VLOC加裝岸電系統可行性探討

陳俊良

摘 要：23萬噸礦砂專用船VLOC定線澳大利亞至湛江航線，停泊時間長達3.5天以上，輔機及燃油鍋爐產生大量的大氣污染物。船舶改用岸電，可減少此類污染物的排放，對建設“綠色港口、環保中國”有十分重大的現實意義。本文從技術性和經濟性角度探討VLOC加裝岸電系統的可行性。

關鍵詞：岸電系統 VLOC 可行性 探討

1.船舶供岸電的背景和意義

船舶靠岸以后，主動力裝置雖然已關閉，但仍使用柴油發電機供電和使用輔鍋爐供汽，需要繼續燃用大量的燃油（重油或柴油）。由于燃油成分中含有硫化氫（H2S）、硫醇（RSH）及苯系物的烴類，在燃燒過程中就會產生二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等廢氣；由于燃燒時燃燒室內部高溫高壓而使空氣中的氮氣氧化，產生氮氧化物（NOx），氮氧化物是造成光化學煙霧的主要起因物質之一；另外由于受到燃燒不充分的影響，還伴隨有柴油顆粒和煙塵（PM）產生。這些污染性氣體對人類健康和環境安全構成了極大的威脅（據報道VLOC每次靠泊期間排放上述污染性氣體多達2噸以上）。對此，國際海事組織（IMO）頒布了 MARPOL Annex VI，限制其成員國船舶所排放的污染性氣體中的氮化物和硫化物的含量；歐盟和美國等一些發達國家，已多次立法對船舶在港期間使用燃油方面進行了各種各樣的限制，對違反者采取重罰、拒絕進港或滯留等制裁措施，這些苛刻的法規、法令的制定和實施，目的在于降低船舶在控制區域和停港期間的污染排放。

目前，國際一些先進港口如美國洛杉磯港（中海集裝箱碼頭）、長灘港、西雅圖港、匹茲堡港、舊金山港；歐洲的哥德堡港、斯德哥爾摩港、安特衛普港等港口針對靠港船舶由于輔機燃用燃油帶來污染的問題已經采用陸地的電源對靠港船舶供電的方法加以解決，這種對船舶供電的方式稱為港口船舶岸基供電，簡稱“船舶供岸電”。采用船舶供岸電能減少港口的污染物和噪音，滿足當地及國際環保法規，降低船舶油耗成本，減少船舶受罰或滯留風險。

2.船舶供岸電系統簡介

船舶供岸電系統可分為三個部分：岸上供電系統，電纜管理系統和船舶受電系統，如圖1所示。岸上供電系統是將高壓變電站交流電變頻、變壓后，供應到靠近船舶的連接點。電纜管理系統也稱為電纜連接設備是連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設備。電纜管理系統必須滿足快速連接和儲存的要求，不使用的時候儲存在岸上，不影響碼頭前沿的作業；船舶受電系統是在船上固定安裝受電系統，包括電纜，船上變壓器和相關電氣管理系統。

船舶供岸電根據上船電壓的不同可以分成低壓岸電系統和高壓岸電系統。一般低壓岸電系統的上船電壓為440V，高壓岸電系統為6.6kV/11kV或者以上。低壓岸電系統適用于岸電需求容量較低的船舶，其在碼頭附近通過變壓器把電壓降至440V，然后通過電纜直接輸送至船舶使用。采用低壓岸電系統的好處是不需要對船舶進行大規模的改動，但是低壓船舶岸電系統中電纜連接部分的船岸連接電纜數量多，通常需要6～9根，非常重，連接或拆除操作極其不便，岸電與船舶之間連接時間太長，降低了岸電電源的使用效率，因而低壓上船方式很難滿足岸電電源系統快速連接的要求。高壓上船方式同等功率電流是低壓的1/15～1/25，絕大部分船舶采用1～2根電纜就可以滿足連接的要求。因此高壓上船方式必將是船舶岸電電源系統的發展方向。現有23萬噸VLOC不能直接接受高壓供電，需經過改造，加裝快速接頭、岸電檢測系統、高壓電纜和岸電變壓器（容量1000～1500KVA），才能接受岸電。

