集裝箱碼頭船舶岸電系統(tǒng)并聯(lián)擴(kuò)容技術(shù)方案對比分析

劉敏毅，覃韓江，楊承志

（1.招商局港口（華南）營運(yùn)中心，廣東 深圳 518000；2.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京 100088）

大型集裝箱船舶靠港時(shí)通常使用燃油制品（多為重油、柴油）發(fā)電來滿足船舶用電需求。重油和柴油在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的硫化物和氮氧化物，對周邊環(huán)境造成污染[1]。船舶使用岸電之后，可減少靠泊期間NOx、SOx和可吸入顆粒的排放量，有效地改善了港口的空氣質(zhì)量[2]。赤灣集裝箱碼頭有限公司積極響應(yīng)國家和深圳市綠色可持續(xù)發(fā)展政策的號(hào)召，主動(dòng)承擔(dān)改善港口環(huán)境，推動(dòng)港口船舶岸電發(fā)展的義務(wù)和責(zé)任，已經(jīng)建設(shè)完成了一期、二期碼頭船舶岸電系統(tǒng)，并投入使用。隨著具備受電裝置的靠泊船舶數(shù)量不斷增長，赤灣集裝箱碼頭有限公司岸電使用率也隨之提高，碼頭原有岸電系統(tǒng)容量已無法滿足船舶需求，急需擴(kuò)容，開展新的岸電系統(tǒng)建設(shè)工作。

1 已建岸電系統(tǒng)概述

赤灣集裝箱碼頭有限公司（簡稱CCT）位于深圳西部的南頭半島，位于珠江入?？跂|岸，距離香港僅20n mile，是連接世界各地與珠江三角洲經(jīng)濟(jì)圈乃至中國內(nèi)陸腹地的“海上門戶”，是深圳港三大集裝箱碼頭之一。赤灣集裝箱碼頭有限公司高度重視岸電的建設(shè)工作，已經(jīng)建設(shè)了一期、二期碼頭船舶岸電系統(tǒng)。岸電系統(tǒng)電源引自港區(qū)13#變電站，供電容量最大6MVA，可為碼頭9#～13#A泊位船舶單獨(dú)提供3MVA的岸電電源，同時(shí)也可并聯(lián)運(yùn)行，為12#～13#A泊位大型集裝箱船舶提供6MVA的岸電電源。岸電系統(tǒng)覆蓋泊位情況如圖1所示。

圖1 岸電系統(tǒng)覆蓋泊位示意圖

截至2019年年底，累計(jì)133艘船舶在赤灣集裝箱碼頭有限公司使用了岸電系統(tǒng)，使用時(shí)長達(dá)1387h，累計(jì)用電量275萬kW·h，港船舶空氣污染物的排放明顯減少，對碼頭區(qū)域及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量的提升有顯著作用。赤灣集裝箱碼頭有限公司岸電系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，提高了港航雙方的節(jié)能減排意識(shí)，在港航共建綠色水運(yùn)、低碳交通運(yùn)輸方面起到了表率作用。

隨著國家及深圳市對于生態(tài)文明建設(shè)的重視程度不斷提高，到港船舶使用岸電的需求不斷提升。為滿足船舶使用岸電的需求，赤灣集裝箱碼頭有限公司計(jì)劃開展三期碼頭船舶岸電系統(tǒng)建設(shè)工作，新建一套變頻變壓電源，增加岸電系統(tǒng)容量，提高為船舶供電的能力。

2 已建岸電系統(tǒng)技術(shù)方案

赤灣集裝箱碼頭有限公司現(xiàn)有的一期、二期岸電系統(tǒng)均采用西門子專用岸電變頻設(shè)備以高-低-高方式實(shí)現(xiàn)變頻變壓。一期、二期岸電系統(tǒng)容量均為3MVA，通過現(xiàn)有的控制系統(tǒng)和高壓開關(guān)柜可實(shí)現(xiàn)兩套裝置的獨(dú)立運(yùn)行，分別給兩艘靠港船舶供電，也可以并聯(lián)同步運(yùn)行提供6MVA的容量，給一艘船舶供電。一期、二期岸電系統(tǒng)的單線圖如圖2所示。

赤灣集裝箱碼頭有限公司一期、二期岸電系統(tǒng)輸入側(cè)10kV進(jìn)線均引自同一碼頭變電站，經(jīng)10kV進(jìn)線開關(guān)柜后分別給各系統(tǒng)供電，系統(tǒng)輸出側(cè)經(jīng)母聯(lián)柜和隔離刀閘柜連接。輸出側(cè)6.6kV母線段供分為3段，通過開關(guān)柜的切換可實(shí)現(xiàn)分段運(yùn)行或并網(wǎng)運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如3所示。

