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1、岸电置换可行性报告目录一、岸电技术应用背景和发展概况 1、概述 2、岸电技术应用背景 3、岸电技术应用现状 4、岸电技术相关政策二、岸电技术基本介绍三、靠港船舶岸电置换经济性分析 1、集装箱船舶辅机发电的能耗和排放 2、岸电技术的能耗和排放 3、经济性分析对比四、岸电实际应用问题五、可行性分析总结和建议六、参考文献一、 岸电技术应用背景和发展概况1、 概述 船舶船用发电机以主发电机作为推进动力装置，辅助发电机用以满足船内用电需求。靠港船舶利用辅机发电，满足船上的用电需求。船舶辅机为燃油发电机，在消耗燃油的同时，排放出二氧化碳（CO2)、氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、有机挥发物VOC和
2、可吸入颗粒物PM2.5等有害污染物，破坏港区周围的生态环境。随着国际加大对海上节能减排的关注，靠港船舶燃油发电机污染物排放引起了重视，一系列船舶节能减排规定和技术应运而生，设立控制排放区，在排放区内必须使用轻质柴油或低硫油；LNG动力船舶的研发促使船舶“油改气”；利用岸上市政电网的电力替代船舶辅机发电等。在我国推广靠港船舶岸电技术，降低了燃油消耗量，减少港区CO2和污染物排放，降低水运碳排放强度，保护港区周围生态环境。 本文介绍了靠港船舶使用岸电技术的应用背景现状、经济性分析和存在的问题2、 岸电技术应用背景 海上运输是性价比最高的运输方式，当今全球有近70%的国际贸易量由船运完成，随着贸易越
3、来越国际化，船舶数量也呈现逐年增长的趋势，根据IMO统计信息显示，截止至2014年全球共有近5万艘船舶在航行。船舶以散货船、邮轮和集装箱船为主，由于船舶数量的激增，船舶造成的污染也越来越严重，船舶在离靠港（加减速）时带来的排放量远高于在海上匀速运行，这就造成了船舶在靠港期间给港区周围环境带来的污染更加严重。 船舶对于大气的污染主要来源于燃料油的燃烧，船舶航行时主机作为推进动力装置，辅机发电满足船内用电需求，船舶靠港后关闭主机，利用辅机发电。燃油设备和燃油品质的不同使得不同船舶的排放因子不同，靠港船舶辅机燃料油以180CST重油为主，380CST含硫量3.5%，燃烧后排放出大量的二氧化碳和污染性
4、气体。根据IMO组织的统计，船舶排放的硫化物占全球比重的4%；氮氧化物的排放占比约为7%；二氧化碳的排放占比为3%3.5%。根据2010年英国船舶排放清单1提供的数据显示：2007年在英国靠港船舶辅机发电每消耗1t燃料油排放氮氧化物59.2kg、硫氧化物20.3kg、CO23178.8kg、挥发性有机化合物（VOC）3.0kg、可入肺颗粒物（PM2.5）2.4kg和可吸入颗粒物（PM10）2.5kg。鹿特丹港在分析靠港船舶辅机发电的排放时，每消耗1t燃料油排放污染物重量取值如表1所示。港口污染物来源与港口范围内的燃油消耗密切相关，靠港船舶辅机发电是港口污染物的主要来源之一。表1鹿特丹港靠港船舶
5、辅机发电消耗1t燃料油产生的各种排放物重量油品排放物（kg）CO2氮氧化物SO2COVOCPM10含硫0.1%柴油313068.11512.152.612.1含硫0.2%柴油314068.111012.152.612.1含硫2.7%重油317068.115412.152.613.14 2011年大气化学和物理讨论文件指出，使用船舶交通排放评价模型对欧洲海域的船舶交通排放源进行了模拟，它使用自动识别系统数据来模拟船舶交通活动，它记录了2011年欧洲各种类型船舶的排放总量、排放季节性变化和排放的地理分布。根据表2和表3显示，欧洲船舶排放北至波罗的海，延伸至地中海黑海区域，环绕了整个欧洲大陆，地中海
