我國船舶岸電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及推廣思考

李濤

（淮安市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊，江蘇淮安223001）

0 引言

船舶岸電系統(tǒng)為當前船運中最為關(guān)鍵的主流技術(shù)形式。由于其強大的節(jié)能、高效復(fù)合功效，被各大船運公司、港口和相關(guān)政府部門高度重視。作為新興船運電能供應(yīng)技術(shù)，是指在船舶停靠過程中，用來自港口的電力供應(yīng)系統(tǒng)替代船舶發(fā)電機為船舶提供持續(xù)電力，以供船舶照明、通信、工程操作等電氣設(shè)備使用，進而實現(xiàn)船舶系泊過程的節(jié)能、減排、降噪的目標，并最終實現(xiàn)“綠色生態(tài)港”的根本目的。根據(jù)當前主要設(shè)計形式，該系統(tǒng)通常包括港口地面的電源供應(yīng)系統(tǒng)、電力連接系統(tǒng)和電能接收系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。由于應(yīng)用場景的不同，被進一步分為多個類別，如高壓岸電供應(yīng)系統(tǒng)，功率范圍為1～15MV·A，低壓岸電供應(yīng)系統(tǒng)，功率范圍為0.2～0.8MV·A，低功率時的低壓供應(yīng)系統(tǒng)，對應(yīng)的輸出電壓為220V 或者380V。

“十二五”以來，由于船運的爆發(fā)式增長，船舶岸電系統(tǒng)的升級改造以及推廣覆蓋得到各大相關(guān)單位的關(guān)注。交通運輸部發(fā)布的《港口和船舶岸電管理辦法》規(guī)定：對新建、改建、擴建碼頭工程同步設(shè)計、建設(shè)岸電設(shè)施。對已建碼頭逐步實施岸電設(shè)施改造。鼓勵船舶靠港使用岸電。陸上電能項目已在世界各地和中國的許多大港口實現(xiàn)，未來將陸續(xù)引入船舶之中，從而實現(xiàn)對船舶系統(tǒng)的深入覆蓋，解決當前城市港口污染以及運作效率低的問題。在愈演愈烈的船運公司競爭中，船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)將成為一個重要的因素。

1 國內(nèi)岸電的發(fā)展及應(yīng)用情況

當前，由于我國內(nèi)河船舶噸位較小，為了使接入的電力系統(tǒng)和陸上電力系統(tǒng)保持一致性，一般在直接接入港口網(wǎng)后，安裝隔離變壓器。這樣處理的優(yōu)勢在于維護成本低。當前，我國內(nèi)河運輸主要集中在長江流域，因此實現(xiàn)岸電發(fā)展的城市主要集中在沿江城市。

據(jù)江蘇省交通運輸廳介紹，截至2018年底，江蘇內(nèi)河沿岸已建成岸電設(shè)施705 座，覆蓋港口470 個；內(nèi)河干線航道24 個水上服務(wù)區(qū)和7 個船閘船舶待閘區(qū)建成內(nèi)河低壓小容量岸電系統(tǒng)274 套。實現(xiàn)了江蘇區(qū)域內(nèi)河通航區(qū)域的全部覆蓋，并在信息通信技術(shù)的加持下加入了智能化管理技術(shù)，實現(xiàn)了對運行區(qū)域船舶的動態(tài)管理。

作為另一個典型船運大省——浙江省，截至2018年底，浙江北河區(qū)、錨地區(qū)等公共港口已建成210 臺智能岸電設(shè)備，京杭運河浙江段水上服務(wù)區(qū)全部覆蓋，并使用“互聯(lián)網(wǎng)+岸電”建立統(tǒng)一的內(nèi)河港口線運營平臺，支持各種支付形式的電費結(jié)算，如刷卡或掃碼。

