集裝箱碼頭船舶岸電系統并聯擴容技術方案對比分析

劉敏毅，覃韓江，楊承志

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

大型集裝箱船舶靠港時通常使用燃油制品（多為重油、柴油）發電來滿足船舶用電需求。重油和柴油在燃燒過程中會產生大量的硫化物和氮氧化物，對周邊環境造成污染[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量[2]。赤灣集裝箱碼頭有限公司積極響應國家和深圳市綠色可持續發展政策的號召，主動承擔改善港口環境，推動港口船舶岸電發展的義務和責任，已經建設完成了一期、二期碼頭船舶岸電系統，并投入使用。隨著具備受電裝置的靠泊船舶數量不斷增長，赤灣集裝箱碼頭有限公司岸電使用率也隨之提高，碼頭原有岸電系統容量已無法滿足船舶需求，急需擴容，開展新的岸電系統建設工作。

1 已建岸電系統概述

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，位于珠江入海口東岸，距離香港僅20n mile，是連接世界各地與珠江三角洲經濟圈乃至中國內陸腹地的“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工作，已經建設了一期、二期碼頭船舶岸電系統。岸電系統電源引自港區13#變電站，供電容量最大6MVA，可為碼頭9#～13#A泊位船舶單獨提供3MVA的岸電電源，同時也可并聯運行，為12#～13#A泊位大型集裝箱船舶提供6MVA的岸電電源。岸電系統覆蓋泊位情況如圖1所示。

圖1 岸電系統覆蓋泊位示意圖

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

隨著國家及深圳市對于生態文明建設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劃開展三期碼頭船舶岸電系統建設工作，新建一套變頻變壓電源，增加岸電系統容量，提高為船舶供電的能力。

2 已建岸電系統技術方案

赤灣集裝箱碼頭有限公司現有的一期、二期岸電系統均采用西門子專用岸電變頻設備以高-低-高方式實現變頻變壓。一期、二期岸電系統容量均為3MVA，通過現有的控制系統和高壓開關柜可實現兩套裝置的獨立運行，分別給兩艘靠港船舶供電，也可以并聯同步運行提供6MVA的容量，給一艘船舶供電。一期、二期岸電系統的單線圖如圖2所示。

赤灣集裝箱碼頭有限公司一期、二期岸電系統輸入側10kV進線均引自同一碼頭變電站，經10kV進線開關柜后分別給各系統供電，系統輸出側經母聯柜和隔離刀閘柜連接。輸出側6.6kV母線段供分為3段，通過開關柜的切換可實現分段運行或并網運行。監控系統網絡圖如3所示。

3 并聯擴容技術方案比選

赤灣集裝箱碼頭有限公司對三期岸電項目采用何種的技術方案進行了分析論證，對采用高-高設備與現有設備并聯、高-低-高國產設備與現有設備并聯、現有設備本身相互并聯進行了分析對比，以期獲得最優建設方案。

赤灣集裝箱碼頭有限公司一期、二期岸電系統已經組建互聯互通網絡，通過現有控制柜可對整個岸電系統進行監視，并對岸電系統的各設備進行操作。

在設備選型上，一期、二期岸電系統均采用同一型號的設備進行設計和施工，設備可互為備用，備件同一，可保持最小成本的配置。控制系統采用與變頻器廠家同一品牌的產品，系統穩定性強。一期、二期岸電系統之間采用光纖鏈路連接，在保證一期、二期互相獨立的同時，也可實現數據的快速交互，在并聯使用時保證一期、二期岸電系統的負載均衡，避免單機過載。

圖2 一期、二期岸電系統單線圖

圖3 一期、二期岸電監控系統網絡圖

針對三期工程的實際需求，赤灣集裝箱碼頭有限公司對比了當前岸電系統采用不同設備并聯擴容的技術方案，如表1所示。

經對比分析可知，從系統設計合理性、工程實施可行性、便捷性和后續維護使用成本等方面考慮，采用與現有系統相同設備進行并聯擴容為最優技術方案。

4 技術方案推薦

鑒于目前一期、二期岸電系統的運行狀態，為了最大程度地保證系統性能，根據三期岸電系統容量需求，增加一套岸電變頻電源系統。在一期、二期岸電系統的B段母線上增加一個接口刀閘柜，三期岸電系統經母聯柜與原有6.6kV母線連接。采用此方式即可實現現有三段母線的分段獨立運行，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或三段同時并聯運行的需求，最大程度地提升岸電系統的可用性。同時在項目施工時采用此方案不會影響原有岸電系統的使用。

三期岸電監控系統是在不改變原有網絡系統拓撲的情況下，利用原有系統網絡接口通過通信電纜將三期岸電系統接入，實現對一、二、三期岸電的綜合監控。岸電監控系統的網絡拓撲設計如圖4所示。

5 結束語

通過對赤灣集裝箱碼頭有限公司碼頭船舶岸電系統擴展并聯技術方案的對比分析，可以看出對原有設備進行擴容是較為合理、便捷的技術方案。三套3MVA變頻電源的并聯使用，即可為赤灣集裝箱碼頭有限公司9#～13#A泊位單獨供電，同時兩兩并聯運行為靠泊的大型集裝箱船舶提供6MVA岸電服務。

表1 并聯擴容技術方案對比

圖4 岸電監控系統網絡圖

赤灣集裝箱碼頭有限公司船舶岸電系統具有良好的社會效益，三期項目建設完成后將進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時使用船舶岸電系統的需求；對減少船舶空氣污染物排放，減少噪聲排放，改善港口、船舶相關作業人員身心健康具有重要作用，同時也有利于能源的綜合高效利用。