大型船舶靠港使用岸電的研究

李 恒 煥

（中海油氣開(kāi)發(fā)利用公司，北京 100020）

0 引 言

目前，國(guó)內(nèi)大型船舶在碼頭靠泊卸載時(shí)，船上強(qiáng)大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)必須持續(xù)運(yùn)行，以保持船舶大功率機(jī)泵及其他設(shè)備和支持系統(tǒng)的正常運(yùn)作。這會(huì)使溫室氣體和柴油顆粒持續(xù)排放到當(dāng)?shù)乜諝庵校蔀榭諝馕廴镜闹饕粗弧Ｈ绻巴２磿r(shí)，連接岸上供電系統(tǒng)，以較低污染的岸電電源系統(tǒng)給船上供電，將可大大減少?gòu)U氣和微粒物質(zhì)的排放，改善空氣質(zhì)量。

1 船舶岸電電源系統(tǒng)

船舶岸電電源系統(tǒng)主要由碼頭岸上輸配電系統(tǒng)和船舶自身岸電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)兩大部分組成。

1.1 岸上輸配電系統(tǒng)

我國(guó)港口使用的岸電是380V/50Hz，而深水航行的大型船舶使用的電力為440V/60Hz，該系統(tǒng)主要功能是將國(guó)內(nèi)電網(wǎng) 50Hz電源轉(zhuǎn)換成船用 60Hz電源。目前岸電變頻電源有2種結(jié)構(gòu)方式。

第一種：變頻電源→正弦波濾波器→電力變壓器。三相電輸入經(jīng)變頻電源整流逆變輸出 60Hz SPWM波，而后經(jīng)正弦波再經(jīng)電力變壓器調(diào)整到需要的電壓。由于正弦波濾波器的電感量很高，因此要求系統(tǒng)中配置的電感器尺寸也很大，從而影響了系統(tǒng)整體效率，而目前業(yè)內(nèi)廠家實(shí)測(cè)的電子靜止式岸電變頻電源，整體效率僅有 85 %左右。

第二種：變頻電源→波形預(yù)處理電感器→逆變輸出變壓器與輸出濾波器。三相電輸入經(jīng)變頻電源整流逆變輸出60Hz SPWM波，而后經(jīng)電感器對(duì)波形進(jìn)行預(yù)處理并校正，濾除逆變器所產(chǎn)生的高次諧波分量。再輸入到逆變輸出變壓器與輸出濾波器對(duì)波形進(jìn)行二次處理并進(jìn)行調(diào)壓，達(dá)到輸出正弦波和需要的電壓。由于對(duì)波形進(jìn)行二次處理，第一次波形預(yù)處理不需要很高的電感量，僅需要較小尺寸的電感量就能達(dá)到目的。第二次波形處理在逆變變壓器與輸出濾波器中進(jìn)行，逆變變壓器是專(zhuān)門(mén)為逆變技術(shù)而設(shè)計(jì)匹配的，具有變壓和電感雙重功能的一種新技術(shù)變壓器，加上交流濾波電容器，構(gòu)成一種高頻陷波器，所以具有很高的效率，經(jīng)生產(chǎn)廠家整體效率實(shí)測(cè)高達(dá) 93%～95%。目前國(guó)內(nèi)船用變頻電源大多采用該方式。

1.2 船舶岸電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

船舶岸電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由一套高壓電力轉(zhuǎn)換裝備組成，主要包括插座盤(pán)、岸電與船電并電的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及相應(yīng)的保護(hù)裝置等。由船東負(fù)責(zé)規(guī)劃，并安裝于船上供連接岸電用。當(dāng)船舶?？扛劭跁r(shí)，由該系統(tǒng)連接岸上供電系統(tǒng)，停止船上發(fā)電機(jī)群運(yùn)轉(zhuǎn)，以岸電提供停泊期間所需的電力。以美國(guó)替換航海電力系統(tǒng)amp（alternative maritime power system）為例，目前開(kāi)發(fā)的amp系統(tǒng)含有下列主要裝備：

