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岸电建设定局 推广使用需破解难题

北极星智能电网在线  来源:航运交易公报    2019/5/28 10:57:11  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:改革开放以来中国经济建设取得了巨大成就,但是环保问题日益突出,在此背景下,“十二五”以来,中国政府强调顶层设计,多方面加大环境保护力度。在中国政府政策的引导下,经历近10年,船舶岸电系统港口端建设取得初步成效。但是,受多方面因素制约,船舶岸电系统的使用面临一些亟需破解的重大难题。

01.顶层设计:从建设布局到使用引导

近年来,国际社会对节能减排、环境保护工作的重视程度越来越高。靠港船舶使用船舶岸电系统(包括岸上供电系统、船岸交互部分和船舶受电系统)供电,作为减少港口环境污染问题的一项重要技术,已经在国内外一些港口实际应用,并在美国加利福尼亚州和瑞典哥德堡取得良好减排成效。

船舶在靠港期间,主要利用船载辅机发电来满足船舶基本运行和装卸货物等自用电需求,辅机发电主要依靠燃料油(重油或柴油)。燃油辅机在发电过程中,会排放包含氮氧化合物(NOx)、硫氧化合物(SOx)、挥发性有机化合物(VOC)和颗粒污染物(PM)在内的污染物,对港口空气及水域造成污染。与此同时,辅机发电会产生较大的噪音与振动,严重影响附近居民及船员的工作和生活。

船舶在靠港期间,停止使用辅机,通过船舶岸电系统获得其泵组、通风、照明等所需电力,可极大降低污染物的排放,亦给船岸之间安宁的环境。

在此背景下,中国政府自“十二五”期间便频繁发布各项政策与规划,鼓励并补贴港航船舶岸电系统的建设。顶层的不遗余力带来岸上供电系统的大规模建设,但是,受多方面因素影响,岸电使用率不高,致使大量在建资源的浪费。

顶层未来着意推广使用

基于对环境问题的高度关注,中国政府自2010年开始着力倡导船舶岸电系统建设,“十二五”期间与“十三五”期间更是着重通过制度层面的积极引导,提升船舶岸电系统的建设速度与规模。

“十二五”期间,国务院有关部委(有关部委)先后数度发布政策,规划船舶岸电系统建设蓝图、发布建设标准以及激励方案,重在从方向上引导船舶岸电系统建设。期间,有关部委通过发布《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015-2020年)》等政策,提出总体目标:到2020年主要港口50%的万吨级以上集装箱、散货、大型邮轮客运码头和长江旅游客运码头,具备向船舶供应岸电的能力;通过颁布《码头船舶岸电设施建设技术规范》等,规范岸电供电设施设计和建设,规定码头供电、船舶使用岸电的建设条件,保障供电设施质量和供电操作的安全。与此同时,有关部门同时推出船舶岸电系统改装补贴政策,对岸上供电系统、船舶受电系统改装工程进行补贴。

“十三五”伊始实施的《中华人民共和国大气污染防治法(2015修订版)》强调,“新建码头应当规划、设计和建设岸基供电设施;已建成的码头应当逐步实施岸基供电设施改造。船舶靠港后应当优先使用岸电。”。为贯彻落实该项法案,国务院、有关部委以及电网企业积极发挥优势,共同推动船舶靠港使用岸电。

“十三五”期间的系列政策,对船舶岸电系统的建设给出了更清晰的路线,并在促进使用方面形成组合拳。相关政策在继续强调“十二五”岸上供电系统建设目标的基础上,对细分船型泊位要求细化;将建设与使用的重点区域落在珠三角、长三角、环渤海京津冀水域,但强调新建码头要同步建设岸上供电系统;继续强化中央财政岸电奖励资金政策引导;明确电价政策执行大工业电价,免收容(需)量电费。

2019年2月20日,为推进岸电使用,交通运输部、财政部、国家发改委、国家能源局、国家电网和南方电网等六部门再出力政,联合制定印发《关于进一步共同推进船舶靠港使用岸电工作的通知》(《通知》)。《通知》强调岸电标准化、规范化建设,并在敦促继续加快岸上供电系统建设的同时,着意于在多方面推动岸电常态化与便利化使用。