6、作为欧洲船舶发起地，在欧洲海域中排放分数最高。表4数据显示海上航行船舶以集装箱船、邮轮、货船和客轮为主，其中集装箱船排放占比最高。表2 2011年欧洲船舶排放地理分布表3 2011年欧洲海上航运排放区域分数比表4 2011年欧洲各类船舶排放分数比 表5数据显示了2011年欧盟在安全海域的航运排放量，欧盟船舶（包括在IMO注册登记的船舶和未登记注册的船舶）CO2排放总量为130798034吨；NOX排放总量为2941469吨;SOX排放总量为1242341吨;CO排放总量为209481吨;PM2.5排放总量为260521吨。表5 2011年欧盟船舶排放统计数据 上述情况表明船舶排放带给港区周围海
7、域污染日益严重，岸电技术的推广应用迈入了新时代。早在2000 年瑞典哥德堡港就在全球首先开发靠港船舶使用岸电技术并应用在其渡船码头上，欧洲荷兰鹿特丹港、比利时安特卫普港和德国汉堡港等大型港口推广并应用岸电技术，船舶排放减少效果明显。我国海岸线长度1.8万公里，东部沿海港口密布，船舶排放成为我国排放污染的重要模块。我国港区使用燃油的质量要求没有欧美发达国家高，岸电技术的应用会使减排效果更加显著。3、 岸电技术应用现状 2000年瑞典哥德堡港成为全球首先开发靠港船舶使用岸电技术并应用在其渡船码头的港口，岸电替代辅机发电后，靠港船舶的排放减少明显。美国洛杉矶港 2001 年开始开发靠港船舶使用岸电技
8、术，2004 年在全球首先将靠港船舶使用岸电技术应用在集装箱码头上，随后长滩港、旧金山港、圣地亚哥港、鹿特丹港、安特卫普港、温哥华港、新泽西港陆续开始应用岸电技术。亚洲经济发达体越来越重视船舶排放问题并开始推广应用岸电技术。 2002年中国加入WTO后，中国逐渐成为世界工厂，海上航行船舶量随着中国出口贸易量增加而激增，我国船舶排放带来的环境污染问题更为严重。目前我国上海港、青岛港、宁波港等港口的集装箱码头开始应用该项技术。4、 岸电技术相关政策 2008年10月MEPC第58次会议将“CO2设计指数”变更为“船舶能效设计指数”（EEDI），将“CO2营运指数”变更为“船舶能效营运指数”（EEO
9、I），通过了使用新船能效设计指数计算方法的临时性导则。 2010年7月1日，国际防止船舶造成污染公约（MARPOL)附则VI和氮氧化物（NOX)技术规则修正案正式生效，这意味着航运界和国际海事组织（IMO）对船舶排放的重视，目前已有约占世界商船总吨位81.88%的53个国家批准和执行。发达经济体在本国沿海海域建立起排放标准更高的船舶排放控制区（ECA)，目前有：北美控制排放区、波罗的海和北海海域排放控制区，在排放区内必须改用轻质柴油（MGO)或低硫燃油（LSF） MARPOL 附则VI和排放限制区的最新规定，航运业在进入排放控制区后置换和使用低硫燃油上面临着相当紧迫的时间表： 2010 年 7
10、 月 1 日起，进入排放控制区的船舶的燃油硫含量限度下调至 1.00%； 2012 年 1 月 1 日起，全球航行的船舶的燃油硫含量上限下调至 3.50%； 2015 年 1 月 1 日起，进入排放控制区的船舶的燃油硫含量限度下调至 0.10%； 2020 年 1 月 1 日起，全球航行的船舶的燃油硫含量上限下调至 0.50%，但实际执行日期取决于在2018 年之前对此上限进行的再度评估； 如果该评估结果不理想，实际执行日期将可能延迟至 2025 年 1 月 1 日。 2011年07月MEPC第62次会议以MEPC.203(62)决议通过了“国际防止船舶造成污染公约(MARPOL73/78)附
