國內外岸電技術的應用及發展

天津市環境保護科學研究院天津市聯合環保工程設計有限公司 張雷波

天津市機動車排污檢控中心 徐海棟

天津市環境保護科學研究院 尹立峰 楊崳鈜 羅彥鶴

天津市大氣污染防治重點實驗室 張時佳

近年來，港口及船舶大氣污染物排放逐漸成為沿海港口城市大氣污染治理的重要組成部分。國外Milton K.等人[1]研究發現，港口城市由于碼頭停靠船舶采用輔助發動機發電產生的廢氣污染比其他城市平均多25%。國內伏晴艷等人[2]對上海港船舶排放貢獻進行了估算，結果表明進出上海港的各類船舶排放的SO2、NOX和PM2.5占到上海市相應大氣污染物總量的比例分別為12.0%、9.0%和5.3%。劉靜等人[3]對青島市的船舶排放情況進行了研究，發現海上交通對青島市區環境空氣中的SO2和NO2濃度的貢獻率分別為8.0%和12.9%。在我國隨著大氣污染控制工作的不斷推進，船舶污染已經開始引起相關部門的重視。2013年9月國務院發布《大氣污染防治行動計劃》，指出要開展工程機械等非道路移動機械和船舶的污染控制。根據國內外經驗，目前岸電技術是港口控制大氣污染的有效手段之一。

一、岸電系統

岸電是指船舶在靠泊期間停止使用船上的發電機，船上通風、照明、制冷等其他設施運轉都改由碼頭供電，從而減少船舶廢氣排放的供電方式。岸電系統主要由港區變電所、岸上電源裝置、岸電接收裝置和電纜連接設備等組成。[4]船舶岸上電源根據電壓不同，可分為高壓岸電系統和低壓岸電系統。高壓岸電系統主要是指岸電電源的輸出為6.6 kV/11 kV或者以上的岸電電源系統，對于大型船舶來說，船上各種電氣設備負荷很大，往往采用中高壓供電。低壓岸電系統主要是指岸電電源的輸出為440 V/400 V的岸電電源系統，通常為用電負荷較小的船舶所采用。

對于一艘具備岸電接收裝置的船舶來說，在使用岸電時需要考慮停靠碼頭岸電裝置所能提供的電壓和頻率。岸上電源在電壓和頻率上都是按照船舶電力系統的等級設置的，當船舶靠泊連接岸電后，調節船舶輔機發電系統所產生電力的頻率、電壓和相位，使其與岸電系統保持一致，兩個系統并網運行后停止船用輔機，開始轉由岸上電源為船舶供電。[5]通過兩個系統間的電壓、相位和頻率的調節，使雙方滿足聯網供電的條件。

二、船舶使用岸電的意義

船舶使用岸電具有降噪、減振，節能、減排，保護環境的重大意義。

在岸電技術被開發出來之前，船舶停靠泊位后，部分輔助發動機需要正常運轉以保證船舶的日常電力需求，輔助發動機的運轉通常會產生較大的噪聲和振動，嚴重干擾船上人員、碼頭人員的正常工作和生活。接用岸電后，可消除靠泊船舶輔助發動機運行產生的噪音污染和振動，使船上人員能夠得到更好的休息，改善船上人員和碼頭人員的工作和生活環境。

2011年，交通運輸部發布的《公路水路交通運輸節能減排“十二五”規劃》等文件中指出推廣靠泊船舶使用岸電技術，是港口及船舶節能減排的重要措施和迫切需要。[4,6]雖然船舶發動機的技術不斷完善，但其能源轉換效率和熱量綜合利用效率仍比陸上大型發電廠要低很多。船舶發電柴油機使用重油的供電能耗相當于365 g標準煤/kWh，使用輕柴油的供電能耗相當于365 g標準煤/kWh；而2010年以后常規火電廠供電煤耗為347 g標準煤/kWh，30萬～60萬kW新建機組的供電煤耗則低于330 g標準煤/kWh。因此，在船舶靠泊期間停止船用發電機進而采用岸電，在一定程度上可以實現整體效率的提高，減少CO2的排放。[7]

船舶使用岸電還可減少NOX、SOX、PM10等大氣污染物的排放，具有改善環境質量的效果。在美國洛杉磯港，采用岸電對集裝箱船進行供電，估計1艘3MVA的集裝箱船停靠1天的NOX、SOX和PM10的排放量分別減少1.03 t、0.59 t和0.043 t。[1,8]瑞典的哥德堡港使用岸電后估計每年可減少NOX、SOX、PM10分別為80 t、60 t和2 t。[1,8]在我國，根據黃健毅[4]估算，如果1 000 t級以上的各類船舶在我國港口靠泊期間使用岸電技術，每年相當于減少CO2排放917萬t，減少SO2排放12.6萬t，減少NOX排放19.5萬t。深圳市在2014年和2015年連續發布了推廣使用岸電和低硫油的“補貼辦法”和“實施細則”，按照岸電應用年均比例15%以上，泊岸轉油（硫含量0.1%）比例85%以上，則每年將減少SO2排放量約6 000 t，相當于3座媽灣燃煤電廠的SO2排放量，可減排顆粒物約450 t，同時可減排NOx約2 300 t。[9]