根據(jù)湖北省港航管理局相關(guān)部門提供資料，截至2019年3月，湖北省新建岸電泊位145 個，岸電系統(tǒng)已覆蓋湖北省所有港口的具有集裝箱功能的泊位，以及長江干線的50%以上3000 噸級客運泊位。此外三峽區(qū)域作為旅游線路，增加了對各類港口、錨地的管控，實現(xiàn)了以岸電系統(tǒng)為支撐的水上服務(wù)等，將各種內(nèi)河岸電系統(tǒng)應(yīng)用于各類港口區(qū)域，以實現(xiàn)綜合服務(wù)管理。

2 船舶岸電系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)難點

2.1 船舶岸電系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)當前的總體設(shè)計可知，船舶岸電系統(tǒng)由電力接收系統(tǒng)、岸—船電力連接系統(tǒng)、港口電源輸出系統(tǒng)等組成，詳細結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 船舶岸電系統(tǒng)構(gòu)

港口電源輸出系統(tǒng)主要負責變電站供應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換和電壓電平轉(zhuǎn)換，按照電力系統(tǒng)的要求促進供電保障，以及將電能傳輸?shù)较嚓P(guān)設(shè)備，如電源盒、端口連接點等。根據(jù)內(nèi)陸電網(wǎng)的輸出水平，內(nèi)陸岸電主要可分為內(nèi)陸港低壓電和高壓電。一般來說，容量超過6.6kV 或11kV 以上的內(nèi)河港口的電源電壓稱為內(nèi)河港口kVD。這種高壓電源廣泛應(yīng)用于需要高電能的大型船舶上。通常根據(jù)規(guī)范設(shè)定，下游河港的供電電壓高達440kV，稱為低壓岸電系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)適用于低能量負荷的小型船舶。岸—船電力連接系統(tǒng)是設(shè)備的總稱，用于將船上的電力接收電纜和電源連接到地面電源網(wǎng)絡(luò)[1]。

2.2 船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)難點

內(nèi)河船舶岸電系統(tǒng)的技術(shù)難點包括：

2.2.1 高能量的電力變頻裝置應(yīng)用。目前國外岸基供電系統(tǒng)主要通過直接接入的方式同岸電系統(tǒng)連接，和中國接入電網(wǎng)的家用設(shè)備一樣，涉及的變頻設(shè)備較少。然而變頻設(shè)計是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的一個重要關(guān)鍵技術(shù)，因此將這一技術(shù)及其裝置應(yīng)用在岸電系統(tǒng)中，存在一定的難度。

2.2.2 對電源電壓的穩(wěn)定性要求較高。對于通常的家用電器而言，由于電力容錯裕度較大，存在一些電力電壓的波動不會對電器的使用帶來巨大影響。但是對于船舶系統(tǒng)而言，其電力負荷較大，輕微的電能電壓波動會產(chǎn)生反向的電動勢，這樣會對電容裝置帶來沖擊，一旦超出裕度就會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)短路，嚴重的會損壞系統(tǒng)功能，給整個船舶系統(tǒng)帶來不利影響[2]。

2.2.3 對船舶電氣系統(tǒng)的高效協(xié)調(diào)。船舶作為一個整體系統(tǒng)，實現(xiàn)與港口系統(tǒng)的對接，需要岸電系統(tǒng)的技術(shù)支持，為了實現(xiàn)電力匹配和供應(yīng)，需要構(gòu)建內(nèi)部配電網(wǎng)。然而在實際的應(yīng)用中，該配電網(wǎng)一般在港口實現(xiàn)聚集，其表現(xiàn)為中性，即比三相TN 系統(tǒng)的規(guī)模高出4 倍，這同船舶需要的三相線路上的IT 系統(tǒng)有著一定的不兼容性。一旦將二者并網(wǎng)，則很容易出現(xiàn)絕緣擊穿的情況，這樣會對整個系統(tǒng)的電力安全帶來嚴重負面影響。在這方面，應(yīng)積極發(fā)展與信息技術(shù)等系統(tǒng)兼容的電力供應(yīng)，并提高經(jīng)濟效益，但確保電力供應(yīng)的安全和穩(wěn)定。