11、则VI修正案引入船舶能效规则”，首次确定了包括“船舶能效设计指数(EEDI)”和“船舶能效管理计划(SEEMP)”两项船舶能效标准的全球性强制碳减排规则，除对EEDI值作出具体规定外，修正案还要求船舶经营人在船上配备SEEMP。EEDI是第一个专门针对国际海运温室气体减排的强制性法律文件。 我国通过执行交通运输“十二五”规划，同时制定营运船舶燃料消耗限值及验证方法及营运船舶CO2排放限值及验证方法等国家标准，以政策为导向逐步引导企业向低碳技术转型。二、 岸电技术基本介绍 岸电技术，就是指船舶在靠港期间，关闭船舶辅机改用陆地电源供电，港口提供的岸电功率必须满足船舶靠港后所需的全部用电设备。相对于
12、船舶辅机发电，靠港船舶在接用岸电后，关闭辅机，由岸电电源提供稳定的适用于船舶用电设备的电力，节能燃料费用，减少排放和噪音。 从国外已投入运行的岸电系统来看，由于各个国家船舶用电电制的不同，各港为船舶提供的岸电电压和频率不相同，这使得靠港船舶不一定能接收到港口岸电，给岸电技术的推广带来了一定的困难。表6 全国已应用岸电系统的主要港口港口国家高压低压频率安特卫普比利时6.6kV50Hz/60Hz哥德堡瑞典6.6kV400kV50Hz赫尔辛基瑞典400kV/440kV50Hz斯德哥尔摩瑞典400kV/690kV50Hz皮提阿瑞典6kV50Hz科密芬兰6.6kV50Hz圣迭戈美国6.6kV/11kV6
13、0Hz奥卢芬兰6.6kV50Hz科特卡芬兰6.6kV50Hz吕贝克德国6.6kV50Hz泽布吕赫比利时6.6kV50Hz洛杉矶美国6.6kV/11kV60Hz长滩美国6.6kV480kV60Hz旧金山美国6.6kV/11kV60Hz西雅图美国6.6kV/11kV60Hz朱诺美国6.6kV/11kV60Hz匹兹堡美国440kV60Hz温哥华加拿大6.6kV60Hz上海中国440kV60Hz 岸电采用岸上市政电网或其他发电机组的稳定电力，根据各船舶用电电制的不同，改变电压和频率，满足船舶用电。我国市政电网电制为380V/50Hz，与其他船舶用电电制不同，需要配置变电器和大功率变频装置。船舶用电设备
14、（比如通信设备和卫星定位）对于电力要求高，大功率变频装置容易受到谐波的干扰，频率不稳定，这将损坏船舶用电设备，而且大功率变频装置价格昂贵，加大了岸电改造的投资成本。与市政电网相比，岸上配备发电机组可以根据靠港船舶的用电需求，调节发电电压和频率，以稳定的电力直接输送给靠港船舶。三、靠港船舶岸电置换经济性分析 1、集装箱船舶辅机发电的能耗和排放 集装箱船用发电机由主发电机作为推进动力装置，辅助发电机来满足船内用电需求，船舶发电机发电需要燃烧大量的重油或柴油，目前远洋运输主机燃料油为380CST重油，靠港后辅机以180CST燃料油为主，船舶对于大气的污染主要源于燃油燃烧后的排放。向大气中排放的污染物
15、气体的主要成分包含氮氧化合物（NOX）、硫氧化合物（SOX）、挥发性有机化合物（VOC）和颗粒污染物（PM2.5)。 深圳港口靠港船舶以集装箱船为主，至2012年底，深圳港相继建成了蛇口、赤湾、妈湾、盐田、大铲湾、沙鱼涌、下洞、东角头、福永和内河10个港区，共建成500吨级以上泊位172个（含160个生产性泊位和12个非生产性泊位），其中万吨级以上泊位69个，集装箱专用泊位44个，生产性码头泊位岸线总长度31.38公里。货物年吞吐能力20035万吨，其中集装箱吞吐能力1925万标准箱。客运泊位19个，年设计通过能力550万人次。根据深圳海事局2014年统计数据表显示，2014年全年深圳港口货物
