碼頭船用岸電供電系統(tǒng)技術(shù)

林秀初

（太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司，江蘇 蘇州 215433）

0 引 言

近年來，我國社會經(jīng)濟正處于迅猛發(fā)展時期，經(jīng)濟實力得到了較大發(fā)展和提升，我國社會各個行業(yè)領(lǐng)域也得到了飛速發(fā)展。其中，人們對交通運輸行業(yè)的重視程度不斷加大，各種類型的碼頭也在近幾十年內(nèi)大規(guī)模出現(xiàn)。因此，碼頭的建造設(shè)計成為了關(guān)鍵問題，應(yīng)該安排專家學者對其進行進一步研究和思考。其中，如何有效確保船用岸電供電系統(tǒng)的正常運行且不斷完善，成為現(xiàn)階段該學科最具現(xiàn)實意義的問題之一。

1 碼頭船用岸電供電技術(shù)概述

國內(nèi)外相關(guān)專家對船用岸電供電系統(tǒng)技術(shù)有著較強烈的興趣[1]。過去，一般停靠在碼頭附近的船只可以通過自帶輔助電機完成船只的供電，當前階段則多應(yīng)用電源供電。具體操作過程中，一般會將船接電箱直接連接在岸電箱上，以此實現(xiàn)泵組、通信以及其他各項船內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的供電操作。另外，岸電供電系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，能夠有效緩解環(huán)境污染問題，降低港口城市和附近地區(qū)的大氣污染問題，起到抑制噪聲的作用。當前，我國船用岸電一般包括高、低壓兩種岸電。高壓岸電采取由高至低再轉(zhuǎn)為高或者由高至高的模式來實現(xiàn)供電。我國應(yīng)用的供電系統(tǒng)，電網(wǎng)頻率一般為50 Hz，國外大部分國家供電電源一般為60 Hz。因此，不同國家需要結(jié)合本國的自身情況完成供岸電，并為船只提供相應(yīng)的電源類型。

目前，應(yīng)用的岸電供電頻率主要分為以下兩種。第一種以美國為代表，采用的是港口供電電網(wǎng)，頻率為60 Hz，直接向60 Hz的船舶電網(wǎng)供電。第二種主要是歐洲各國采用的港口供電電網(wǎng)，頻率為50 Hz，一般直接對船只進行供電。目前，國際電網(wǎng)一般頻率保持在60 Hz，而我國應(yīng)用的電網(wǎng)頻率為50 Hz，不符合國際應(yīng)用和發(fā)展的要求，所以現(xiàn)階段亟需研發(fā)相關(guān)技術(shù)對電網(wǎng)進行調(diào)整。在此背景下，我國專家學者開始研究和分析能夠有效促進岸電發(fā)展提高的變頻技術(shù)[2]。如果船舶想直接完成岸電供電，從技術(shù)層面上分析并不存在較大問題，而且我國已經(jīng)有一些港口利用變頻裝置將岸電供電頻率由50 Hz轉(zhuǎn)換為60 Hz。未來，我國有希望完成國內(nèi)外雙頻交流電系統(tǒng)的建立和應(yīng)用。

2 碼頭船用岸電供電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的價值和意義

傳統(tǒng)碼頭能量供應(yīng)一般由燃料提供。但是，在具體應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用燃料存在很多現(xiàn)實問題，如對環(huán)境造成嚴重污染、排放質(zhì)量沒有達到規(guī)定標準、能耗大、無法有效儲存能量等。基于此，為了秉承節(jié)能環(huán)保的理念，必須要調(diào)整和完善為碼頭提供能量的供應(yīng)系統(tǒng)，首先要從能源供應(yīng)物著手。

以洛杉磯港為例，在對其相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行分析后可以發(fā)現(xiàn)：由港口所排放出的污染物、廢氣等嚴重超標，如氮化物、柴油機廢氣等；勘察分析排放的廢棄物的各項成分和來源后發(fā)現(xiàn)，很多可吸入顆粒物和氮化物均來自停靠在碼頭的船只。

為了有效解決上述問題，可科學合理應(yīng)用船用岸電技術(shù)，如圖1所示。首先，船用岸電供電系統(tǒng)能夠在很大程度上緩解港船只排放廢氣所造成的環(huán)境污染問題；其次，利用該供電系統(tǒng)可以降低碼頭附近港船只在進行能量生產(chǎn)和運行期間造成的噪音污染問題；再次，此系統(tǒng)可以進一步解決柴油燃燒引發(fā)的大氣污染問題，實現(xiàn)我國關(guān)于節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求；最后，可以降低不斷上漲的柴油費，降低燃料消耗的經(jīng)濟成本，節(jié)約機電定期維修和養(yǎng)護的花費[3]。但是，在我國，該供電系統(tǒng)的運行和應(yīng)用技術(shù)還處在初步發(fā)展階段，無論從技術(shù)層次還是實際應(yīng)用層面，都存在許多不足。近年來，我國政府和有關(guān)部門高度重視該系統(tǒng)的發(fā)展，加大了研究力度，有利于供電系統(tǒng)的進一步發(fā)展和提升。

