船舶岸電系統(tǒng)的應(yīng)用

當(dāng)今世界貿(mào)易往來頻繁，以船舶為主體的海上運(yùn)輸憑借自身低廉的運(yùn)輸成本、巨大的運(yùn)輸體量，成為國際貿(mào)易的主要運(yùn)輸方式。我國是能源消耗大國，大量依賴國外進(jìn)口，隨著時(shí)間的推移能源會越來越緊張，價(jià)格會越來越貴，長此以往，最終會遏制經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。礦物燃料的大量使用，也會加劇有毒有害氣體的排放，危害人們的身體健康，破壞生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重威脅人類的生存，造成難以估量的危害。國內(nèi)外航運(yùn)業(yè)的高速發(fā)展，港口碼頭停泊的船只數(shù)量也日益增長，船舶在停港靠岸后，為保證船舶的基本功能和貨物裝卸的順利進(jìn)行，船舶的引擎不能熄滅，需要船上的發(fā)電機(jī)持續(xù)提供電力，但隨著大功率柴油機(jī)的連續(xù)工作，大量的CO、CO?、硫化物、NOX

和可吸入性顆粒物排放到空氣中，造成嚴(yán)重的大氣污染。同時(shí)高分貝的柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)的轟鳴聲也給港口及附近區(qū)域帶來巨大的噪聲污染，在港口地區(qū)實(shí)施靠港船舶使用岸電電源的措施，不僅是未來港口碼頭建設(shè)的發(fā)展方向，更是對保護(hù)港口地區(qū)、市區(qū)的生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境有著重大意義。關(guān)閉船舶上的輔助發(fā)電機(jī)，也能減少船舶的震動(dòng)和噪音，提高船員的生活工作環(huán)境質(zhì)量，更是為船只?？科陂g檢修發(fā)動(dòng)機(jī)提供了便利的條件，對船舶有積極作用。因此，尋找無污染的、清潔的新能源，尋求可持續(xù)發(fā)展之路，是當(dāng)今社會的重要課題。一、岸電系統(tǒng)概述1、岸電系統(tǒng)出現(xiàn)的背景早期大型船舶在靠港裝貨和卸貨期間，按照船舶載重量考慮，其消耗功率較大，集裝箱船根據(jù)其裝箱和冷藏箱的數(shù)量，需要大量電力輸出，為保證大功率設(shè)備及其他設(shè)備支撐整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，船上的燃油發(fā)電機(jī)必須持續(xù)運(yùn)行，但是船舶發(fā)電機(jī)在靠港及裝卸作業(yè)期間利用率較低，產(chǎn)生的多余電能也不易儲存，造成了燃料資源的浪費(fèi)，污染港口及周圍地區(qū)環(huán)境

[1]，同時(shí)歐盟港口對靠港船船舶所用的含硫高燃油也有嚴(yán)格規(guī)定，雖然各港口設(shè)置有岸電箱，但其容量僅能滿足船舶維修及停港期間的基本用電，基于以上情況，岸電系統(tǒng)隨之應(yīng)用發(fā)展。2013年8月15日起，國家電網(wǎng)公司開始推行電能替代實(shí)施方案，全方面推動(dòng)實(shí)施電能替代工作。港口船舶岸電屬于國家大力推行的技術(shù)領(lǐng)域，岸電技術(shù)還處在起步階段并不成熟，諸多制約其發(fā)展的技術(shù)問題亟待解決。2、岸電系統(tǒng)的發(fā)展歷史岸電的出現(xiàn)最早可以追溯到20世紀(jì)初，國際上一些港口碼頭開始零星為靠港停泊的船只提供電力，給船舶的用電方案帶來了替代選項(xiàng)；港口岸電設(shè)施建設(shè)，隨著航運(yùn)業(yè)在全球范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展，越來越多的港口加大建設(shè)岸電供電設(shè)施，包括電纜、插座等相應(yīng)的配套設(shè)備，通常供電設(shè)施會集中在港口的指定區(qū)域，方便船舶接入電源；出臺國際規(guī)范，為了減少港口區(qū)域的污染，保護(hù)港區(qū)周圍環(huán)境和規(guī)范統(tǒng)一港口岸電供電方案，國際組織和政府職能部門開始制定和推動(dòng)岸電用電的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，國際海事組織（IMO）制定了岸電用電的指導(dǎo)原則，鼓勵(lì)港口和船舶進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)升級和改造；岸電技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步：隨著科技發(fā)展，岸電設(shè)備和技術(shù)也在不斷更新進(jìn)步，岸電系統(tǒng)更加高效、可靠，在電能傳輸和控制方面有了長足的發(fā)展。