16、吞吐量22030.99万吨，集装箱吞吐量2372.39万TEU。表7 2014年深圳港各月货物吞吐量表8 2014年深圳港各月集装箱吞吐量根据深圳海事局业务数据表显示，深圳港区全年船舶进出港区共达356800艘次，平均每天约有1000艘船舶进出深圳港口。表9 2014年深圳港船舶进出港（艘次）根据深圳港2007年分船舶分吨级到港船舶表显示表，深圳港到港船舶主要是集装箱船，到港20276艘，占船舶总数的83.3%，其中510万t级的集装箱船9185艘，占集装箱船总数的45.3%。表10 深圳港2007年分船舶分吨级到港船舶表 以深圳南山区三大港区（蛇口港区、妈湾港区和赤湾港区）为例，对港区能耗和
17、排放进行数据分析。蛇口港区 蛇口港区位于深圳湾北部南头半岛的五湾至左炮台山之间，由招商局蛇口工业区开发建设，是深圳市最早开发建设的港区。目前共有500吨级以上泊位47个，其中经营性万吨级以上深水泊位18个，设计最大靠泊能力散杂泊位为7.5万吨级，集装箱为10万吨级。集装箱泊位13个，码头岸线总长度8227米。该港区是深圳市重要的水、陆、客、货运输枢纽和设备齐全、综合性、多功能的对外开放口岸，主要经营散杂货、客运、集装箱、油气品和船舶维修等。 根据蛇口集装箱码头统计数据显示，2014年全年度蛇口港SCT码头班轮靠港共4642艘，每月靠港船舶约为155艘次。2015年3月份SCT码头到港班轮435
18、艘,其中最大的船舶TPAS吨位为148667吨，停靠时间约19个小时，最小的船舶BRIS吨位为76474吨，停靠时间约9个小时。整个3月份平均靠港船舶吨位为66484吨，停靠时间约为12个小时，平均每天泊位停靠率约为155/(3013）=39.74% 2014年蛇口港班轮到港4642艘，平均靠港船舶吨位66484吨，6万吨级的集装箱船舶靠岸后每天大概耗油6吨，集装箱船舶燃油以380CST和180CST为主，靠港后辅机燃油以180CST为主，高硫燃料油（含硫3.5%）180CST在新加波市场FOB价为347.41美元/吨。停靠期间实际电功率大约为1600kW。 每艘船燃油成本：6347.416.
19、1966=12916.56元/天 实际耗电量：1600kW12=19200kW 深圳蛇口港靠港船舶辅机实际每千瓦发电的燃油成本为0.67元。表11 2010年英国船舶排放清单2007年英国靠港船舶辅机发电消耗每吨燃料油的排放统计种类CO2NOXSOXVOCPM2.5排放量（kg）3178.859.220.33.02.4 CO2排放：464236563178.810-3=3.23107吨/年 SOX排放：4642365620.3=2.06105吨/年 NOX排放量：4642365659.2=6.02105吨/年 VOC排放量：464236563.0=3.05104吨/年 PM2.5排放量：464
20、236562.4=2.44104吨/年表12 深圳蛇口港每年排放数值种类CO2NOXSOXVOCPM2.5排放量（吨）3.231072.061056.021053.051042.44104赤湾港区 位于南头半岛端部左右炮台间的赤湾内，依托自然港湾逐步形成目前环抱式港池格局。赤湾港区现有500吨级以上泊位共24个，其中万吨级以上深水泊位11个，设计最大靠泊能力多用途泊位5万吨级、集装箱7万吨级，集装箱泊位7个；还有南海石油后勤服务基地专用泊位7个。码头岸线总长4461米。根据赤湾集装箱码头（班轮）统计数据，2014年全年度CCT码头到港班轮1489艘，平均每月到港124艘次。2015年3月份CC
21、T码头到港128艘班轮，其中最大的船舶MLPZ吨位为165978吨，停靠时间10个小时，最小的船舶FECR吨位为7746吨，停靠时间13.5个小时。整个CCT码头3月份平均靠港船舶吨位为73966吨，停靠时间约为13个小时，平均每天泊位停靠率约为128/(307）=60.95%2014年赤港班轮到港1489艘，平均靠港船舶吨位73966吨，7万吨级的集装箱船舶靠岸后每天大概耗油7吨，停靠期间实际电功率大约为2000kW。 每艘船燃油成本：7347.416.1966=15069.33元/天 实际耗电量：2000kW13=26000kW 赤湾港每千瓦发电的燃油成本为0.60元。 CO2排放：148