在政策鼓励和国家交通主管部门主导下,中国岸上供电系统建设取得阶段性成果。从政策导向来看,政府仍旧鼓励港口继续加强相关建设,但是重点转向敦促岸电的常态化使用上。

供电系统建设长足发展

在国家政策的引导下,在各方共同努力下,经过近10年的建设,中国岸上供电系统建设从个例化、单泊位化到系统化和全泊位化,已经取得长足发展。

2010年,连云港港首次在国内实现高压船用供电系统建设并应用于“中韩之星”号邮轮。同年,上海港外高桥港区二期将移动式变频变压供电系统应用在多个泊位。2011年,中国岸上供电系统继续扩张的同时,航运企业开始改装船舶受电系统。首先,神华中海航运为其4.6万DWT级干散货船改装高压受电系统;河北远洋运输集团在其“富强中国”号船着手相应改造。2013年,江苏淮安新港6个泊位建设低压供电系统;江苏句容电厂码头建设低压供电系统。2015年,江苏泗洪码头首个岸电入河工程建成投运,该岸电项目通过码头上的5个岸电箱同时向靠港停泊的45艘船舶供电。同年,重庆首个智能岸上供电系统在朝天门码头正式投入使用……

“十三五”期间,中国岸上供电系统建设速度继续加快,交通运输部水运科学研究院数据显示,截至2018年6月底,全国已建成岸上供电系统2400余套,覆盖泊位3200多个。《港口岸电布局方案》提出的任务完成约40%,京杭运河水上服务区基本实现岸上供电系统全覆盖。

岸上供电系统建设已取得成效,但岸电使用推广工作存在诸多障碍,常态化使用或成为一个长期难题。

推广使用需破解难题

尽管岸上供电系统建设已经取得阶段性成果,但是推广使用中出现的船舶受电系统改造成本高、受电系统稳定性与安全性存在隐患、岸电电价标准等问题,导致岸电使用率总体不高。为提高岸电使用率,部分城市出台多项鼓励政策,但是成效并不显著。

首先,船舶受电系统改造需要投入较大费用,致使航运企业望而生畏。根据数据,一艘大型集装箱船的改造成本在600万~1000万元,而受电系统只有在船舶靠港期间使用,成本回收经济性使得航运企业持观望态度。目前,具有受电系统的船舶较少,航运企业只完成约数百套(3000吨级及以上)船舶受电系统改造。

其次,尽管现有的船舶岸电系统已经过一段时间的实践检验,但由于相关技术还不够成熟,部分航运企业对于船舶岸电受电系统与辅机发电系统在切换过程中的稳定性与安全性持犹疑态度。

第三,之前岸电电价标准尚未统一,甚至出现使用重油成本远低于岸电成本的现象,致使航运企业普遍消极应对。

面对船舶岸电系统的普遍使用率较低的状态,各地政府也在出台多项政策鼓励使用。比如,深圳市加大船舶岸电系统建设和使用补贴力度,同时加强宣传,力争远洋船舶使用岸电率达5%。上海将电价限制在0.4~0.6元/度,余下电费成本由当地政府补贴给港口企业。不过,从各地的使用率目标来看,鼓励成效并不显著。

船舶岸电系统的推广使用困难重重,但是受终端能源电力化趋势以及未来电力来源更清洁等因素影响,岸电的使用为必然。各界需要探索的是安全稳定的技术、电力价格的长效标准,以及最佳商务运营方式。

中国特色社会主义市场经济体制,主要由市场这只看不见的手来发挥资源的配置作用,但在环境保护等公共物品领域,需要顶层通过多种手段调配资源,以达到帕累托最优状态。历时近10年,中国岸上供电系统建设取得成效,尽管推广使用充满曲折,但是需要的仅仅是时间。

02.标准不一导致船舶岸电系统分化

国际船舶岸电系统在2000年之后逐步出现,但是未现普遍性建设局面。中国在10年间大搞岸上供电系统建设,但是运营经验仍旧有限。因此,在船舶岸电系统标准化方面,全世界范围来讲都是欠缺的。

不同国家与地区电力系统频率的不同和各类船舶额定负荷的不一致,加上这种标准化的欠缺放大,将导致船舶岸电系统建设差异化较大。这种差异,不但导致船舶岸电系统发展的不经济,其导致的无序化也致使航运企业对于岸电使用安全性与稳定性持犹疑态度。

船舶岸电系统的组成

船舶岸电系统主要由三部分组成:岸上供电系统、船岸交互部分和船舶受电系统。

岸上供电系统

将变电站的电力根据受电船舶电力系统要求进行电压等级和频率变换,输送到码头、泊位的连接点或接电箱。根据岸上供电系统输出电压等级的不同,将岸电分为高压岸电和低压岸电。