3 并聯(lián)擴(kuò)容技術(shù)方案比選

赤灣集裝箱碼頭有限公司對三期岸電項(xiàng)目采用何種的技術(shù)方案進(jìn)行了分析論證，對采用高-高設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備并聯(lián)、高-低-高國產(chǎn)設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備并聯(lián)、現(xiàn)有設(shè)備本身相互并聯(lián)進(jìn)行了分析對比，以期獲得最優(yōu)建設(shè)方案。

赤灣集裝箱碼頭有限公司一期、二期岸電系統(tǒng)已經(jīng)組建互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，通過現(xiàn)有控制柜可對整個(gè)岸電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并對岸電系統(tǒng)的各設(shè)備進(jìn)行操作。

在設(shè)備選型上，一期、二期岸電系統(tǒng)均采用同一型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，設(shè)備可互為備用，備件同一，可保持最小成本的配置?？刂葡到y(tǒng)采用與變頻器廠家同一品牌的產(chǎn)品，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。一期、二期岸電系統(tǒng)之間采用光纖鏈路連接，在保證一期、二期互相獨(dú)立的同時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互，在并聯(lián)使用時(shí)保證一期、二期岸電系統(tǒng)的負(fù)載均衡，避免單機(jī)過載。

圖2 一期、二期岸電系統(tǒng)單線圖

圖3 一期、二期岸電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

針對三期工程的實(shí)際需求，赤灣集裝箱碼頭有限公司對比了當(dāng)前岸電系統(tǒng)采用不同設(shè)備并聯(lián)擴(kuò)容的技術(shù)方案，如表1所示。

經(jīng)對比分析可知，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性、工程實(shí)施可行性、便捷性和后續(xù)維護(hù)使用成本等方面考慮，采用與現(xiàn)有系統(tǒng)相同設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)擴(kuò)容為最優(yōu)技術(shù)方案。

4 技術(shù)方案推薦

鑒于目前一期、二期岸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為了最大程度地保證系統(tǒng)性能，根據(jù)三期岸電系統(tǒng)容量需求，增加一套岸電變頻電源系統(tǒng)。在一期、二期岸電系統(tǒng)的B段母線上增加一個(gè)接口刀閘柜，三期岸電系統(tǒng)經(jīng)母聯(lián)柜與原有6.6kV母線連接。采用此方式即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有三段母線的分段獨(dú)立運(yùn)行，分別對三艘靠港船舶供電，還可以滿足任意一段母線兩兩并聯(lián)或三段同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行的需求，最大程度地提升岸電系統(tǒng)的可用性。同時(shí)在項(xiàng)目施工時(shí)采用此方案不會(huì)影響原有岸電系統(tǒng)的使用。

三期岸電監(jiān)控系統(tǒng)是在不改變原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)涞那闆r下，利用原有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口通過通信電纜將三期岸電系統(tǒng)接入，實(shí)現(xiàn)對一、二、三期岸電的綜合監(jiān)控。岸電監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)如圖4所示。

5 結(jié)束語

通過對赤灣集裝箱碼頭有限公司碼頭船舶岸電系統(tǒng)擴(kuò)展并聯(lián)技術(shù)方案的對比分析，可以看出對原有設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容是較為合理、便捷的技術(shù)方案。三套3MVA變頻電源的并聯(lián)使用，即可為赤灣集裝箱碼頭有限公司9#～13#A泊位單獨(dú)供電，同時(shí)兩兩并聯(lián)運(yùn)行為靠泊的大型集裝箱船舶提供6MVA岸電服務(wù)。

表1 并聯(lián)擴(kuò)容技術(shù)方案對比

圖4 岸電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

赤灣集裝箱碼頭有限公司船舶岸電系統(tǒng)具有良好的社會(huì)效益，三期項(xiàng)目建設(shè)完成后將進(jìn)一步提升為船舶供電的能力和水平，可以滿足多艘大中型集裝箱船靠泊作業(yè)時(shí)使用船舶岸電系統(tǒng)的需求；對減少船舶空氣污染物排放，減少噪聲排放，改善港口、船舶相關(guān)作業(yè)人員身心健康具有重要作用，同時(shí)也有利于能源的綜合高效利用。