22、936573178.810-3=1.21107吨/年 SOX排放：1489365720.3=7.72104吨/年 NOX排放量：1489365759.2=2.25105吨/年 VOC排放量：148936573.0=1.14104吨/年 PM2.5排放量：148936572.4=9.13103吨/年表13 深圳赤湾港每年排放数值种类CO2NOXSOXVOCPM2.5排放量（吨）1.211077.721042.251051.141049.13103妈湾港区 位于南头半岛西侧，南临赤湾港区，北至大铲湾口南侧。现有500吨级以上泊位19个，其中万吨级以上深水泊位9个，设计最大靠泊能力为5万吨级，码头岸
23、线总长4482米。根据妈湾集装箱码头统计数据，2014全年MCT码头到港班轮541艘，平均每月到港18艘次。MCT码头2015年3月到港43艘班轮，最大的船舶CMCOR吨位为157092吨，停靠时间14.5个小时，最小的船舶W303吨位为30240吨，停靠时间30.5个小时。整个MCT码头3月份平均靠港船舶吨位为91935吨，停靠时间约为12个小时，平均每天泊位停靠率为43/（309）=15.9%，妈湾港区万吨级以上泊位停靠率较低。2014年妈港班轮到港541艘，平均靠港船舶吨位91935吨，9万吨级的集装箱船舶靠岸后每天大概耗油9吨，停靠期间实际电功率大约为2500kW。 每艘船燃油成本：9
24、347.416.1966=19374.85元/天 每天实际耗电量：2500kW13=32500kW 妈湾港每千瓦发电的燃油成本为0.60元。 CO2排放：54136593178.810-3=5.65106吨/年 SOX排放：541365920.3=3.61104吨/年 NOX排放量：541365959.2=1.05105吨/年 VOC排放量：54136593.0=5.33103吨/年 PM2.5排放量：54136592.4=4.27103吨/年表14 深圳妈湾港每年排放数值种类CO2NOXSOXVOCPM2.5排放量（吨）5.651063.611041.051055.331034.271032
25、、岸电技术的能耗和排放 船舶用电接受岸电供应可采用市政电网电力和其他发电机组发电，由于我国电力电制与船舶用电电制不同，市政电网电力经大功率变频器和变压器产生相应电制供应靠港船舶。蛇口港平均每艘船每天用电量19200kW，赤湾港用电量26000kW，妈湾港用电量32500kW，深圳工业用电电价0.8元/千瓦，采用市政电网用电，蛇口港每艘船每天用电费用15360元，赤湾港用电费用20800，妈湾港用电量26000元。 采用其他发电机组发电供应船舶用电，消耗天然气，发出稳定的符合船舶用电设备的电力。GE公司颜巴赫内燃机组发电效率高达40%，天然气热值8600kcal/Nm，电的热值860kcal/k
26、W，每标方天然气理论上可以产生4度电，深圳天然气价格为3元/Nm，采用发电机组发电成本为0.75元/kW。采用发电机组供电，蛇口港每艘船每天用电费用14400元，赤湾港用电费用19500，妈湾港用电量24375元。与市政电力不同的是，发电机组发电的同时伴随有大量的废热的排放，内燃机组发电排放出400以上的高温烟气和80以上的缸套热水，可以满足港口对冷热量的需求，带来附加的经济效益。 靠港船舶改用岸电供应，不产生CO2和污染物排放，保护了港区周围生态环境。3、 经济性分析对比 对每艘靠港船舶利用辅机发电和接入岸电进行分析对比，对比图如表15。表15 靠港船舶辅机发电和接入岸电分析对比图蛇口港赤湾
