國(guó)內(nèi)外岸電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司 張雷波

天津市機(jī)動(dòng)車排污檢控中心 徐海棟

天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 尹立峰 楊崳鈜 羅彥鶴

天津市大氣污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 張時(shí)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(guó)外Milton K.等人[1]研究發(fā)現(xiàn)，港口城市由于碼頭?？看安捎幂o助發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的廢氣污染比其他城市平均多25%。國(guó)內(nèi)伏晴艷等人[2]對(duì)上海港船舶排放貢獻(xiàn)進(jìn)行了估算，結(jié)果表明進(jìn)出上海港的各類船舶排放的SO2、NOX和PM2.5占到上海市相應(yīng)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(duì)青島市的船舶排放情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)海上交通對(duì)青島市區(qū)環(huán)境空氣中的SO2和NO2濃度的貢獻(xiàn)率分別為8.0%和12.9%。在我國(guó)隨著大氣污染控制工作的不斷推進(jìn)，船舶污染已經(jīng)開始引起相關(guān)部門的重視。2013年9月國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，指出要開展工程機(jī)械等非道路移動(dòng)機(jī)械和船舶的污染控制。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，目前岸電技術(shù)是港口控制大氣污染的有效手段之一。

一、岸電系統(tǒng)

岸電是指船舶在靠泊期間停止使用船上的發(fā)電機(jī)，船上通風(fēng)、照明、制冷等其他設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)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(tǒng)主要由港區(qū)變電所、岸上電源裝置、岸電接收裝置和電纜連接設(shè)備等組成。[4]船舶岸上電源根據(jù)電壓不同，可分為高壓岸電系統(tǒng)和低壓岸電系統(tǒng)。高壓岸電系統(tǒng)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(tǒng)，對(duì)于大型船舶來說，船上各種電氣設(shè)備負(fù)荷很大，往往采用中高壓供電。低壓岸電系統(tǒng)主要是指岸電電源的輸出為440 V/400 V的岸電電源系統(tǒng)，通常為用電負(fù)荷較小的船舶所采用。

對(duì)于一艘具備岸電接收裝置的船舶來說，在使用岸電時(shí)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(tǒng)的等級(jí)設(shè)置的，當(dāng)船舶靠泊連接岸電后，調(diào)節(jié)船舶輔機(jī)發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生電力的頻率、電壓和相位，使其與岸電系統(tǒng)保持一致，兩個(gè)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行后停止船用輔機(jī)，開始轉(zhuǎn)由岸上電源為船舶供電。[5]通過兩個(gè)系統(tǒng)間的電壓、相位和頻率的調(diào)節(jié)，使雙方滿足聯(lián)網(wǎng)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(jié)能、減排，保護(hù)環(huán)境的重大意義。

在岸電技術(shù)被開發(fā)出來之前，船舶?？坎次缓螅糠州o助發(fā)動(dòng)機(jī)需要正常運(yùn)轉(zhuǎn)以保證船舶的日常電力需求，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)通常會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲和振動(dòng)，嚴(yán)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(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音污染和振動(dòng)，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(huán)境。

2011年，交通運(yùn)輸部發(fā)布的《公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》等文件中指出推廣靠泊船舶使用岸電技術(shù)，是港口及船舶節(jié)能減排的重要措施和迫切需要。[4,6]雖然船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)不斷完善，但其能源轉(zhuǎn)換效率和熱量綜合利用效率仍比陸上大型發(fā)電廠要低很多。船舶發(fā)電柴油機(jī)使用重油的供電能耗相當(dāng)于365 g標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh，使用輕柴油的供電能耗相當(dāng)于365 g標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh；而2010年以后常規(guī)火電廠供電煤耗為347 g標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh，30萬～60萬kW新建機(jī)組的供電煤耗則低于330 g標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh。因此，在船舶靠泊期間停止船用發(fā)電機(jī)進(jìn)而采用岸電，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)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(huán)境質(zhì)量的效果。在美國(guó)洛杉磯港，采用岸電對(duì)集裝箱船進(jìn)行供電，估計(jì)1艘3MVA的集裝箱船?？?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(jì)每年可減少NOX、SOX、PM10分別為80 t、60 t和2 t。[1,8]在我國(guó)，根據(jù)黃健毅[4]估算，如果1 000 t級(jí)以上的各類船舶在我國(guó)港口靠泊期間使用岸電技術(shù)，每年相當(dāng)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(xù)發(fā)布了推廣使用岸電和低硫油的“補(bǔ)貼辦法”和“實(shí)施細(xì)則”，按照岸電應(yīng)用年均比例15%以上，泊岸轉(zhuǎn)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(dāng)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(shí)可減排NOx約2 300 t。[9]

三、國(guó)內(nèi)外港口船舶岸電的發(fā)展及應(yīng)用

早在2000年，瑞典哥德堡港就首次將岸電技術(shù)應(yīng)用在其渡船碼頭，對(duì)船舶靠泊期間大氣污染物減排發(fā)揮了重要作用；[10-12]2007年，在荷蘭的鹿特丹默茲港口流域?yàn)閮?nèi)陸躉船供應(yīng)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(shí)安特衛(wèi)普港的集裝箱碼頭、澤布勒赫港、德國(guó)波羅的海的呂貝克港等港口也開展了岸電技術(shù)應(yīng)用。[12-14]在北美，2001年，朱諾港首次將岸電技術(shù)應(yīng)用在豪華郵輪碼頭。[12]2004年，洛杉磯港首次將岸電技術(shù)應(yīng)用在集裝箱碼頭；[15]2009年，長(zhǎng)灘港首次將其應(yīng)用在油碼頭；[12]此外，北美其他一些港口，例如休斯敦、理斯?jié)M、紐約/新澤西、西雅圖、奧克蘭、塔科馬、溫哥華和費(fèi)城都開展了岸電項(xiàng)目。[7]