船岸交互部分

连接岸上接电箱和船上受电装置的电缆和设备的统称,安装于岸基、驳船或船上,一般设置有电缆管理系统,以便于电缆的快速连接和储存。

船舶受电系统

指对船舶配电系统进行改造,安装岸电受电装置,一般包括电缆绞车、船用变压器、控制设备和并车装置等,必要时还需安装船用变频器。

不同类型、不同吨位船舶采用不同电压等级和频率的船舶电力系统,不同国家和地区的船舶也会采用不同的额定电压和频率。如高压船舶电站的电压等级可为11kV/6.6kV(60Hz)或6kV(50Hz),低压船舶电站的额定电压可为440V(60Hz)或400V(50Hz)。中国船舶电力系统频率为50Hz,美国为60Hz,欧洲为50Hz或60Hz。因此,船舶岸电系统需转换出不同电压等级和频率的电源,与受电船舶电力系统相匹配。

当船舶接入电压和频率略低于其额定值的岸电电源时,长时间不匹配供电会缩短设备使用寿命;若船舶接电压和频率高于其额定值的岸电电源,则会带来电动机发热、最大转矩增大和功率增大超负荷等隐患。

船舶岸电系统建设分化

由于各类船舶电力系统额定电压和频率等级不同,船舶岸电系统建设又缺乏统一的标准,所以建设方案层出。不过,受国际先行港建设影响,船舶岸电系统主要有低压船舶/低压岸电供电方案、低压船舶/高压岸电供电方案以及高压船舶/高压岸电供电方案。

低压船舶/低压岸电供电方案

美国洛杉矶港采用低压船舶/低压岸电、60Hz直接供电方案。电网电压经变电站降至6.6kV,并移动到港口岸电接电箱。因港口空间有限,6.6kV到440V变电箱装在驳船上,船舶经由驳船上9根电缆连接岸电。该方案可用于对低压配电船舶进行供电,且无需改造码头,配置简单。但是因低压船舶不易安放变电箱,该设备需置于驳船,造成连接的困难;另外,使用9根电缆供电,安装拆卸时间较长。

低压船舶/高压岸电供电方案

瑞典哥德堡港滚装船码头采取低压船舶/高压岸电、50Hz直接供电方案。电网电压经变电站降至6~20kV,由岸上供电系统接电箱接岸电上船,因传输电压高,传输电缆使用1根高压电缆即可。上船后通过变压器降压至船舶配电电压等级向船舶供电。该方案的优点在于采用高压1根电缆上船,安装便捷,且供电由岸侧管理,运行方便。缺点是由于采用岸上并网方式,每台变频器对应单独的船舶,且船舶需相应改造,技术实现成本高,灵活性较差。

高压船舶/高压岸电供电方案

美国长滩港集装箱码头使用高压船舶/高压岸电、60Hz直接供电方案。电网电压经变电站降至6~20kV,由码头岸电接电箱接岸电上船,上船后可直接切换至船舶配电系统并向船舶供电。该方案适用于对高压配电船舶进行供电,当给低压配电船舶供电时,需在岸侧或船侧加装变压器。由于未加装变频器,当向50Hz船舶供电时,该岸电只能给船舶上的照明等非动力负载供电。

中国在着意强调船舶岸电系统标准化、规范化建设,提升船舶岸电系统的稳定性,确保安全使用。与此同时,国际社会对船舶岸电系统的建设也日益重视,预计相关国际机构将出台更多细化建设标准,助益船舶岸电系统的标准化建设与安全稳定使用。

03.借鉴加州经验破解岸电使用困局

在思考破解岸电使用困局时,美国加利福尼亚州(加州)的岸电推广使用成绩令各界侧目。据港方提供信息,2018年,加州奥克兰港所有靠港船舶中有75%使用岸电,比2017年的68%有所上升。具体而言,2018年共计1543艘船舶停靠奥克兰港,其中1157艘关闭辅助柴油发动机,通过船舶岸电系统供电。事实上,加州要求航运企业在其包括奥克兰港在内的六大港口使用岸电。

加州推动靠港船舶使用岸电的过程,经历了个别泊位被迫建设岸上供电系统作为初步应用实践,到扩大建设范围的同时发布船舶靠港使用岸电路线图和时间表,到逐步地强制性使用。从2001年中海集运被迫建设岸上供电系统,到目前的成功推广,历时近20年。那么,岸上供电系统建设取得阶段性成果后,借鉴加州经验,中国岸电推广使用或需10年时间。