部分先進(jìn)的岸電系統(tǒng)還具備了遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理的功能，極大地提高了在實(shí)際使用中的便利性和安全性；岸電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為了滿足靠港船舶對岸電日益增長的需求，大型港口已經(jīng)開始了對岸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，力求覆蓋更多的停泊區(qū)域，提供更加廣泛的供電服務(wù)。岸電網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)電源和配電設(shè)備組成，可以為多艘靠港船舶同時(shí)提供電力；環(huán)保政策的倡導(dǎo)，隨著各國環(huán)境保護(hù)意識的提高，越來越多的港口和航運(yùn)公司都在積極推進(jìn)和使用岸電作為船舶停港期間的用電方案，很多國家和地區(qū)出臺了相關(guān)的環(huán)保政策和激勵(lì)措施，鼓勵(lì)靠港停泊船只使用岸電，減少對港口和周圍區(qū)域產(chǎn)生的大氣和水污染。3、國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢絕大多數(shù)國家和地區(qū)提供的陸上供電和使用的設(shè)備用電頻率基本上都是50Hz和60Hz，國內(nèi)的內(nèi)河及沿海船舶的電氣設(shè)備用電頻率為50Hz，遠(yuǎn)洋船舶的電氣設(shè)備用電頻率為60Hz。大部分船舶用電的交流電制形式：三相交流6.6kV/60Hz、440V/60Hz、380V/50Hz，國際國內(nèi)港口碼頭改造和新建的通用岸電供電形式要滿足以上種類的船舶交流電制。我國的港口岸電供應(yīng)不僅存在變壓的問題，同時(shí)還要到達(dá)變頻的目的，通常我國陸上電網(wǎng)的供電頻率為50Hz，對于60Hz的船用設(shè)備來說其并不適用50Hz的交流電，因此研究適合我國港口電制的變壓變頻技術(shù)，滿足50Hz/60Hz雙頻電制供電，是我國發(fā)展船用岸電技術(shù)的重點(diǎn)[2]。我國新建的大型船舶以及港口岸電設(shè)施的改造、建設(shè)要滿足國際國內(nèi)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保港口岸基設(shè)施的容量、電壓、頻率等各項(xiàng)指標(biāo)滿足實(shí)際使用要求，接插件的數(shù)量、規(guī)格要相互匹配。集裝箱船停泊位和船舶岸電系統(tǒng)要具備AC6.6kV/60Hz供（受）電能力，配備足夠數(shù)量的插座箱，靠港船舶配備電纜管理裝置，具備雙舷接用岸電的能力，集裝箱船泊位和船舶的接插件選用AC7.2kV/350A規(guī)格；郵輪泊位根據(jù)靠泊郵輪的情況應(yīng)具備AC6.6kV/60Hz或AC11kV/60Hz供電能力，并配備電纜管理裝置，郵輪碼頭和郵輪的接插件選用AC12kV/200A規(guī)格[3]。二、典型岸電系統(tǒng)分析1、岸電系統(tǒng)的分類岸電系統(tǒng)也被稱為“替代船舶動(dòng)力”裝置，指的是船舶?？扛劭谄陂g關(guān)閉發(fā)電機(jī)并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的過程。岸電系統(tǒng)的工作原理是將岸上供電系統(tǒng)（岸基裝置）通過船岸交互部分將電力送至船舶受電系統(tǒng)（船載裝置），從而滿足靠港船舶的用電需求。岸電系統(tǒng)主要分為高壓交流岸電系統(tǒng)和低壓交流岸電系統(tǒng)。高壓交流岸電系統(tǒng)：系指港口向船舶配電系統(tǒng)供電的電源額定電壓（相間電壓）為1kV以上且15kV及以下的船舶岸電系統(tǒng)；低壓交流岸電系統(tǒng)：系指港口向船舶配電系統(tǒng)供電的電源額定電壓（相間電壓）為1kV及以下的船舶岸電系統(tǒng)。