3 內(nèi)河港口岸電系統(tǒng)推廣中存在的問題

3.1 岸電系統(tǒng)相關(guān)標準差異性較大

目前已對江河口岸的岸電設(shè)施建設(shè)實施技術(shù)規(guī)范，尚未制定此類型的統(tǒng)一標準、功能和規(guī)格，如岸外電力設(shè)施、船舶供電設(shè)備和船舶與岸連接設(shè)施。其次，國際海事組織沒有制定統(tǒng)一的標準，按照國家要求提供岸電設(shè)施，可能和未來國際標準不符。船舶岸電規(guī)范欠發(fā)達，影響岸電應(yīng)用互聯(lián)互通。

3.2 內(nèi)河港口岸電設(shè)施建設(shè)成本高

投資和維護成本較高是當前部署岸電系統(tǒng)的另一個難題。如果一個內(nèi)河河岸發(fā)電廠要用上幾十萬單位的電力，折舊期只增加5年，而換能器的壽命只有8年。相比之下，它的回收期太長。在不計算日常維修費用的情況下，岸電設(shè)備將在6～7年內(nèi)收回建筑成本，許多港口在達到使用壽命前不能迅速“回本”。

3.3 船舶、內(nèi)河港口岸電設(shè)施連接電纜不匹配，岸電使用時間較短

目前，船舶之間以及船舶和港口之間的電能接入依托大量的電纜，這種連接方式導(dǎo)致資源的重復(fù)配置，且增加了運行維護負擔，由此引發(fā)整體社會成本上升等問題，此外安全風險高，船員工作困難等問題也會進一步突出。當前船舶的停泊時間在2～3 小時。如果增加岸電的接入環(huán)節(jié)會增加船舶的停泊時間，這樣不僅會降低港口的運行效率，帶來船運效益降低，同時過多的設(shè)備接入引發(fā)的維護和運營問題也不容小視。這些問題的出現(xiàn)導(dǎo)致很多企業(yè)不愿意費錢費力地實現(xiàn)技術(shù)升級改造[3]。

3.4 岸電系統(tǒng)的安全性能未得到充分驗證

盡管岸電系統(tǒng)對船舶和港口之間的電力傳輸、應(yīng)答服務(wù)以及船舶的相關(guān)業(yè)務(wù)的便捷化開展有著充分的優(yōu)勢，但是兩個單一的電力系統(tǒng)的接入可能引發(fā)的安全問題目前尚未得到實踐論證，因此其本身的安全性還有待考證。當然在很多試點工程中，考慮增加緩沖輔助裝備來提升安全系數(shù)，由于其設(shè)計的專業(yè)性較強，通用性有待考究。兩個電力系統(tǒng)在并網(wǎng)時，如何降低發(fā)生相互干擾的概率，還需要更加充足的實踐來予以確認。

4 船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展策略

4.1 加強頂層設(shè)計，實現(xiàn)技術(shù)標準化

規(guī)范性設(shè)計是實現(xiàn)各大港口系統(tǒng)和船舶系統(tǒng)對接安全高效的重要技術(shù)方案。首先，要做好頂層設(shè)計，即要求在現(xiàn)有的規(guī)則基礎(chǔ)上，根據(jù)實際大多數(shù)港口采用的方案標準對現(xiàn)行規(guī)范進行完善改進，以實現(xiàn)電力輸出、對接以及接收等環(huán)節(jié)的標準化方案形成，為當前的船舶、港口以及岸電系統(tǒng)的接洽、運行、檢修維護等環(huán)節(jié)提供標準化操作細節(jié)；其次，根據(jù)我國當前采用的技術(shù)規(guī)范形式，向國際標準化組織提供我國的設(shè)計準則，從而實現(xiàn)中外船舶系統(tǒng)的對接；最后，構(gòu)建詳細科學(xué)的線路圖以及運行時刻圖，針對苛刻環(huán)境條件的內(nèi)河通航區(qū)域開展試驗驗證工作，以及試驗條件，在其他地區(qū)及其他類型的河港逐步推行[4]。

