我國船舶岸電系統發展現狀及推廣思考

李濤

（淮安市交通運輸綜合行政執法支隊，江蘇淮安223001）

0 引言

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

“十二五”以來，由于船運的爆發式增長，船舶岸電系統的升級改造以及推廣覆蓋得到各大相關單位的關注。交通運輸部發布的《港口和船舶岸電管理辦法》規定：對新建、改建、擴建碼頭工程同步設計、建設岸電設施。對已建碼頭逐步實施岸電設施改造。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，未來將陸續引入船舶之中，從而實現對船舶系統的深入覆蓋，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，船舶岸電系統技術將成為一個重要的因素。

1 國內岸電的發展及應用情況

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

據江蘇省交通運輸廳介紹，截至2018年底，江蘇內河沿岸已建成岸電設施705 座，覆蓋港口470 個；內河干線航道24 個水上服務區和7 個船閘船舶待閘區建成內河低壓小容量岸電系統274 套。實現了江蘇區域內河通航區域的全部覆蓋，并在信息通信技術的加持下加入了智能化管理技術，實現了對運行區域船舶的動態管理。

作為另一個典型船運大省——浙江省，截至2018年底，浙江北河區、錨地區等公共港口已建成210 臺智能岸電設備，京杭運河浙江段水上服務區全部覆蓋，并使用“互聯網+岸電”建立統一的內河港口線運營平臺，支持各種支付形式的電費結算，如刷卡或掃碼。

根據湖北省港航管理局相關部門提供資料，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。此外三峽區域作為旅游線路，增加了對各類港口、錨地的管控，實現了以岸電系統為支撐的水上服務等，將各種內河岸電系統應用于各類港口區域，以實現綜合服務管理。

2 船舶岸電系統的構成及技術難點

2.1 船舶岸電系統的構成

根據當前的總體設計可知，船舶岸電系統由電力接收系統、岸—船電力連接系統、港口電源輸出系統等組成，詳細結構如圖1所示。

圖1 船舶岸電系統構

港口電源輸出系統主要負責變電站供應的電能轉換和電壓電平轉換，按照電力系統的要求促進供電保障，以及將電能傳輸到相關設備，如電源盒、端口連接點等。根據內陸電網的輸出水平，內陸岸電主要可分為內陸港低壓電和高壓電。一般來說，容量超過6.6kV 或11kV 以上的內河港口的電源電壓稱為內河港口kVD。這種高壓電源廣泛應用于需要高電能的大型船舶上。通常根據規范設定，下游河港的供電電壓高達440kV，稱為低壓岸電系統。低壓系統適用于低能量負荷的小型船舶。岸—船電力連接系統是設備的總稱，用于將船上的電力接收電纜和電源連接到地面電源網絡[1]。

2.2 船舶岸電系統技術難點

內河船舶岸電系統的技術難點包括：

2.2.1 高能量的電力變頻裝置應用。目前國外岸基供電系統主要通過直接接入的方式同岸電系統連接，和中國接入電網的家用設備一樣，涉及的變頻設備較少。然而變頻設計是實現節能環保的一個重要關鍵技術，因此將這一技術及其裝置應用在岸電系統中，存在一定的難度。

2.2.2 對電源電壓的穩定性要求較高。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。但是對于船舶系統而言，其電力負荷較大，輕微的電能電壓波動會產生反向的電動勢，這樣會對電容裝置帶來沖擊，一旦超出裕度就會出現擊穿現象，導致內部系統短路，嚴重的會損壞系統功能，給整個船舶系統帶來不利影響[2]。

2.2.3 對船舶電氣系統的高效協調。船舶作為一個整體系統，實現與港口系統的對接，需要岸電系統的技術支持，為了實現電力匹配和供應，需要構建內部配電網。然而在實際的應用中，該配電網一般在港口實現聚集，其表現為中性，即比三相TN 系統的規模高出4 倍，這同船舶需要的三相線路上的IT 系統有著一定的不兼容性。一旦將二者并網，則很容易出現絕緣擊穿的情況，這樣會對整個系統的電力安全帶來嚴重負面影響。在這方面，應積極發展與信息技術等系統兼容的電力供應，并提高經濟效益，但確保電力供應的安全和穩定。

