VLOC加裝岸電系統(tǒng)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(chǎn)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(shè)“綠色港口、環(huán)保中國”有十分重大的現(xiàn)實意義。本文從技術(shù)性和經(jīng)濟性角度探討VLOC加裝岸電系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：岸電系統(tǒng) 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(guān)閉，但仍使用柴油發(fā)電機供電和使用輔鍋爐供汽，需要繼續(xù)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(chǎn)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(nèi)部高溫高壓而使空氣中的氮氣氧化，產(chǎn)生氮氧化物（NOx），氮氧化物是造成光化學(xué)煙霧的主要起因物質(zhì)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(chǎn)生。這些污染性氣體對人類健康和環(huán)境安全構(gòu)成了極大的威脅（據(jù)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(fā)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(guī)、法令的制定和實施，目的在于降低船舶在控制區(qū)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(wèi)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(jīng)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?shù)丶皣H環(huán)保法規(guī)，降低船舶油耗成本，減少船舶受罰或滯留風(fēng)險。

2.船舶供岸電系統(tǒng)簡介

船舶供岸電系統(tǒng)可分為三個部分：岸上供電系統(tǒng)，電纜管理系統(tǒng)和船舶受電系統(tǒng)，如圖1所示。岸上供電系統(tǒng)是將高壓變電站交流電變頻、變壓后，供應(yīng)到靠近船舶的連接點。電纜管理系統(tǒng)也稱為電纜連接設(shè)備是連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設(shè)備。電纜管理系統(tǒng)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(yè)；船舶受電系統(tǒng)是在船上固定安裝受電系統(tǒng)，包括電纜，船上變壓器和相關(guān)電氣管理系統(tǒng)。

船舶供岸電根據(jù)上船電壓的不同可以分成低壓岸電系統(tǒng)和高壓岸電系統(tǒng)。一般低壓岸電系統(tǒng)的上船電壓為440V，高壓岸電系統(tǒng)為6.6kV/11kV或者以上。低壓岸電系統(tǒng)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(tǒng)的好處是不需要對船舶進行大規(guī)模的改動，但是低壓船舶岸電系統(tǒng)中電纜連接部分的船岸連接電纜數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展方向?，F(xiàn)有23萬噸VLOC不能直接接受高壓供電，需經(jīng)過改造，加裝快速接頭、岸電檢測系統(tǒng)、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(shè)背景及設(shè)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(nèi)生產(chǎn)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(zé)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(fā)布了《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（JTS 155-2012），其中第3.1.6條明確規(guī)定：新建集裝箱碼頭、干散貨碼頭、郵輪碼頭和客滾碼頭時，應(yīng)在工程項目規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)中包含碼頭船舶岸電設(shè)施內(nèi)容。這對推動靠港船舶使用岸電，實現(xiàn)中國減排的承諾有非常重要的意義。目前國內(nèi)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(shè)計中已考慮了為靠港船舶供岸電的船舶岸電電源系統(tǒng)。

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(tǒng)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(nèi)各設(shè)置 1臺 2500kVA 10kV-50Hz/ 6.6kV-60Hz的電源變頻裝置；

（2）碼頭前沿設(shè)置 4座 6.6kV-60Hz擺臂式岸電連接裝置。每個泊位各設(shè)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(tài)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(zhuǎn)，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(shù)可行性

根據(jù)現(xiàn)行世界各港口使用岸電情況，可以肯定岸電電源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已十分成熟，關(guān)鍵設(shè)備市場上均有成熟產(chǎn)品，應(yīng)該說技術(shù)上沒有風(fēng)險?？扛鄞肮┌峨姷年P(guān)鍵技術(shù)有三個方面：①大功率電力電子變頻穩(wěn)壓技術(shù)、②船舶和岸電的快速連接技術(shù)、③岸電與船舶發(fā)電機的無縫切換技術(shù)。

大功率電力電子變頻穩(wěn)壓技術(shù)是指采用由快速全控開關(guān)器件（IGBT，IGCT）組成的主電路，通過PWM技術(shù)將一種頻率和電壓等級的高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N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(tǒng)的核心設(shè)備，它直接影響著岸電電源的品質(zhì)。不少專業(yè)公司對相應(yīng)的技術(shù)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(tǒng)等能滿足船舶供岸電的要求。岸電與船舶發(fā)電機的無縫切換技術(shù)已廣泛應(yīng)用于 UPS中，ABB公司已在船舶供岸電系統(tǒng)采用無縫切換技術(shù)實現(xiàn)船舶發(fā)電機和岸電的并聯(lián)。綜上所述，高壓船舶供岸電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成熟，從技術(shù)上來說，我國現(xiàn)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(shè)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(guān)電流容量最大的僅有400A，容量顯然遠遠不夠。根據(jù)湛江項目要求，要使用岸電供靠港時全船生產(chǎn)生活所需，必須加裝一套獨立的岸電受電系統(tǒng)。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(nèi)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(shè)在船舶主配電板后面的變壓器間內(nèi)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(xiàn)岸電供電。

雖然靠港船舶供岸電的關(guān)鍵技術(shù)已成熟，但因船舶供岸電系統(tǒng)復(fù)雜，涉及到港口電力、船舶用電設(shè)備和船舶電力系統(tǒng)等方方面面，由于靠港船舶使用岸電供電的經(jīng)驗還不足，安全上和技術(shù)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(wěn)妥的做法。

5.船舶供岸電項目經(jīng)濟性分析

5.1靠港船舶供船電情況

根據(jù)4艘23萬噸VLOC營運三年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每艘船舶在卸港每天平均耗油6.5噸（柴油發(fā)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(shè)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?cè)加唾M用如下：

A）按VLOC每年定線9個澳--湛航次計算

卸港總?cè)加唾M=每天耗油量×停港天數(shù)×燃油單價×每年航次數(shù)×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(jù)湛江項目的設(shè)計規(guī)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(shù)×電費單價×每年航次數(shù)×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?cè)加唾M-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(tǒng)的配套投入（包括設(shè)計費、工程費及設(shè)備費用等）控制在250萬元以內(nèi)的話，對于23萬噸VLOC船舶，定線澳湛航線，15年內(nèi)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(tǒng)，船舶將會失去優(yōu)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(tǒng)，屆時船舶供岸電的前景將會更加美好，裝卸港均用岸電，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益也將更加明顯。

6.結(jié)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(guān)閉輔機，靠港成本明顯減少，經(jīng)濟效益顯著。關(guān)閉輔助發(fā)電機，減少了船舶振動和噪音，船員生活工作環(huán)境質(zhì)量提高，船員有更多時間和更好的條件對設(shè)備進行維修保養(yǎng)，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(tǒng)，將岸電送到船舶上，船舶靠港期間停止使用輔助發(fā)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(huán)境保護有利，市民得利。節(jié)能減排，對國家實現(xiàn)環(huán)保承諾有利。