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一、引言
大型港口所在地区和城市人口密度高,船舶靠岸装卸活动频繁,减少船舶大气污染物排放,建立节能环保绿色的港口岸电系统需求应运而生、顺势而出.各类船舶船东也普遍接受和需要岸电新技术,市场需要旺盛而急迫,船用岸电技术是成为建设绿色港口的重要技术之一.节能环保智能港口和岸电技术是当前国家极力提倡和发展的研究课题,发展港口岸电系统,助推绿色航运节能减排,依托港口和航运业的发展,推动了社会经济发展,港口的大量船舶也是沿岸地区大气污染物的一个重要来源,对空气质量环境和人们生活环境造成负面影响.若大量过往物流装卸的船泊停靠沿江港口码头时,都使用港口岸电新技术系统,用岸上城市电力替代辅助发动机燃油发电系统满足船舶用电需求,既能消除船舶在港期间对沿江港口地区空气污染又具有良好的绿色环保经济性,急需大力深入开发研究和应用推广.
当前,中国港口船舶岸电系统研究进入大力推广和应用时期,自2009年以来,中国沿海港口已经建立了多个示范性港口船舶岸电试点性工程.青岛港招商局国际集装箱码头有限公司,在2009年首先引进实施青岛港船舶岸电改造,对五千吨级内贸支线集装箱码头,安装应用了岸电设备,该岸电系统只针对近洋国内船舶,因而应用面比较窄；2010年3月,武汉港迪电气公司联合研制岸基移动式船用变压调频供电系统,对上海外高桥二期集装箱码头船舶投入岸电试运行,这是世界上第一套能够为停泊在码头不同泊位大型集装箱船舶提供的移动式岸基电源装备,上海外高桥二期集装箱码头采用岸基移动式船用变压调频供电系统,主要是针对国内外部分集装箱船舶,岸电工程没有形成有效的规模,目前基本处于闲置状态,主要是岸电电缆输送对接问题.2010年10月,“中韩之星”邮轮在连云港港口首次成功连接岸电,将高压船用岸电系统应用到往返于中国和韩国的邮轮.深圳港招商国际蛇口集装箱码头,在2011年11月至2012年1月期间,先后安装了高压岸电系统和低压岸电系统并成功进行了试验与运营.2016年1月,宁波舟山港为大型远洋船舶接驳高压岸电,目前港口船舶高压岸电流程和技术趋于成熟,已具备常态化运作的能力.2017年11月,福建省厦门东渡港区海天码头开始把岸上电力输送到船上实施码头岸电系统.该系统岸基电源额定容量3000KVA,供电至码头前沿2个岸电插座箱,基本满足单艘10万吨级集装箱船靠泊作业期间的供电需求.2018年3月,天津港联盟国际集装箱码头有限公司正式投入使用集装箱船舶岸基供电系统,该套系统所用变频电源采用“高—低—高”方案,在实施与船舶电源连接、退出及转换过程中船舶不需断电,实现无缝切换.
随后,武汉港、重庆港等国内一些内河港口及海港及码头,也正在积极引进船舶岸电系统,进行有效应用推广和试验.中国实施岸电系统主要港口码头如表1所示.
国外岸电起步早,发展水平相对比较高.各国船舶与靠港期间供电与用电制式实现匹配,是船舶岸电系统需要解决的重点问题,国外船舶配电电压包括低压配电和高压配电两种,低压配电为440V/400V,高压配电为6.6KV/6KV.目前国外已有岸电项目都以直供电为主.
全世界最先实施船舶岸电系统的港口是瑞典哥德堡港,2000年,ABB公司为哥德堡港建设了世界第一套船舶岸电系统,使该港停靠船舶的噪声和污染物排放明显降低,据计算,此项岸电系统使做到哥德堡港船舶靠港期间减少了94%～97%的污染排放物,在欧盟各国引起了广泛关注和极大的兴趣.随后,欧盟各大主要沿海港口,如德国汉堡港口、荷兰鹿特丹港、比利时安特卫普港、芬兰凯米港、德国吕贝克港等集装箱港口和邮轮码头,以及瑞典哥德堡港等客滚或渡船码头也相继应用推广岸电系统.美国朱诺港在2001年首次将岸电系统应用在豪华邮轮码头；2004年,美国将岸电系统应用在洛杉矶港集装箱码头；2009年,美国首次将岸电系统应用在长滩港油轮码头.2018年德国汉堡港接入岸电后环境质量有明显改善,如图1所示.
到2018年,全球使用岸电系统的海港及内河港口约有100多家,而岸电的应用也从滚装港口、客滚港口、集装箱港口、散货港口、件杂货港口及邮轮港口,扩展到了油轮港口和天然气港口等.全球主要实施岸电系统港口码头如表2所示.
二、 船舶岸电供电系统
目前,全球港口普遍采用的船舶岸电供电系统一般分为岸上供电系统、电缆连接装置系统、船舶受电系统三部分,其结构示意图如图2所示.船舶岸电电源系统主要由港口码头岸上变压调频及输配电系统和船舶自身岸电转换系统两大部分组成.港口船舶岸电系统模拟示意图如图3所示.
2010年,中國连云港港建设完成了高压船舶/高压岸电的船舶岸电系统.该港口输入为10KV/50Hz.通过岸边的高压岸电桩,将变频后的60Hz高压电输送到船舶上的变电站,其结构如图4所示.
通过应用分析,此结构船舶岸电系统有如下优点：
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