3.湛江某貨主碼頭基地項目的建設背景及設施情況

中國作為世界上最大的碳排放國，已向全世界做出“到 2020年，

中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的承諾，這一目標遠遠高于美國宣布的減排17%、歐盟提出的最高減排30%的目標，中國的承諾得到了全世界的稱贊，提高和樹立中國作為一個負責任大國的國際地位和形象。2012年 8月 1日交通運輸部正式發布了《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》（JTS 155-2012），其中第3.1.6條明確規定：新建集裝箱碼頭、干散貨碼頭、郵輪碼頭和客滾碼頭時，應在工程項目規劃、設計和建設中包含碼頭船舶岸電設施內容。這對推動靠港船舶使用岸電，實現中國減排的承諾有非常重要的意義。目前國內已建成使用的港口有深圳蛇口港、連云港、青島港等，湛江某貨主碼頭在設計中已考慮了為靠港船舶供岸電的船舶岸電電源系統。

為湛江某貨主碼頭30萬噸級和25萬噸級VLOC泊位工程配套的船舶供岸電系統項目，主要包括：

（1）在碼頭上#14和#15泊位的皮帶機棧橋下新建2座專用變頻岸電站VFS1和VFS2，每個岸電站內各設置 1臺 2500kVA 10kV-50Hz/ 6.6kV-60Hz的電源變頻裝置；

（2）碼頭前沿設置 4座 6.6kV-60Hz擺臂式岸電連接裝置。每個泊位各設置兩套擺臂式岸電連接裝置，分別由變頻岸電站VFS1和VFS2供電。擺臂式岸電連接裝置在非工作狀態時與碼頭前沿面保持水平，以方便船只靠離碼頭。工作時可進行水平旋轉，將連接電纜及插頭送至船只岸電接口處附近。如圖4及圖5所示。

4.船舶供岸電可行性分析

4.1技術可行性

根據現行世界各港口使用岸電情況，可以肯定岸電電源系統的關鍵技術已十分成熟，關鍵設備市場上均有成熟產品，應該說技術上沒有風險。靠港船舶供岸電的關鍵技術有三個方面：①大功率電力電子變頻穩壓技術、②船舶和岸電的快速連接技術、③岸電與船舶發電機的無縫切換技術。

大功率電力電子變頻穩壓技術是指采用由快速全控開關器件（IGBT，IGCT）組成的主電路，通過PWM技術將一種頻率和電壓等級的高壓交流電轉變為另一種電壓等級和頻率的交流電。高壓靜止頻率變換器是船舶供岸電系統的核心設備，它直接影響著岸電電源的品質。不少專業公司對相應的技術都已掌握，可以滿足船舶岸電電源的要求。船舶和岸電的快速連接方面：CAVOTEC的高壓快速接頭和電纜管理系統等能滿足船舶供岸電的要求。岸電與船舶發電機的無縫切換技術已廣泛應用于 UPS中，ABB公司已在船舶供岸電系統采用無縫切換技術實現船舶發電機和岸電的并聯。綜上所述，高壓船舶供岸電系統的關鍵技術已經成熟，從技術上來說，我國現在開展高壓船舶供岸電是可行的。

4.2VLOC船舶改造的可行性

目前23萬噸VLOC設計上只有滿足船舶修理時供船舶照明和船員生活所需的接岸電箱，開關電流容量最大的僅有400A，容量顯然遠遠不夠。根據湛江項目要求，要使用岸電供靠港時全船生產生活所需，必須加裝一套獨立的岸電受電系統。受電線路原理圖大致如下：