三、國內外港口船舶岸電的發展及應用

早在2000年，瑞典哥德堡港就首次將岸電技術應用在其渡船碼頭，對船舶靠泊期間大氣污染物減排發揮了重要作用；[10-12]2007年，在荷蘭的鹿特丹默茲港口流域為內陸躉船供應岸電，極大改善了船員的日常生活。[7]此外，在歐盟的其他主要港口，如比利時安特衛普港的集裝箱碼頭、澤布勒赫港、德國波羅的海的呂貝克港等港口也開展了岸電技術應用。[12-14]在北美，2001年，朱諾港首次將岸電技術應用在豪華郵輪碼頭。[12]2004年，洛杉磯港首次將岸電技術應用在集裝箱碼頭；[15]2009年，長灘港首次將其應用在油碼頭；[12]此外，北美其他一些港口，例如休斯敦、理斯滿、紐約/新澤西、西雅圖、奧克蘭、塔科馬、溫哥華和費城都開展了岸電項目。[7]

國內港口岸電技術尚處于起步階段。2009年青島港首先完成了5 000 t級內貿支線碼頭低壓岸電改造，為來往于招商局國際集裝箱碼頭的船只服務；[6,12,16]2010年3月，全球首臺移動式岸基船用變頻變壓供電系統在上海港外高橋二期集裝箱碼頭試運行取得圓滿成功，服務于集裝箱船舶；[4,6]2010年寧波港一期岸電試點建成投產，二期于2013年建成投產，此后還進行了高壓岸電的研發與試點建設，主要服務于集裝箱船舶和散貨船隊；[17]2010年10月，連云港港口首次在國內實現高壓船用岸電系統建設并應用于“中韓之星”郵輪；[12]2011年至2012年，蛇口港先后安裝了低壓和高壓岸電系統為集裝箱船服務；[12]2014年天津港東突堤碼頭的17個泊位和海河下游兩岸的28個散貨輪碼頭安裝了低壓岸電接電箱并投入使用。[18]隨著岸電在部分港口的試點成功，其他港口城市也開始有了岸電設施建設的計劃。

自20世紀90年代到港船舶使用岸電以來，世界上已有30多個港口配備了岸電設施。[4]岸電主要經歷了從靠泊的滾裝船和郵輪使用岸電擴展到油船、集裝箱船、散貨船等其他船型使用岸電，從早期碼頭為船舶提供低壓岸電，逐步發展到以提供高壓岸電為主的階段。[16]國內外岸電設施情況及應用詳見表1。

表1 國內外岸電設施及應用[4,10,12,19]

四、推廣船舶岸電的展望

岸電技術的推廣和應用僅有不到20年的時間，屬于新興的技術。雖然目前在世界很多地方已經開始大范圍推廣，但仍有諸多問題需要解決。

1.資金層面

目前，岸電設施的建設投資普遍較高。一套低壓岸電設施的建設費用在100萬元左右，一套高壓岸電設施的建設費用在1 000萬元左右，如果碼頭電力涉及增容問題，則投資更大，對于港方來說投資的回收期很長。如何解決好投資、效益和收益的問題是擺在我們面前的重要課題，因此各地政府考慮在港口建設岸電之前應該權衡岸電技術和其他管控技術或措施的投資與效益比，根據地方政府的能力有序地推進岸電設施的建設。同時，在未來還需進一步探索政府、港口以及社會共同投資的模式，緩解在資金方面的壓力。

2.技術層面

由于船舶的流動性較大，每個港口都會接收來自世界各地的船舶，大小不一，種類繁多。雖然目前已經發布實施了《港口船舶岸電系統技術條件》《港口船舶岸電系統操作技術規程》，[20]但僅對來自于國內的靠泊船舶使用岸電的技術標準進行了規范，對于國外遠洋船舶則無所適從。存在的差異主要有船舶供電電制、岸電接口、岸電供電方式不一致等問題，需要在設計岸電設施建設方案時加以考慮，同時需要不斷與國外船級社或船公司緊密溝通，研究設計出一系列在國內以及國際上通用性較強的岸電使用標準和技術規范。

3.法規、政策層面

船舶靠泊使用岸電技術是一個利船、利民、利國的好舉措，[4]需要在國家層面進行鼓勵和推動。目前多地港口岸電設施建設已經開展，但船舶也需要進行相應的改造才能夠使用岸電，船方進行岸電改造的意愿需要政府出臺補貼政策加以引導。由于我國進行岸電應用的技術還不成熟，出臺靠泊船舶強制使用岸電的法規可行性較差，但可以在有條件的區域設立排放控制區（如果條件成熟，至少需要5年的時間），船舶在此區域內靠泊時可以選擇使用岸電或者其他能夠減少大氣污染物排放的方式，否則予以處罰。通過設立排放控制區，不僅有助于改善港口城市環境空氣質量，還能夠倒逼各類船舶進行岸電改造或采取更先進的減排措施。

五、結論

推廣岸電是一件很有意義的事情。我國港口眾多，岸電在我國具有廣闊的應用前景。岸電不能盲目推行，各地在港口建設岸電設施前需要結合當地的實際情況，從多方面進行考量和論證，使岸電既能發揮應有的作用，又能造福社會。

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