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船舶岸电技术应用研究探析

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：韦楠

[导读] 摘要：为了保护生态环境和合理利用资源，迫切需要引入和推广船舶岸电技术。

        （广州致新电力科技有限公司广东省广州市 510540）
        摘要：为了保护生态环境和合理利用资源，迫切需要引入和推广船舶岸电技术。本文首先介绍了传统燃料供电模式在船舶岸电中的不足，提出了环保型岸电供电模式的好处，并简要介绍了国内外海上岸电技术的发展现状和趋势。介绍并分析了岸电供电系统的概念、分类、比较等，并解释了船舶岸电供电系统的供电方式和基本原理。
        关键词：船舶岸电技术；应用研究；探析
        前言：许多大型船舶在使用电力或在港口停靠时都使用船舶辅机发电。他们使用的燃料通常是柴油，重油等。柴油船每年平均排放约1000万吨氮氧化物和800万吨硫氧化物。这些污染物在风和海流的影响下可以到达一千公里之外，影响范围非常广。另外，船上辅助设备的操作会造成噪音污染，给船员，码头工作人员和附近居民带来身心不适。因此，需要引入和推广船舶岸电技术来保护生态环境。当前，我国岸电技术的应用尚未广泛，因此船舶岸电技术的全面应用将对我国的经济发展，社会效益和环境保护起到重要作用。
        一、船舶岸电系统的基本构成
        船舶岸电技术系统通常可以分为船舶上的岸电并网系统和港口区域提供的岸电馈电系统。码头和船舶必须均配备专用的岸电设备，包括码头的岸电电源系统，岸电布线设备和船舶连接电缆等，方可实现船岸电力系统的连接和电能传输。港口区的岸电馈电系统（以下简称岸电系统）主要由港口变电站，岸电变频电源设备，岸电电源插接装置和连接电缆等组成。
        我国的电网是低压3N～380V，50Hz，中压3～6/10kV，50Hz，大多数船舶使用低压3N～440V，50/60Hz，高压3～6/11kV，60Hz。因此，匹配船岸的电源电压和频率是岸电系统需要解决的重要问题之一。码头的岸电电源系统需要将岸侧电网电源制式转换为与靠港船舶兼容的电源制式。因此，岸电电源系统必须采用高效的静止式变压变频系统，即变频电源，以进行电压及频率的转换；当前岸电系统主要的模式有以高压变频电源和低压变频电源为核心的两种形式；其中低压变频电源多采用四象限整流技术以提高网侧电能质量水平。而高压变频电源则多采用级联型高压变频器（单元级联型），其等效整流脉波数通常可达到36脉，电能质量参数亦较为优异。
        二、船舶岸电技术国内外使用现状
        迄今为止，美国，德国，挪威，荷兰等其他发达的西方国家拥有20多个使用岸电电源系统的港口，并为200多艘船舶配备了岸电连接系统。美国和英国首先在码头使用岸电对向停靠港口的船只进行供电，颁布了相关法律以确保执法，并更新或更换新老码头上过旧的岸电设施。中国，世界上最大的航运国，当前的港口船舶岸电技术仍处于研究阶段，但随着港口经济的快速发展，它越来越受到国家和交通部的关注。根据《中国港口年鉴》，“截至2018年底，中国所有港口（包括河内外港口）293个，生产泊位和26,330个，其中2444个万吨以上，拥有水运船舶达13.7万艘。”与此同时，我国的港口也面临着来自其他地区和国家的大量船只出入的现象。因此，港口设施在不断扩大和发展，未来船舶在港口作业的数量仍会上升。但国内许多港口尚未开始使用岸电技术，同时，岸电设备的统一技术标准还在逐步完善的过程中，亟待制定相关的政策法规，为岸电技术的全面普及铺平道路。
        三、船用岸电系统的概念、分类和比较
        （一）船用岸电
        船舶岸电系统（Shore Power System，SPSS，当具有岸电接入设备的船舶停泊在码头时，可将岸侧电力系统与船侧供电系统连接，船舶可以从岸电系统获得泵组，通风，照明，通讯和其他设备需要用电，关闭自身的柴油或燃油发电机组，从而阻止船舶的发电机组不断释放柴油和燃料燃烧污染物，防止产生温室气体以改善港口的空气质量。