4.2 提升政府、企業(yè)的資本支持力度

加大政府投入是當前最為關(guān)鍵的措施之一，對此具體操作如下：其一，由政府提供政策支撐和必要的資本支持，引導(dǎo)設(shè)備資本的投入，提升地方政府和企業(yè)對港口能源服務(wù)建設(shè)的補貼力度，提供更加全面的配套服務(wù)，實現(xiàn)各大設(shè)備系統(tǒng)和軟件端的服務(wù)平臺的系統(tǒng)性建設(shè)。其二，在金融保障方面，出臺普惠政策來為金融風險保駕護航，加大力度推動港口能源項目建設(shè)。其三，進一步加強港口實力建設(shè)和內(nèi)河船舶設(shè)施改造，并對使用岸電的船舶采取激勵措施，如在價格方面和稅收方面，以鼓勵船舶使用岸電，以此推動岸電系統(tǒng)在船舶系統(tǒng)中的覆蓋推廣。

4.3 激勵技術(shù)及設(shè)備創(chuàng)新，降低風險

技術(shù)及其設(shè)備的創(chuàng)新是一個關(guān)鍵手段。首先，相關(guān)管理單位要對各大港口進行電力檢修和大氣污染調(diào)研。通過實地勘察的方式掌握當前船舶廢氣排放的現(xiàn)狀、組成、原因、機制和措施等相關(guān)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建污染物排放標準，設(shè)定相應(yīng)的法律法規(guī)以規(guī)范化管理。其次，做好技術(shù)研發(fā)，打破岸電接入船舶系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸，以替代當前的船舶系統(tǒng)能源供應(yīng)模式。通過上述舉措，將清潔能源引入船舶系統(tǒng)，以延長船舶系統(tǒng)使用壽命，提高岸電使用效率。最后，必須努力克服安全使用岸電的困難，使“電”比“油”更快、更好、更安全[5]。

5 岸電發(fā)展的前景展望

5.1 建設(shè)綠色港口、預(yù)期需求增速

當前，在我國同全球各國貿(mào)易以及國內(nèi)區(qū)域經(jīng)濟一體化進展，我國的港口運輸量多年維持在世界領(lǐng)先水平。港口建設(shè)如火如荼，并在不斷更新的技術(shù)背景下實現(xiàn)穩(wěn)步增長，同時在形式上由粗放式擴張向集約式現(xiàn)代化融合轉(zhuǎn)變。2015年以來，交通運輸部等國家部門陸續(xù)出臺政策，其中明確指出要堅持綠色發(fā)展，積極建設(shè)綠色港口。隨著經(jīng)濟全球化大局勢在必行，相關(guān)新興技術(shù)如人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)將推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型，資源的配置利用效率得到合理提升，綠色環(huán)保將是未來港口建設(shè)、船舶運輸方面的大力發(fā)展方向。此外，強制性的政策要求和市場競爭將有效地促進港口市場的發(fā)展，并將持續(xù)對我國未來港口建設(shè)和發(fā)展提供新的機遇。

5.2 延伸產(chǎn)業(yè)鏈、激發(fā)新動能

盡管當前船舶岸電系統(tǒng)接入存在各種難點和問題，但是這種新型的能源供應(yīng)方式將使船舶逐步擺脫當前高能耗高污染的能源供應(yīng)方式，實現(xiàn)船舶系統(tǒng)和港口之間的技術(shù)革新，提升船舶和港口的運行效率和效益，并為現(xiàn)代智能技術(shù)的擴展留足空間，實現(xiàn)船舶航運的附加值提升1000 億元以上的驅(qū)動力。

6 結(jié)語

當前，船運作為重要的交通運輸方式為經(jīng)濟貿(mào)易提供了途徑。對于船運而言，港口是其停泊、裝卸貨物的地方。數(shù)字化時代的發(fā)展，采用有效的船舶岸電系統(tǒng)是上述船舶動作的重要技術(shù)支撐。但是當前在船舶運輸?shù)确矫娲嬖谳^大的污染，改善這些問題是當前港口城市需要解決的環(huán)節(jié)。