港口岸电电能替代技术与效益分析

港口岸电电能替代技术与效益分析

林道明

海南电网产业投资有限责任公司

摘要：本文分析了港口岸电电能替代技术原理，分别介绍了港口岸电电能替代技术背景下的低压船用变频变压供电系统及高压变频变压船用岸电系统，并指出了新形势下港口岸电电能替代的重要性，据此立足于环境与经济社会效益两个层面，论述分析了港口岸电电能替代技术产生的综合性效益，希望为我国港口岸电电能替代技术应用与推广提供一定的思考与启发。

关键词：港口岸电；电能替代；技术；效益

电能是我国经济、社会全面可持续发展的重要能源之一，随着全球环境污染越来严重，各国开始大力实施电能替代战略[1]。目前，我国各大港口也采用岸电技术，节省船舶发电费用以及节约靠港供电成本，从而有效减少了相关污染物的排放。为了打造绿色低碳港口，本文重点针对港口岸电电能替代技术及其产生的相关效益进行分析论述，旨为“港口岸电”项目顺利实施，开启电能替代新时代奠定良好基础。

一、港口岸电电能替代技术原理

港口岸电电能替代是指在港口船舶靠港期间，由陆地电源供电以代替船舶供电系统发电的一种技术。通常情况下，在使用港口岸电电能替代技术供电时，要保证港口提供的岸电功率可满足港口船舶停泊靠岸所需全部生活设施、生产设备以及安全设施、其它辅助设备的用电需求。一般而言，安装在船舶上的变电系统与安装在港口码头上的供电系统共同构成船舶岸电电能替代技术系统[2]。

在港口岸电电能替代过程中，通过港口码头前沿港区变电所，为码头供电系统供电，然后分别经过“变压、变频”等环节，将输入供电转化为能够满足港口船舶所需的电源，再采用输送栈桥、电缆沟等设施、设备，即可通过敷设使码头前沿与高压电缆相连接。为了使船舶能够与高压电缆线相连接，还需将高压线安装于港口码头前沿位置，经过船载变电站变压，港口船舶就能够使用稳定、可靠及安全的变频电源[3]。

二、港口岸电电能替代技术推广应用重要性

电能是人类文明、进步与发展的重要标志，在国家大力实施绿色能源战略的时代背景下，积极推广港口岸电电能替代技术，对于改善我国当前终端能源消费现状，落实国家能源战略以及推动能源消费革命等具有重要意义。与传统的燃油以及散烧煤等能源消费方式相比，港口岸电电能替代技术具有“便捷”、“安全”以及“清洁”等优势，一方面，通过港口岸电电能替代，能够促进能源清洁化，减少大气污染；另一方面，还可有效建构高层次的新型电力消费市场，扩大电力消费市场份额，提升我国电气化水平，带动“海洋经济”发展。

但是，在港口岸电电能替代战略实施过程中，港口岸电供电的实施需要增容扩建原有港区码头，新建能够满足岸电供电实际需求的大功率裕量码头，同时还需改造并增容老码头降压变压器。鉴于目前我国大多数港口均采用的是50Hz的交流电制供电。因此，为了能够满足来自世界各地的靠港船舶岸电供电需求，应加装大功率变频电源，使原有50Hz的交流电制转变为60Hz的交流电制；另外，还应合理规划与布局港口码头，选择合适的岸电供电连接点，对变压系统以及低压变频系统位置进行优化，从而缩短低压电缆接线距离，减少投资成本，提高综合效益[4]。

三、港口岸电电能替代技术系统分析

（一）港口岸电电能替代技术下的低压变频变压系统

如下图1所示，港口岸电电能替代技术下的低压变频变压系统同时由50Hz/60Hz双频供电，其采用的是快速软接触的柔性电缆以及插头插座，虽然这种供电方式较为创新，但是同样也面临着设备使用寿命较短以及闲置率高的问题。