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        SPS系统主要由三部分组成：岸上供电系统，电缆连接设备和船舶受电系统。岸上电力系统由高压开关柜、变频电源以及高压电缆等组成，高压电缆承载6.6 kV，50-60 Hz。此功能是将接地电压输出的6.6kV电压引入端口端子附近的高压接线盒。电缆连接设备包括高压电缆，通信电缆和高压电缆盘构成，高压电缆盘固定在船的侧面，并将高压电缆从船上连接到岸电高压接线盒。船舶受电系统包括船舶的变压器和船舶的岸上电源箱。他们将岸上的6.6kV电压转换为440V的电压，并将其用作停泊船的电源。
        （二）船用岸电分类和比较
        岸电电源的输入通常是本地电网电源，其输出必须满足不同船舶的不同要求。我国的船用电气系统通常使用440V/50Hz或380V/50Hz，但国际海洋电气频率接近60Hz，电压为440V或6.6kV。通常，岸上的主变电站用于电压转换和频率转换，通过码头电缆将电力发送到码头的岸上电力箱，然后将岸电连接系统把电力送往停靠的船舶。根据不同端口的岸电电源电压，通常可以将其分为高压岸电系统和低压岸电系统。
        在低压岸电系统中，岸上变压器首先将陆地上的6.6 kV/10 kV高压降低到440 V和50 Hz的低压，然后将其连接到船舶的应急配电盘或岸电控制面板。所安装发电机的功率，电压和相位相同。关闭母线连接开关，以允许单点电源和发电机在电网上运行。在20秒内，它将发电机与电网断开连接，并提供岸电电源为船舶供电，而不会发出任何警报或故障。
        高压地面电源系统使用地面变压器将陆地上的6.6 kV/10 kV高压通过船舶的连接设备直接连接到船舶的岸电电源控制面板。根据船上设备所需的电压，岸电电源控制面板已连接至侧推等高压设备或者，减压后连接到主配电盘。如果岸电电源和船用发电机的电源，电压和相位相同，请关闭母排联络开关，以使岸电和发电机并联运行；在20秒内，在没有任何警报或故障的情况下，发电机终端与电网断开，实现岸电电源对船舶供电。
        随着高压船舶的普及，高压岸电系统比低压岸电系统具有更多的实用优势和市场竞争力。高压岸电系统的优势在于，它们基本上采用了中压等级电压和低电流，与低压电源SPS系统相比，其插接操作过程更短，并且操作更加安全可靠，将船舶连接到岸电的电缆数量少，并且操作简便，减少了船舶入坞所需的时间并提高了港口利用率。
        四、推动船舶使用岸电技术推广应用的建议
        将岸电力技术用于船舶泊位是使船舶，人民和国家受益的好方法，并且需要在国家层面进行鼓励和促进。当前，许多港口都在建设岸电设施，但还需要对船舶进行改造才能够使用岸电。船舶进行岸电转换的意愿需要以政府补贴政策为指导。
        由于我国岸电利用技术尚未成熟，因此不可能强制引入在停泊的船舶上使用岸电法规，但如果条件允许，可以建立排放控制区（如果条件成熟时至少为5年），当停泊在该区域时，船只可以选择使用岸电或其他方法来减少空气污染物的排放。如果不这样做，将受到处罚。建立排放控制区，不仅有助于改善港口城市的环境空气质量，还使各种船舶进行岸电转换并采取更先进的减排措施。
        结语：综上所述，为了使环境保护不只是一个口号，必须注意各种环境保护技术的发展。港口岸电技术具有许多含义，相关部门和工程师需要从政策和项目管理的角度不断创新和开发该技术，以满足我国的经济发展和环境保护需求。
        参考文献：
        [1]刘智广.海南码头船舶岸电改造技术应用[J].现代制造技术与装备,2020,56(07):46-47.
        [2]宋广阔,崔灵智,厉复兴.港口船舶岸电技术推广应用[J].集装箱化,2019,30(04):11-12+20.
        [3]袁航,赵湘前.船舶岸电技术研究及其应用[J].水运工程,2013(10):163-165.