27、港妈湾港辅机发电发电量19200kW26000kW32500kW发电成本0.67元/千瓦0.60元/千瓦0.60元/千瓦排放二氧化碳（CO2)、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（PM2.5)岸电市政电网发电量19200kW26000kW32500kW发电成本0.80元/千瓦0.80元/千瓦0.80元/千瓦排放不产生排放发电机组发电量19200kW26000kW32500kW发电成本0.75元/千瓦0.75元/千瓦0.75元/千瓦排放不产生排放 在用电量相同的条件下，蛇口港靠港船舶接入市政电网发电成本比辅机发电多0.13元/千瓦，接入发电机组发电
28、成本比辅机发电多0.08元/千瓦；赤湾港和蛇口港靠港船舶接入市政电网发电成本比辅机发电多0.20元/千瓦，接入发电机组发电成本比辅机发电多0.15元/千瓦。虽然船舶接入岸电在发电成本比船舶辅机要高，但接入岸电不排放CO2和污染性气体，符合目前全球节能减排的要求。四、 岸电实际应用问题 岸电技术的推广应用促进了港区节能减排的发展，也有利于港区的生态环境，但岸电在实际应用方面仍存在一些问题。 1、我国港区陆地电力以三相四线380V/50Hz的交流电为主，而集装箱船舶以6.6kV/60Hz交流电制为主，港区电制与船舶电制的不一致势必会影响船上用电设备的使用。 2、采用变电器和大功率变频器可以将380
29、V/50Hz的交流电转换为6.6kV/60Hz的交流电，但是大功率变频器对环境要求（特别是湿度）要求高，价格昂贵，增加了岸电技术的投入成本和运行成本。 3、船舶内电力设备（如通信设备、卫星定位设备）对于电力变化十分敏感，这些电力设备运行的前提是必须保证交流电频率的稳定，而变频器频率变化存在波动性。 上述这些技术问题是目前我国岸电技术尚未普及的重要原因之一，岸电初始投资成本大，回收期依赖于码头泊位岸电使用率，而且我国尚未有相关法律限定靠港船舶必须接入岸电，这使得投资商对岸电投入望而却步。五、 可行性分析总结和建议 随着经济发展，海上贸易越来越频繁，船舶带来的排放污染受到了国际环保组织和国际海事组
30、织的重视 ，船舶节能减排迈入了一个新时代。我国海岸线漫长，沿海港区密布，港区船舶来往频繁，靠港船舶辅机发电在满足船上用电需求的同时也排放了CO2和污染性气体，破坏了港区生态环境。应用岸电技术置换靠港船舶辅机发电，既降低了港区CO2和污染性气体的排放量，又缓解了港区环境压力，岸电技术在全国港口推广应用，将值得我们去考究。六、 参考文献1、A comprehensive inventory of ship traffic exhaust emissions in the European sea areas in 2011 J.-P. Jalkanen, L. Johansson, and J. Kukkonen2、Improving Spatial Representation of Global Ship Emissions Inventories 3、吴家颖.国际船舶和港口空气污染防治经验.北京，2013年8月29日4、Maritime emission inventory development in Europe5、金陶胜、殷小鸽、许嘉、杨柳、葛卫华、鞠美庭.天津港运输船舶大气污染物排放清单.海洋环境科学，2009-12（6）6、彭传圣.靠港集装箱船岸电技术的应用7、IPCC2006年碳排放系数8、2014年深圳海事局业务统计总表