1)電纜卷輪以承載連接岸電電纜及接頭（cable reel）；

2)電纜卷輪控制箱（cable reel control box）；

3)高壓岸電連接盤(pán)（high voltage shore connection panel）；

4)岸電供電盤(pán)（shore incoming panel）；

5)替換航海電力管理系統(tǒng)（amp management system）。

amp系統(tǒng)在船舶停泊時(shí)連接岸上供電系統(tǒng)后，由管理系統(tǒng)主導(dǎo)船電的電力管理系統(tǒng)，控制船電的電壓、相位和頻率等，調(diào)整至與岸電的特性相匹配時(shí)即執(zhí)行兩電力系統(tǒng)的短暫并聯(lián)運(yùn)作，隨即執(zhí)行負(fù)載轉(zhuǎn)移的操作，完成供電的交替。

2 岸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

2.1 船用變頻電源的應(yīng)用[1]

目前，國(guó)內(nèi)60Hz船用變頻電源技術(shù)發(fā)展較快，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)逐步撬裝化、智能化，已能適應(yīng)高溫、高濕、高腐蝕性、大負(fù)荷沖擊的惡劣環(huán)境，主要用于船舶制造及修理廠、遠(yuǎn)洋鉆井平臺(tái)和碼頭等需要由50Hz工業(yè)用電變?yōu)?0Hz高質(zhì)量穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源的場(chǎng)合，技術(shù)上具備了向大型船舶提供岸電電源的條件。

2.2 岸電應(yīng)用情況

國(guó)際上，船舶靠港使用岸電已經(jīng)開(kāi)始制定相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，建立實(shí)際應(yīng)用范例。如：美國(guó)加州長(zhǎng)灘港是世界上第二座裝備了岸電系統(tǒng)的碼頭，也是世界上第一座為大型油船提供岸電的碼頭。該碼頭岸電系統(tǒng)由英國(guó)石油美國(guó)公司（BP America）和加州長(zhǎng)灘港（Port of Long Beach）聯(lián)合完成，英國(guó)石油美國(guó)公司已經(jīng)改裝了2艘經(jīng)常往返長(zhǎng)灘港的油船，以利用該碼頭的岸電系統(tǒng)[2]。

在國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)期以來(lái)船舶岸電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在造船界并未引起足夠重視。因此，大型船舶大部分尚未配備相應(yīng)岸電轉(zhuǎn)換設(shè)備，且大部分港口碼頭也未安裝變頻岸電電源系統(tǒng)，不具備向船舶供電條件。去年連云港港口集團(tuán)提出了“高壓上船”的接岸電方案：先將岸電在陸域變電所變頻為60Hz的高壓電，變頻后的高壓電送至碼頭接線開(kāi)關(guān)箱內(nèi)，變壓器、高壓電纜卷車(chē)直接固化在船舶上，當(dāng)船舶靠岸后，只需將船上的高壓電纜放至岸邊，由操作人員接入開(kāi)關(guān)箱即可。

3 使用岸電的重要意義

近幾年，隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保等要求的不斷提高，國(guó)際上許多港口管理部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始采取措施減少?gòu)U氣排放，控制港口污染，實(shí)施船舶靠港使用岸電，就是其中重要的一項(xiàng)。既有較好的節(jié)能減排效益，又能夠有效降低硫化物、氮氧化合物以及噪聲等污染，減少溫室氣體的排放。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年 1000噸級(jí)以上的各類(lèi)船舶在我國(guó)港口靠泊裝卸貨物期間消耗的燃油約300萬(wàn)t[3]，如果改用岸電，全國(guó)每年可減排二氧化碳 900多萬(wàn) t、減排二氧化硫約10萬(wàn)t、減排氮化物約20萬(wàn)t，這無(wú)疑對(duì)全國(guó)節(jié)能減排工作具有極其重大的意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，實(shí)施船舶靠港使用岸電在技術(shù)上是可行的，具有良好的生態(tài)效益和發(fā)展前景。因此，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展港船之間的協(xié)作，共同進(jìn)行技術(shù)論證，制訂相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)港口供配電和船舶電氣之間相互補(bǔ)充銜接，逐步新建或更新大型船舶和港口的岸電電源設(shè)施，推動(dòng)國(guó)內(nèi)大型船舶靠港使用岸電的實(shí)際應(yīng)用。

[1] 袁慶林，黃細(xì)霞，張海龍.港口船舶岸電供電技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].上海造船，2010, (2): 35-37.

[2] 鄭永高.船舶電氣工藝與操作[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005.

[3] 周 南.船舶使用岸電系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2007, 2 (3): 10-12.