（二）港口岸电电能替代技术下的高压变频变压系统

港口岸电电能替代技术下的高压变频变压系统与港口岸电电能替代技术下的低压变频变压系统在供电形制以及结构配置方面存在一定的区别。如下图2所示，港口岸电电能替代技术下的高压变频变压系统借助港口码头现有资源设备等，通过对相关供电设备进行合理布局，采用“分离式”设计方式，将高压变频变压装置设置于港口码头区域中，既不会对码头正常作业产生影响，也不会占用更多的码头场地，仅需要将降压变压装置设置于船体上，并采用一根高压电缆，即可通过“IT供电模式”在供电末端进行不间断供电，并快速实现连接。这种供电方式具有全自动数字化控制以及一键化操作、简便等优点，还可实现船岸实时监测、以太网通信以及实时控制保护、自动调整、电压跟踪等安全智能保护，能够满足大多数靠港船舶的作业用电需求。

四、港口岸电电能替代产生的效益

（一）港口岸电电能替代产生的环境社会效益

船舶停靠码头所产生的巨大能源浪费和环境污染使得船舶在港口内的节能减排成为必然要求，船舶排放的有害物质包括氮氧化物(NOx)、氧化硫(SOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢物(HC)和颗粒悬浮物(PM)。采用船用岸电技术可消除靠港船舶的废气排放。

在港口全面推广岸电技术之后，是适应港口繁忙的营运要求、实现港口节能减排的重要技术，是建设“绿色港口”和提高码头竞争力的重要措施，也是构建和谐城区、改善港区环境质量，协调港口与城市发展的重要举措，具有重大社会效益。

从环境和社会效益角度来分析，港口岸电电能替代技术实施以后，能够通过国家大气污染治理相关手段，大幅减少港口码头的废气污染物。以供“中韩之星”号客滚船停靠连云港港号59号泊位岸电技术应用为例，该泊位在应用岸电替代技术供电以前，主要依靠3台880kW的辅机辅助发电机发电，以此来满足港口船舶上的通信、加热、空调、照明和冷藏等电力供电需求。根据实际需要，“中韩之星”每年在连云港码头靠泊2000h，如果启用1台或2台880kW辅机供电，每年使用100万kWh的电量，则在年靠泊期间，这一港口需要消耗780t油料，而实施港口岸电电能替代技术以后，此港口经过改造供电系统，每年可减少156t轻油和624t重油，当地二氧化硫和一氧化碳年减排量分别可达62t和2430t，氮氧化物70t，能够产生明显的环境社会效益。

（二）港口岸电电能替代产生的经济效益

从经济效益层面来分析，港口通过岸电电能替代技术对原有供电系统进行改造以后，能够通过用油和船舶用电之间的实际差价获取大幅的经济效益。仍以“中韩之星”号为例，该船舶港口岸电电能替代技术实施过程中的成本投入共分为两个部分，一部分是船上设备投资，另一部分是岸上设备投资，假设船上和岸上设备投资分别为200万元和500万元，则此港口在实施岸电电能替代技术以后，船舶购岸电价格以及港口向电力公司购电价分别为1.8元/kWh和0.8元/kWh，假设该船舶每周在港口停靠2个泊次，每个泊次使用岸上电量1万kWh，则一年需要使用100万kWh岸电，改造之前这一港口需要消耗780t油料，折合电量约396万元，而在使用岸电供电以后，该船年购电成本约180万元，每年约使用100万kWh的岸电电量。因此，与原有供电方式相比，在实施港口岸电电能替代技术以后，此港口每年可节约216万元的经济成本，如果按照54.5%的年收益率计算，实施岸电电能替代技术后，原有投资大约在2年之年收回，带来的经济效益十分显著。

结束语：

推广港口岸电，守护绿水青山是船舶岸电技术应用研究的重要方向，如今我国南网首个“港口岸电”项目开启了电能替代新时代，也为诸多大型港口进行电能替代研究与实践开启了良好序幕，本文通过港口岸电电能替代技术与效益分析，结果表明，船舶岸电技术应用效益显著，其能够减少大气污染，节省投资成本，推动能源消费革命。因此，应协调港口与城市发展，改善港区环境质量，促进新能源发电，推动我国经济社会发展可持续[5]。

参考文献：

[1]推广港口岸电守护绿水青山[J].大众用电,2017,32(09):58.

[2]王金旺.船舶岸电技术应用研究[D].北京:华北电力大学,2015.

[3]南网首个“港口岸电”项目开启电能替代新时代[J].农村电工,2017,25(04):60.

[4]李作锋.江苏电能替代的研究与实践[J].电力需求侧管理,2016,18(05):1-3.

[5]南方电网公司首个港口岸电项目投产[J].电力安全技术,2016,18(07):46.