VLOC加装岸电系统可行性探讨

摘 要：23万吨矿砂专用船VLOC定线澳大利亚至湛江航线，停泊时间长达3.5天以上，辅机及燃油锅炉产生大量的大气污染物。船舶改用岸电，可减少此类污染物的排放，对建设“绿色港口、环保中国”有十分重大的现实意义。本文从技术性和经济性角度探讨VLOC加装岸电系统的可行性。

关键词：岸电系统 VLOC 可行性 探讨

1.船舶供岸电的背景和意义

船舶靠岸以后，主动力装置虽然已关闭，但仍使用柴油发电机供电和使用辅锅炉供汽，需要继续燃用大量的燃油（重油或柴油）。由于燃油成分中含有硫化氢（H2S）、硫醇（RSH）及苯系物的烃类，在燃烧过程中就会产生二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等废气；由于燃烧时燃烧室内部高温高压而使空气中的氮气氧化，产生氮氧化物（NOx），氮氧化物是造成光化学烟雾的主要起因物质之一；另外由于受到燃烧不充分的影响，还伴随有柴油颗粒和烟尘（PM）产生。这些污染性气体对人类健康和环境安全构成了极大的威胁（据报道VLOC每次靠泊期间排放上述污染性气体多达2吨以上）。对此，国际海事组织（IMO）颁布了 MARPOL Annex VI，限制其成员国船舶所排放的污染性气体中的氮化物和硫化物的含量；欧盟和美国等一些发达国家，已多次立法对船舶在港期间使用燃油方面进行了各种各样的限制，对违反者采取重罚、拒绝进港或滞留等制裁措施，这些苛刻的法规、法令的制定和实施，目的在于降低船舶在控制区域和停港期间的污染排放。

目前，国际一些先进港口如美国洛杉矶港（中海集装箱码头）、长滩港、西雅图港、匹兹堡港、旧金山港；欧洲的哥德堡港、斯德哥尔摩港、安特卫普港等港口针对靠港船舶由于辅机燃用燃油带来污染的问题已经采用陆地的电源对靠港船舶供电的方法加以解决，这种对船舶供电的方式称为港口船舶岸基供电，简称“船舶供岸电”。采用船舶供岸电能减少港口的污染物和噪音，满足当地及国际环保法规，降低船舶油耗成本，减少船舶受罚或滞留风险。

2.船舶供岸电系统简介

船舶供岸电系统可分为三个部分：岸上供电系统，电缆管理系统和船舶受电系统，如图1所示。岸上供电系统是将高压变电站交流电变频、变压后，供应到靠近船舶的连接点。电缆管理系统也称为电缆连接设备是连接岸上连接点及船上受电装置间的电缆和设备。电缆管理系统必须满足快速连接和储存的要求，不使用的时候储存在岸上，不影响码头前沿的作业；船舶受电系统是在船上固定安装受电系统，包括电缆，船上变压器和相关电气管理系统。

船舶供岸电根据上船电压的不同可以分成低压岸电系统和高压岸电系统。一般低压岸电系统的上船电压为440V，高压岸电系统为6.6kV/11kV或者以上。低压岸电系统适用于岸电需求容量较低的船舶，其在码头附近通过变压器把电压降至440V，然后通过电缆直接输送至船舶使用。采用低压岸电系统的好处是不需要对船舶进行大规模的改动，但是低压船舶岸电系统中电缆连接部分的船岸连接电缆数量多，通常需要6～9根，非常重，连接或拆除操作极其不便，岸电与船舶之间连接时间太长，降低了岸电电源的使用效率，因而低压上船方式很难满足岸电电源系统快速连接的要求。高压上船方式同等功率电流是低压的1/15～1/25，绝大部分船舶采用1～2根电缆就可以满足连接的要求。因此高压上船方式必将是船舶岸电电源系统的发展方向。现有23万吨VLOC不能直接接受高压供电，需经过改造，加装快速接头、岸电检测系统、高压电缆和岸电变压器（容量1000～1500KVA），才能接受岸电。

3.湛江某货主码头基地项目的建设背景及设施情况

中国作为世界上最大的碳排放国，已向全世界做出“到 2020年，

中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的承诺，这一目标远远高于美国宣布的减排17%、欧盟提出的最高减排30%的目标，中国的承诺得到了全世界的称赞，提高和树立中国作为一个负责任大国的国际地位和形象。2012年 8月 1日交通运输部正式发布了《码头船舶岸电设施建设技术规范》（JTS 155-2012），其中第3.1.6条明确规定：新建集装箱码头、干散货码头、邮轮码头和客滚码头时，应在工程项目规划、设计和建设中包含码头船舶岸电设施内容。这对推动靠港船舶使用岸电，实现中国减排的承诺有非常重要的意义。目前国内已建成使用的港口有深圳蛇口港、连云港、青岛港等，湛江某货主码头在设计中已考虑了为靠港船舶供岸电的船舶岸电电源系统。

为湛江某货主码头30万吨级和25万吨级VLOC泊位工程配套的船舶供岸电系统项目，主要包括：

（1）在码头上#14和#15泊位的皮带机栈桥下新建2座专用变频岸电站VFS1和VFS2，每个岸电站内各设置 1台 2500kVA 10kV-50Hz/ 6.6kV-60Hz的电源变频装置；

（2）码头前沿设置 4座 6.6kV-60Hz摆臂式岸电连接装置。每个泊位各设置两套摆臂式岸电連接装置，分别由变频岸电站VFS1和VFS2供电。摆臂式岸电连接装置在非工作状态时与码头前沿面保持水平，以方便船只靠离码头。工作时可进行水平旋转，将连接电缆及插头送至船只岸电接口处附近。如图4及图5所示。