3 內河港口岸電系統推廣中存在的問題

3.1 岸電系統相關標準差異性較大

目前已對江河口岸的岸電設施建設實施技術規范，尚未制定此類型的統一標準、功能和規格，如岸外電力設施、船舶供電設備和船舶與岸連接設施。其次，國際海事組織沒有制定統一的標準，按照國家要求提供岸電設施，可能和未來國際標準不符。船舶岸電規范欠發達，影響岸電應用互聯互通。

3.2 內河港口岸電設施建設成本高

投資和維護成本較高是當前部署岸電系統的另一個難題。如果一個內河河岸發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，岸電設備將在6～7年內收回建筑成本，許多港口在達到使用壽命前不能迅速“回本”。

3.3 船舶、內河港口岸電設施連接電纜不匹配，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，這種連接方式導致資源的重復配置，且增加了運行維護負擔，由此引發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節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，同時過多的設備接入引發的維護和運營問題也不容小視。這些問題的出現導致很多企業不愿意費錢費力地實現技術升級改造[3]。

3.4 岸電系統的安全性能未得到充分驗證

盡管岸電系統對船舶和港口之間的電力傳輸、應答服務以及船舶的相關業務的便捷化開展有著充分的優勢，但是兩個單一的電力系統的接入可能引發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，由于其設計的專業性較強，通用性有待考究。兩個電力系統在并網時，如何降低發生相互干擾的概率，還需要更加充足的實踐來予以確認。

4 船舶岸電系統技術發展策略

4.1 加強頂層設計，實現技術標準化

規范性設計是實現各大港口系統和船舶系統對接安全高效的重要技術方案。首先，要做好頂層設計，即要求在現有的規則基礎上，根據實際大多數港口采用的方案標準對現行規范進行完善改進，以實現電力輸出、對接以及接收等環節的標準化方案形成，為當前的船舶、港口以及岸電系統的接洽、運行、檢修維護等環節提供標準化操作細節；其次，根據我國當前采用的技術規范形式，向國際標準化組織提供我國的設計準則，從而實現中外船舶系統的對接；最后，構建詳細科學的線路圖以及運行時刻圖，針對苛刻環境條件的內河通航區域開展試驗驗證工作，以及試驗條件，在其他地區及其他類型的河港逐步推行[4]。

4.2 提升政府、企業的資本支持力度

加大政府投入是當前最為關鍵的措施之一，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，引導設備資本的投入，提升地方政府和企業對港口能源服務建設的補貼力度，提供更加全面的配套服務，實現各大設備系統和軟件端的服務平臺的系統性建設。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。其三，進一步加強港口實力建設和內河船舶設施改造，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，以此推動岸電系統在船舶系統中的覆蓋推廣。

4.3 激勵技術及設備創新，降低風險

技術及其設備的創新是一個關鍵手段。首先，相關管理單位要對各大港口進行電力檢修和大氣污染調研。通過實地勘察的方式掌握當前船舶廢氣排放的現狀、組成、原因、機制和措施等相關內容，在此基礎上構建污染物排放標準，設定相應的法律法規以規范化管理。其次，做好技術研發，打破岸電接入船舶系統的技術瓶頸，以替代當前的船舶系統能源供應模式。通過上述舉措，將清潔能源引入船舶系統，以延長船舶系統使用壽命，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 岸電發展的前景展望

5.1 建設綠色港口、預期需求增速

當前，在我國同全球各國貿易以及國內區域經濟一體化進展，我國的港口運輸量多年維持在世界領先水平。港口建設如火如荼，并在不斷更新的技術背景下實現穩步增長，同時在形式上由粗放式擴張向集約式現代化融合轉變。2015年以來，交通運輸部等國家部門陸續出臺政策，其中明確指出要堅持綠色發展，積極建設綠色港口。隨著經濟全球化大局勢在必行，相關新興技術如人工智能技術、物聯網技術以及大數據技術將推動相關產業升級轉型，資源的配置利用效率得到合理提升，綠色環保將是未來港口建設、船舶運輸方面的大力發展方向。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展，并將持續對我國未來港口建設和發展提供新的機遇。

5.2 延伸產業鏈、激發新動能

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

6 結語

當前，船運作為重要的交通運輸方式為經濟貿易提供了途徑。對于船運而言，港口是其停泊、裝卸貨物的地方。數字化時代的發展，采用有效的船舶岸電系統是上述船舶動作的重要技術支撐。但是當前在船舶運輸等方面存在較大的污染，改善這些問題是當前港口城市需要解決的環節。