國(guó)內(nèi)港口岸電技術(shù)尚處于起步階段。2009年青島港首先完成了5 000 t級(jí)內(nèi)貿(mào)支線碼頭低壓岸電改造，為來往于招商局國(guó)際集裝箱碼頭的船只服務(wù)；[6,12,16]2010年3月，全球首臺(tái)移動(dòng)式岸基船用變頻變壓供電系統(tǒng)在上海港外高橋二期集裝箱碼頭試運(yùn)行取得圓滿成功，服務(wù)于集裝箱船舶；[4,6]2010年寧波港一期岸電試點(diǎn)建成投產(chǎn)，二期于2013年建成投產(chǎn)，此后還進(jìn)行了高壓岸電的研發(fā)與試點(diǎn)建設(shè)，主要服務(wù)于集裝箱船舶和散貨船隊(duì)；[17]2010年10月，連云港港口首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高壓船用岸電系統(tǒng)建設(shè)并應(yīng)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(tǒng)為集裝箱船服務(wù)；[12]2014年天津港東突堤碼頭的17個(gè)泊位和海河下游兩岸的28個(gè)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(diǎn)成功，其他港口城市也開始有了岸電設(shè)施建設(shè)的計(jì)劃。

自20世紀(jì)90年代到港船舶使用岸電以來，世界上已有30多個(gè)港口配備了岸電設(shè)施。[4]岸電主要經(jīng)歷了從靠泊的滾裝船和郵輪使用岸電擴(kuò)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(fā)展到以提供高壓岸電為主的階段。[16]國(guó)內(nèi)外岸電設(shè)施情況及應(yīng)用詳見表1。

表1 國(guó)內(nèi)外岸電設(shè)施及應(yīng)用[4,10,12,19]

四、推廣船舶岸電的展望

岸電技術(shù)的推廣和應(yīng)用僅有不到20年的時(shí)間，屬于新興的技術(shù)。雖然目前在世界很多地方已經(jīng)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(shè)施的建設(shè)投資普遍較高。一套低壓岸電設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用在100萬元左右，一套高壓岸電設(shè)施的建設(shè)費(fèi)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(duì)于港方來說投資的回收期很長(zhǎng)。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(shè)岸電之前應(yīng)該權(quán)衡岸電技術(shù)和其他管控技術(shù)或措施的投資與效益比，根據(jù)地方政府的能力有序地推進(jìn)岸電設(shè)施的建設(shè)。同時(shí)，在未來還需進(jìn)一步探索政府、港口以及社會(huì)共同投資的模式，緩解在資金方面的壓力。

2.技術(shù)層面

由于船舶的流動(dòng)性較大，每個(gè)港口都會(huì)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(jīng)發(fā)布實(shí)施了《港口船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)條件》《港口船舶岸電系統(tǒng)操作技術(shù)規(guī)程》，[20]但僅對(duì)來自于國(guó)內(nèi)的靠泊船舶使用岸電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)范，對(duì)于國(guó)外遠(yuǎn)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(shè)計(jì)岸電設(shè)施建設(shè)方案時(shí)加以考慮，同時(shí)需要不斷與國(guó)外船級(jí)社或船公司緊密溝通，研究設(shè)計(jì)出一系列在國(guó)內(nèi)以及國(guó)際上通用性較強(qiáng)的岸電使用標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

3.法規(guī)、政策層面

船舶靠泊使用岸電技術(shù)是一個(gè)利船、利民、利國(guó)的好舉措，[4]需要在國(guó)家層面進(jìn)行鼓勵(lì)和推動(dòng)。目前多地港口岸電設(shè)施建設(shè)已經(jīng)開展，但船舶也需要進(jìn)行相應(yīng)的改造才能夠使用岸電，船方進(jìn)行岸電改造的意愿需要政府出臺(tái)補(bǔ)貼政策加以引導(dǎo)。由于我國(guó)進(jìn)行岸電應(yīng)用的技術(shù)還不成熟，出臺(tái)靠泊船舶強(qiáng)制使用岸電的法規(guī)可行性較差，但可以在有條件的區(qū)域設(shè)立排放控制區(qū)（如果條件成熟，至少需要5年的時(shí)間），船舶在此區(qū)域內(nèi)靠泊時(shí)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(shè)立排放控制區(qū)，不僅有助于改善港口城市環(huán)境空氣質(zhì)量，還能夠倒逼各類船舶進(jìn)行岸電改造或采取更先進(jìn)的減排措施。

五、結(jié)論

推廣岸電是一件很有意義的事情。我國(guó)港口眾多，岸電在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。岸電不能盲目推行，各地在港口建設(shè)岸電設(shè)施前需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，從多方面進(jìn)行考量和論證，使岸電既能發(fā)揮應(yīng)有的作用，又能造福社會(huì)。

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