4.船舶供岸电可行性分析

4.1技术可行性

根据现行世界各港口使用岸电情况，可以肯定岸电电源系统的关键技术已十分成熟，关键设备市场上均有成熟产品，应该说技术上没有风险。靠港船舶供岸电的关键技术有三个方面：①大功率电力电子变频稳压技术、②船舶和岸电的快速连接技术、③岸电与船舶发电机的无缝切换技术。

大功率电力电子变频稳压技术是指采用由快速全控开关器件（IGBT，IGCT）组成的主电路，通过PWM技术将一种频率和电压等级的高压交流电转变为另一种电压等级和频率的交流电。高压静止频率变换器是船舶供岸电系统的核心设备，它直接影响着岸电电源的品质。不少专业公司对相应的技术都已掌握，可以满足船舶岸电电源的要求。船舶和岸电的快速连接方面：CAVOTEC的高压快速接头和电缆管理系统等能满足船舶供岸电的要求。岸电与船舶发电机的无缝切换技术已广泛应用于 UPS中，ABB公司已在船舶供岸电系统采用无缝切换技术实现船舶发电机和岸电的并联。综上所述，高压船舶供岸电系统的关键技术已经成熟，从技术上来说，我国现在开展高压船舶供岸电是可行的。

4.2VLOC船舶改造的可行性

目前23万吨VLOC设计上只有满足船舶修理时供船舶照明和船员生活所需的接岸电箱，开关电流容量最大的仅有400A，容量显然远远不够。根据湛江项目要求，要使用岸电供靠港时全船生产生活所需，必须加装一套独立的岸电受电系统。受电线路原理图大致如下：

船舷快速接头→高压电缆→岸电控制配电屏→岸电变压器→主配电板汇流排。

具体可选择在船尾左右两舷各加装一个带快速接头的水密接线箱，高压电缆一端连接舷边的接线箱，另一端连接机舱内用于同步和相序检测的岸电控制配电屏，从控制配电屏出来的高压电缆再与设在船舶主配电板后面的变压器间内的一台岸电变压器（6.6KV/440V，容量1000～1500KVA）相连接，变压后用低压电缆接主配电屏的汇流排，从而实现岸电供电。

虽然靠港船舶供岸电的关键技术已成熟，但因船舶供岸电系统复杂，涉及到港口电力、船舶用电设备和船舶电力系统等方方面面，由于靠港船舶使用岸电供电的经验还不足，安全上和技术上及管理上都需要加以深入细致的研究和论证，因此，先选取一艘船舶进行改造，开展船舶供岸电项目的试点，可能是比较稳妥的做法。

5.船舶供岸电项目经济性分析

5.1靠港船舶供船电情况

根据4艘23万吨VLOC营运三年来的数据统计，每艘船舶在卸港每天平均耗油6.5吨（柴油发电机+辅锅炉用油），按15年船舶平均受油价350美元和湛江码头每船3.5天的设计卸货能力以及船舶营运15年计算，每艘23万吨VLOC卸港期间的总燃油费用如下：

A）按VLOC每年定线9个澳--湛航次计算

卸港总燃油费=每天耗油量×停港天数×燃油单价×每年航次数×营运年限

=6.5吨×3.5天×350美元/吨×9次×15年

=U S D10 7.49万美元=R M B￥739.53万元

（注：汇率按1美元=6.88元人民币折算）

5.2靠港船舶供岸电情况

根据湛江项目的设计规划，当使用岸电为靠港船舶供电时，港方按0.6元/度电（kwh）的方式收取电费，23万吨VLOC在港平均每小时700KW的用电量计算，每艘船舶在卸港的总岸电费用为：

B）按VLOC每年9个澳--湛航次营运15年计算

卸港总岸电费=每天用电量×停港天数×电费单价×每年航次数×营运年限

=700KW/h×24h×3.5d ×0.6元/度电×9次×15年=￥476.28万元

5.3卸港供船電与用岸电的差价

C）23万吨VLOC定线澳湛航线

船岸电差价=卸港总燃油费-卸港总岸电费

=￥739.53万元-￥476.28万元=￥263，25万元

从以上计算分析可以得出，如果船舶加装岸电系统的配套投入（包括设计费、工程费及设备费用等）控制在250万元以内的话，对于23万吨VLOC船舶，定线澳湛航线，15年内投资完全可以回本。更重要的一点是对湛江码头而言，如果没有加装岸电系统，船舶将会失去优先准入的竞争力，今后如果码头强制实施接岸电的话，船舶将会被拒绝进港。另外，今后新开辟的装港也引入供岸电系统，届时船舶供岸电的前景将会更加美好，装卸港均用岸电，经济效益和环保效益也将更加明显。

6.结束语

船舶供岸电是一项利船、利港、利民、利国工程。对于船方来讲靠港后使用岸电，在靠港期间关闭辅机，靠港成本明显减少，经济效益显著。关闭辅助发电机，减少了船舶振动和噪音，船员生活工作环境质量提高，船员有更多时间和更好的条件对设备进行维修保养，船方有利。对港口而言，一方面通过提供电力而收益，另一方面完善了港口功能，提升了港口的核心竞争力，港方得利。船舶供岸电系统，将岸电送到船舶上，船舶靠港期间停止使用辅助发电机，这将大大减少靠港船舶对港口的污染，绿色港口对城市的环境保护有利，市民得利。节能减排，对国家实现环保承诺有利。