个别化被迫建设

加州洛杉矶港是最早在货运码头配置岸上供电系统的港口。2004年,中海集运经营的洛杉矶港WestBasin集装箱码头100号泊位通过安装在驳船上的低压岸上供电系统为靠港的中海集运“新扬州”号集装箱船供电。

在洛杉矶港WestBasin集装箱码头建设工程环境影响评价征求意见阶段,当地民众以码头将带来额外的污染、噪音和拥堵对建设表示反对,但是洛杉矶市政府为适应集装箱运输发展需要,仍然批准中海集运建设并运营该码头。2001年,美国自然资源保护委员会以批准该工程建设违反加州环境质量法案起诉洛杉矶市政府获得成功,中海集运为此在码头建设岸上供电系统。因此,洛杉矶港WestBasin集装箱码头100号泊位配备岸上供电系统,是企业被迫采取的环保措施。

但是,个别的被迫化,成为了加州推广使用岸上供电系统建设的成功样例,并以此初步实践逐步推进船舶使用岸电政策。

利用政策与法律推进

2007年,基于在洛杉矶港WestBasin集装箱码头100号泊位岸上供电系统对改善空气质量的突出作用,加州环境保护署空气资源委员会批准“靠泊加利福利亚港口远洋船舶应用的辅助柴油引擎的有毒大气污染物控制规则”(“靠港规则”)。“靠港规则”对挂靠加州6个港口(按照规模大小顺序为洛杉矶、长滩、奥克兰、圣地亚哥、圣弗朗西斯科和怀尼米港)的集装箱船、客船和冷藏货船提出的年使用岸电靠泊次数比例要求是:2010年起20%;2015年60%;2020年80%。

2007年的情况是,美国只有阿拉斯加州朱诺港邮轮码头和华盛顿州西雅图港第二邮轮码头分别于2001年和2005年具备了供应岸电的能力;全球只有100多艘运输船舶具备船舶受电系统。

实际上“靠港规则”强制要求远洋船舶辅助柴油引擎分阶段达到相应的减排污染物(氮氧化物和颗粒物)要求。“靠港规则”要求自2014年1月1日起,减少50%污染物排放,2020年则要减少80%以上。

2010年10月16日,“靠港规则”正式成为加州法律(“加州靠港法律”)。2014年1月1日生效的“加州靠港法律”提供给挂靠加州港口的远洋船舶两种选择,以满足强制减排要求:一是关闭辅助柴油引擎,使用其他动力来源,最可行的是联接岸电;二是使用能够获得同样减排效果的替代控制技术。遵守“加州靠港法律”要求的靠港船舶得到相应激励,反之则视情节给予处罚。此外,针对实际情况的细致调研,“加州靠港法律”还对岸电使用有许多细节上的明确要求,鼓励船舶靠港使用岸电。与此同时,“加州靠港法律”对港口岸上供电系统建设也提出了强制性要求。

强制执行显现成果

为满足政策和法律要求,加州相关港口的码头经营人以及航运企业有计划地建设岸上供电系统以及改造船舶受电系统。

根据相关要求,加州6个港口积极建设岸上供电系统。为满足2014年1月1日生效的“加州靠港法律”需要配备岸上供电系统的60个泊位中,20个泊位在2013年年初就具备供应能力,2013年年底仅有6个泊位没有完成配备岸上供电系统。

航运企业改造船舶受电系统,对于靠港船舶使用岸电至关重要。当时,根据船舶情况不同,单艘船舶改造受电系统需要投入比目前还要高额的费用。为满足“加州靠港法律”要求,相关航运企业陆续对挂靠加州港口的船舶进行改造,配置船舶受电系统并开始使用岸电,如美森轮船对其8艘船舶进行相关改造(单艘改造费用170万美元)。马士基航运在2014年完成其挂靠加州港口的16艘集装箱船舶的改造(单艘改造费用100万美元),配置船舶受电系统。

借鉴加州经验,首先中国可设立示范港以取得典范效应;其次,对有固定班次的船舶或运输特殊货品的船舶给出岸电使用路线图;第三,通过政策甚至法律强加约束,以达到更好的推广效果。相较10余年前的加州的船舶岸电系统建设与推广使用,中国站在国际社会对环境问题愈加重视的时点、更好的时间节点。中国不是独行者,全世界已在环保方面达成高度共识,全球船舶岸电系统的建设将会更快推进。不过,依据目前海事规则的推进速度,有效的推广使用或仍需要10年时间。


原标题:岸电:建设定局 顶层设计破局使用

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