岸电设施的建设投资普遍较高。一套低压岸电设施的建设费用在100万元左右，一套高压岸电设施的建设费用在1 000万元左右，如果码头电力涉及增容问题，则投资更大，对于港方来说投资的回收期很长。如何解决好投资、效益和收益的问题是摆在我们面前的重要课题，因此各地政府考虑在港口建设岸电之前应该权衡岸电技术和其他管控技术或措施的投资与效益比，根据地方政府的能力有序地推进岸电设施的建设。同时，在未来还需进一步探索政府、港口以及社会共同投资的模式，缓解在资金方面的压力。

2.技术层面

由于船舶的流动性较大，每个港口都会接收来自世界各地的船舶，大小不一，种类繁多。虽然目前已经发布实施了《港口船舶岸电系统技术条件》《港口船舶岸电系统操作技术规程》，[20]但仅对来自于国内的靠泊船舶使用岸电的技术标准进行了规范，对于国外远洋船舶则无所适从。存在的差异主要有船舶供电电制、岸电接口、岸电供电方式不一致等问题，需要在设计岸电设施建设方案时加以考虑，同时需要不断与国外船级社或船公司紧密沟通，研究设计出一系列在国内以及国际上通用性较强的岸电使用标准和技术规范。

3.法规、政策层面

船舶靠泊使用岸电技术是一个利船、利民、利国的好举措，[4]需要在国家层面进行鼓励和推动。目前多地港口岸电设施建设已经开展，但船舶也需要进行相应的改造才能够使用岸电，船方进行岸电改造的意愿需要政府出台补贴政策加以引导。由于我国进行岸电应用的技术还不成熟，出台靠泊船舶强制使用岸电的法规可行性较差，但可以在有条件的区域设立排放控制区（如果条件成熟，至少需要5年的时间），船舶在此区域内靠泊时可以选择使用岸电或者其他能够减少大气污染物排放的方式，否则予以处罚。通过设立排放控制区，不仅有助于改善港口城市环境空气质量，还能够倒逼各类船舶进行岸电改造或采取更先进的减排措施。

五、结论

推广岸电是一件很有意义的事情。我国港口众多，岸电在我国具有广阔的应用前景。岸电不能盲目推行，各地在港口建设岸电设施前需要结合当地的实际情况，从多方面进行考量和论证，使岸电既能发挥应有的作用，又能造福社会。

[1]KORN M,MARTIN M,WALLACE.Cold Iron,a maritime contribution to our environment[C].2006 SNAME Maritime Technology Conference and Exposition and Ship Production Symposium,2006.

[2]伏晴艳,沈寅,张健.上海港船舶大气污染物排放清单研究[J].安全与环境学报,2012(5):57-64.

[3]刘静,王静,宋传真,等.青岛市港口船舶大气污染排放清单的建立及应用[J].中国环境监测,2011(3):50-53.

[4]黄健毅.大力推进港航业岸电系统的应用[J].电气时代,2013(10):32-34.

[5]袁航,赵湘前.船舶岸电技术研究及其应用[J].水运工程,2013(10):163-165.

[6]文殿元,邵连新,翟洪良,等.倡导船舶岸电推进船舶节能减排[J].中国海事,2014(10):35-36.

[7]贾石岩.船舶使用岸电对温室气体排放的控制研究[D].大连:大连海事大学,2009.

[8]黄细霞,包起帆,葛中雄,等.典型港口岸电比较及对中国港口岸电的启示[J].交通节能与环保,2009(4):2-5.

[9]李佳伟.深圳治霾从巷战到海战 激励港口船舶使用岸电和低硫油[EB/OL].(2014-10-17)[2015-08-20].http://news.xinhuanet.com/yzyd/energy/20141017/c_1112866749.htm.

[10]彭传圣.国外应用靠泊船舶使用岸电技术的经验分析[J].港口经济,2012(11):11-14.

[11]彭传圣.靠港集装箱船岸电技术的应用[J].集装箱化,2011(8):21-24.

[12]田鑫,杨柳,才志远,等.船用岸电技术国内外发展综述[J].智能电网,2014(11):9-14.

[13]De SISTERNES, FJ.Plug-in electric vehicle introduction in the EU[D].Boston:Massachusetts Institute of Technology,2010.

[14]彭传圣.欧盟建议的靠泊船舶使用岸电方案[J].水运科学研究,2007(6):44-46.

[15]张国桥,穆鑫.探索岸电技术 建设绿色港口——连云港港船舶靠泊接用岸电项目调查[J].港口经济,2011(1):36-38.

[16]卢明超,刘汝梅,石强,等.国内外港口船舶岸电技术的发展和应用现状[J].港工技术,2012(3):41-44.

[17]岸电上船助中国第一大港宁波港绿色转型[EB/OL].(2015-06-30)[2015-08-20].http://www.port.org.cn/info/201506/186352.htm.

[18]天津港泊位全部改岸电后每年可减排废气40亿立方米 节省1亿元费用——天津港船舶“油改电”之路[EB/OL].(2015-04-13)[2015-08-20].http://news.163.com/15/0413/02/AN2112C500014AED.html.

[19]刘洪波,董志强,林结庆.码头船用岸电供电系统技术[J].水运工程,2011(9):181-184.

[20]赫伟建,王妮妮,彭传圣,等.在我国推广靠泊船舶使用岸电技术的建议[J].水运管理,2015(1):26-27.