船舷快速接頭→高壓電纜→岸電控制配電屏→岸電變壓器→主配電板匯流排。

具體可選擇在船尾左右兩舷各加裝一個帶快速接頭的水密接線箱，高壓電纜一端連接舷邊的接線箱，另一端連接機艙內用于同步和相序檢測的岸電控制配電屏，從控制配電屏出來的高壓電纜再與設在船舶主配電板后面的變壓器間內的一臺岸電變壓器（6.6KV/440V，容量1000～1500KVA）相連接，變壓后用低壓電纜接主配電屏的匯流排，從而實現岸電供電。

雖然靠港船舶供岸電的關鍵技術已成熟，但因船舶供岸電系統復雜，涉及到港口電力、船舶用電設備和船舶電力系統等方方面面，由于靠港船舶使用岸電供電的經驗還不足，安全上和技術上及管理上都需要加以深入細致的研究和論證，因此，先選取一艘船舶進行改造，開展船舶供岸電項目的試點，可能是比較穩妥的做法。

5.船舶供岸電項目經濟性分析

5.1靠港船舶供船電情況

根據4艘23萬噸VLOC營運三年來的數據統計，每艘船舶在卸港每天平均耗油6.5噸（柴油發電機+輔鍋爐用油），按15年船舶平均受油價350美元和湛江碼頭每船3.5天的設計卸貨能力以及船舶營運15年計算，每艘23萬噸VLOC卸港期間的總燃油費用如下：

A）按VLOC每年定線9個澳--湛航次計算

卸港總燃油費=每天耗油量×停港天數×燃油單價×每年航次數×營運年限

=6.5噸×3.5天×350美元/噸×9次×15年

=U S D10 7.49萬美元=R M B￥739.53萬元

（注：匯率按1美元=6.88元人民幣折算）

5.2靠港船舶供岸電情況

根據湛江項目的設計規劃，當使用岸電為靠港船舶供電時，港方按0.6元/度電（kwh）的方式收取電費，23萬噸VLOC在港平均每小時700KW的用電量計算，每艘船舶在卸港的總岸電費用為：

B）按VLOC每年9個澳--湛航次營運15年計算

卸港總岸電費=每天用電量×停港天數×電費單價×每年航次數×營運年限

=700KW/h×24h×3.5d ×0.6元/度電×9次×15年=￥476.28萬元

5.3卸港供船電與用岸電的差價

C）23萬噸VLOC定線澳湛航線

船岸電差價=卸港總燃油費-卸港總岸電費

=￥739.53萬元-￥476.28萬元=￥263，25萬元

從以上計算分析可以得出，如果船舶加裝岸電系統的配套投入（包括設計費、工程費及設備費用等）控制在250萬元以內的話，對于23萬噸VLOC船舶，定線澳湛航線，15年內投資完全可以回本。更重要的一點是對湛江碼頭而言，如果沒有加裝岸電系統，船舶將會失去優先準入的競爭力，今后如果碼頭強制實施接岸電的話，船舶將會被拒絕進港。另外，今后新開辟的裝港也引入供岸電系統，屆時船舶供岸電的前景將會更加美好，裝卸港均用岸電，經濟效益和環保效益也將更加明顯。

6.結束語

船舶供岸電是一項利船、利港、利民、利國工程。對于船方來講靠港后使用岸電，在靠港期間關閉輔機，靠港成本明顯減少，經濟效益顯著。關閉輔助發電機，減少了船舶振動和噪音，船員生活工作環境質量提高，船員有更多時間和更好的條件對設備進行維修保養，船方有利。對港口而言，一方面通過提供電力而收益，另一方面完善了港口功能，提升了港口的核心競爭力，港方得利。船舶供岸電系統，將岸電送到船舶上，船舶靠港期間停止使用輔助發電機，這將大大減少靠港船舶對港口的污染，綠色港口對城市的環境保護有利，市民得利。節能減排，對國家實現環保承諾有利。