圖1 船用岸電供電系統(tǒng)

3 國內(nèi)外碼頭船用岸電供電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景分析

3.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀研究

關(guān)于岸電供電系統(tǒng)技術(shù)，國際領(lǐng)域上有多次成功的試驗，并取得了一定的研究成果。例如，美國將7 MW/6.6 kV容量的裝置設(shè)置在阿拉斯加州港，并成功進行了應(yīng)用；艾波比集團公司實現(xiàn)了容量為11 MW/11 kV岸電裝置的成功應(yīng)用；韓國、日本等國家也取得了較大的研究成果?，F(xiàn)階段，應(yīng)用最廣泛且可以提供有效借鑒意義的是船用岸電供電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究方案。

3.2 我國需要的相關(guān)技術(shù)支持

當前，岸電供電系統(tǒng)一般會應(yīng)用岸上供電和船岸供電兩種模式。在國際領(lǐng)域應(yīng)用的船只，電網(wǎng)一般頻率為60 Hz。為了和國際接軌，需要對電網(wǎng)頻率進行調(diào)整和完善。具體操作中，應(yīng)該注意以下內(nèi)容。首先，科學合理應(yīng)用變頻技術(shù)，特殊情況下必須可以同時滿足頻率為60 Hz和50 Hz的不同電源。其次，為了保障碼頭的正常營運，需要同時實現(xiàn)當高壓為6.6 kV和低壓為440 V的相關(guān)技術(shù)。最后，需要配備相應(yīng)的供電設(shè)備，功率需要在1 000～5 000 kW。

3.3 高壓供電方式

利用高壓供電方式主要是對電網(wǎng)內(nèi)頻率為50 Hz的高壓電源做出相關(guān)調(diào)整，將其變頻變壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率為60 Hz和50 Hz的模式，然后再和船只上的相關(guān)設(shè)備連接，完成調(diào)試和應(yīng)用。供電流程具體操作步驟如下：陸上變電站；高壓地下電纜，距離一般為1～5 km；變頻電源系統(tǒng)；電源出口；船載變電站。以上操作步驟必須嚴格按照規(guī)定流程進行。

4 碼頭船用岸電供電面臨的技術(shù)難題

4.1 雙頻供電技術(shù)

我國一般應(yīng)用較廣泛的為交流電380 V/50 Hz，而碼頭附近的船只因為所屬不同國家，因此船只電制上也會有一定的差異[4]。國外一般主要應(yīng)用440 V/60 Hz的交流電，導(dǎo)致港區(qū)電制和我國船只電制具有較大差異。基于變頻變壓技術(shù)的應(yīng)用，我國將日常應(yīng)用的50 Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?0 Hz/60 Hz，以此適應(yīng)國際船只電制的要求。

4.2 動態(tài)諧波抑制和補償

為了有效確保岸電供電系統(tǒng)的平穩(wěn)性和安全性，需要結(jié)合實際情況，對供電系統(tǒng)的變頻電源負載問題應(yīng)用動態(tài)諧波抑制和補償措施進行處理，從而進一步解決碼頭附近區(qū)域的環(huán)境污染問題，以此實現(xiàn)船只用電負荷產(chǎn)生突變的各項難題。

4.3 船舶接岸電模式

目前，國內(nèi)外關(guān)于船只接岸電一般采用高壓或者低壓接入的模式。高壓接入模式具有易于操作、成本消耗較低等優(yōu)點，但是會對船只內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用設(shè)備提出較高要求；低壓接入模式不需要對船只進行任何調(diào)整和改造，但是接入方法十分復(fù)雜，且資金投入較大。當前，我國岸電一般會應(yīng)用低壓440 V的交流電。對于大型船只，相關(guān)電氣設(shè)備會產(chǎn)生較大負荷。在這種情況下如果應(yīng)用低壓供電，則需要碼頭提供大量的電纜進行輸電作業(yè)，實際操作中難度大，且容易造成電力損失。因此，應(yīng)該結(jié)合不同港口的實際接入情況，選擇最適宜的岸電接入模式。

5 結(jié) 論

應(yīng)用岸電供電系統(tǒng)具有很多顯著的優(yōu)勢，如能耗較低、有利于緩解環(huán)境污染問題、提高有效利用率等。當前階段，世界各國對岸電供電系統(tǒng)技術(shù)的重視程度不斷提高，加大了對該技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。未來需要對其進行不斷發(fā)展和提高，解決各種技術(shù)難題，將其更有效地應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。