中交第四航务工程勘察设计院有限公司 广东省广州市 510230
摘要：港口作为我国交通运输体系中的重要组成部分，在物联网、大数据、5G等技术的支撑下逐渐成为智能化、自动化、高效化的物流平台，并集运输、配送、仓储等功能于一身，其规模逐渐扩大，在我国经济发展中地位逐渐提升。但不可忽视的是，其资源消耗仍然占据我国交通事业总资源消耗的较大比重，因此需要做好我国港口的节能减排工作，积极运用现代科学技术降低港口能耗，减轻港口运行中对生态环境的负面影响，提高港口运行的效率，以实现建设绿色港口目标。
关键词：港口；节能减排技术；现状；应用
1港口节能减排技术现状
1.1船舶岸电技术
随着港口运输事业的快速发展，停靠在港口的船舶数量与密度显著提升。船舶停靠期间，仍然需要保持船舶发电机的运行与工作，为船舶上应急、装卸等设备的有序运转提供必要的电能。在传统的船舶系统中，发电机依靠柴油、汽油等保持动力，船舶停靠期间发动机不停止不仅会加大资源消耗量，还会对周边环境造成影响。虽然当前大部分船舶采用电能运输，但船舶上设备发电会干扰港口供电系统。为此，以岸基电源为供电方式的船舶岸电技术应运而生，可有效降低船舶停靠期间的能源消耗，并降低船舶污染排放量。
船舶岸电技术以“以电代油”为基本理念，将传统的化石能源转变为具有清洁性的电能，不仅能保障船舶内设备的稳定运行，还能达到节能减排的目标。我国船舶岸电技术研究与实践起步较晚，2009年青岛港首次尝试船舶岸电技术的应用，开启了我国岸电技术发展的新局面。2017年，我国交通部印发《港口岸电布局方案》，提出在2020年实现100%岸电泊位覆盖率。至2019年，已有大铲湾码头、长江流域宜昌段等多个港口实现了岸电泊位的全面覆盖，表明我国船舶岸电技术研究与实践已取得显著成效。
1.2变频技术
在港口装卸过程中，装卸设备不能长时间高负荷运转，因此，引入变频技术能够保障装卸设备的稳定性，完全符合节能减排的要求。变频技术主要包括计算机技术、电子技术和电机械设备等，这几种技术相结合构成了性能较强的新型技术。变频技术的工作原理就是使交流电先通过半导体，然后变为目标频率，再利用相关设备将交流电转化为直流电，最后再利用逆变器实现对电流和电压的调节和控制。该调速方式可以降低能耗，最大限度地节约能源，保护周围的环境。变频技术能够依照实际的工作量来对速度进行更改和调整，工作负荷高时提升速度，反之则降低速度。变频技术可实现电流频率对电机转速的控制，从而有效控制装卸设备，保障港口装卸的安全性和稳定性，提高装卸工作效率。
装卸设备中应用变频技术，可以提高机电设备的各项性能，提高其运行效率，降低能耗。随着科学技术的不断发展，变频器的应用范围也在不断扩大，比如数字化、编程、通讯等，为变频技术在船舶装卸设备中的普及提供了可靠的技术支撑和应用经验。
1.3谐波治理
港口的配电系统中通常采用电力电子技术，一方面，电力电子技术的应用能够降低电能的消耗量，提高供电效率，并具有易操作的优势；另一方面，整流、能量回馈等电力电子技术的应用会产生谐波干扰，影响港口配电系统的稳定性，引发变频器过热、电容器功率因数降低等严重的设备问题。同时，谐波会使港口配电系统运行过程中产生过大的噪音，对周边居民身心健康造成极为不良的影响。因此，谐波治理成为港口节能减排工作的重要内容之一。
2港口节能减排技术的应用
2.1港口船舶岸电系统建设
某港口岸电建设工程，采用3MVA岸基电源系统，输出电源电压为6.6kV，输出电源频率可在50～60Hz之间进行切换，能够满足国际和国内船舶不同的电源需求。此码头一期岸电项目给1个10万吨级泊位提供用电。考虑船舶的停靠情况，配备了一套岸电系统带两个岸电箱点位的供电形式。
该港口船舶岸电系统采用四象限运行岸电电源，具有动态响应快、过载能力强、控制精度高、智能电网回馈等优点，保证顺利并网，不会意外断电。该系统由电网、高压配电站、岸电电源系统、码头接线箱、船上电缆卷盘、开关柜、并网柜、船上发电机组等构成，具体如图1所示。
2.2基于PLC的变频技术在港口起重设备中的应用
PLC即可编程逻辑控制器，是自动化生产中重要的数字运算电子操作系统，将其与变频技术结合应用于港口设备中，能够自动化、智能化控制起重设备的运行功率，继而降低起重设备运行能耗，提高设备控制的有效性。
PLC未来将会有效组合组态模块、变频器，从而对港口起重设备的运行性能和控制精度进行优化。在应用PLC过程中，将逐渐摒弃掉单机控制模式，采取联机控制方式；通过联机能够将相关数据信息及时发送给计算机，借助港口局域网来实施远程控制，对起重设备的运行状况进行监控，最终达到港口起重设备的自动化控制。因此，随着PLC技术的逐渐完善，港口将积极引入自动化、智能化控制系统，从而依靠强大的信息技术和软件技术为港口起重设备提供有效保障。
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图1 港口船舶岸电电源系统示意图
变频技术主要是使用变频器来完成对旋转机构和起重机行进机构的有效控制。由于起重机行进机构和旋转机构的总电动机容量相同，因此可以达到良好的应用效果，有效地避免了结构在实际使用过程中的过载现象，从而减少了接触器和电阻箱的整体变化。通过将矢量技术与变频电机集成和融合应用，满足了低频转矩的调速硬度和转矩特性，确保了变频调速器的可靠性，提高了起重设备正反转电机的控制效果、精度和质量。在长时间低速运行中，可防止吊钩在重负荷下行走，大大提高了轻载和空钩的效率，整体能耗大大降低。
2.3谐波治理在港口配电系统中的应用
港口配电系统谐波治理主要采用有源治理及无源治理两种方式。以有源治理为例，主要通过有源谐波滤除装置消除谐波对港口配电系统的干扰，其通过与系统谐波频率、幅度相同，但相位相反的谐波电流，来抵消系统中的谐波电流。相对于无源治理来说，虽然有源治理所需设备成本较为昂贵、系统组成更加复杂，但对补偿对象的变化有极快的响应速度，故滤波效果远好于无源治理。更重要的是，由于有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此更适合系列化，规模化生产。因此，有源治理在港口配电系统中具有更加广泛的应用前景。
结语
当前我国港口的节能减排技术主要包括船舶岸电技术、变频技术以及谐波治理技术。为了进一步降低港口运行能耗，减少港口对环境造成的不良影响，需要注重节能减排技术的应用与创新，加大节能减排的应用推广力度，不断优化提升自动化水平，不断降低实际能耗，继而实现“资源节约型，环境友好型”港口建设目标。
参考文献：
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