通常業(yè)界低壓岸電采用的電壓等級為380V/50Hz或440V/60Hz，高壓岸電采用的電壓等級為6kV/50Hz、6.6kV/60Hz或11kV/60Hz。一般情況下，具有岸電系統(tǒng)船載裝置的大型船舶在靠港期間，均鼓勵(lì)使用岸電。2、岸電系統(tǒng)的組成岸電系統(tǒng)通常由岸基裝置和船載裝置組成。岸基裝置系統(tǒng)可將陸上電網(wǎng)電源經(jīng)過變壓器、變流器及隔離變壓器轉(zhuǎn)換成靠港船舶所需要的電壓和頻率等級的電源，并最終送至碼頭接線箱處[4]。岸基裝置中的變流器是以功率器件變頻技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的產(chǎn)品，是岸上供電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。岸基裝置中高壓電纜的敷設(shè)需要滿足以下嚴(yán)格要求：1）高壓電纜在敷設(shè)過程中盡量遠(yuǎn)離人口居住區(qū)域，如實(shí)在無法避免，則應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)在封閉的系統(tǒng)中；2）通常，具有有效且連續(xù)接地的金屬護(hù)套或鎧裝的高壓電纜應(yīng)安放在托架上，否則整根高壓電纜應(yīng)安裝在設(shè)有有效接地的金屬封閉罩殼中；3）高壓電纜要與其他不同工作電壓的電纜分開布置，尤其是不能敷設(shè)在同一電纜槽、同一電纜束、同一箱（盒）中或同一管道中。如果不同工作電壓的高壓電纜必須安裝在同一托架上，那么電纜之間的間隙要滿足規(guī)范的最小值，但是高壓電纜一定不能與工作電壓1kV及以下的電纜安裝在同一電纜托架上；4）高壓電纜所有導(dǎo)體的端頭必須有效地覆蓋上合適的絕緣材料，在接線盒中如導(dǎo)體無絕緣層，則相間和相對地之間應(yīng)采用合適的絕緣材料制成堅(jiān)固隔板來相互隔開[5]。船載裝置系統(tǒng)是船舶配電系統(tǒng)的一部分，擁有岸電系統(tǒng)的船舶在入級證書上一般會有船級社附加標(biāo)志，船舶入級不同的船級社附加標(biāo)志也會不一樣，CCS船級社的附加標(biāo)志為AMPS（AlternativeMaritimePowerSupply，交流高壓岸電系統(tǒng)）；LR船級社的附加標(biāo)志為OPS（On-shorePowerSupplies）；ABS船級社的附加標(biāo)志為HVSC（HighVoltageShoreConnection，高壓岸電連接）；DNV船級社的附加標(biāo)志為ShorePower；BV船級社的附加標(biāo)志為也是HVSC[6]。船載裝置系統(tǒng)的安全合規(guī)對船岸人員安全使用船舶岸電系統(tǒng)至關(guān)重要，不僅需要持有船用產(chǎn)品證書，更要滿足法定檢驗(yàn)規(guī)規(guī)則的強(qiáng)制性要求并經(jīng)船檢部門認(rèn)可，才能發(fā)揮預(yù)期的作用。船載裝置系統(tǒng)包含了電纜管理系統(tǒng)、連接配電板、變壓器、低壓接入屏這幾部分，要具備電壓指示、極性或相序(三相交流)檢測、應(yīng)急切斷、安全聯(lián)鎖、負(fù)載轉(zhuǎn)移、短路保護(hù)、逆功率保護(hù)等功能。船載裝置系統(tǒng)連接方式如圖1所示。圖1船載裝置系統(tǒng)示意圖電纜管理系統(tǒng)功能：1）提供供電點(diǎn)與接收點(diǎn)直接的船岸電纜連接；2）保持電纜的最佳長度，最大限度地減少松弛的電纜，防止超過張力極限；3）電纜連接后自動(dòng)收放電纜，具有急停功能；4）具有電纜倒數(shù)報(bào)警功能，能夠及時(shí)切斷岸電電源。連接配電板功能：1）設(shè)有真空斷路器，用來保護(hù)下游電氣設(shè)備，斷路器宜采用模塊化設(shè)計(jì)，方便現(xiàn)場快速便捷更換；2）中控面板用來對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控；3）儀器和指示器用來顯示岸電狀態(tài)；4）配套按鈕和選擇開關(guān)用來操作斷路器的接通和斷開。低壓接入屏功能：1）監(jiān)測船舶發(fā)電機(jī)和岸電狀態(tài)；2）船岸電力同步和電力傳輸；3）岸電保護(hù)和緊急切斷。3、岸電系統(tǒng)的工作過程船舶靠港安全使用岸電，需要多個(gè)部門協(xié)同工作。船舶在抵港前做好船載設(shè)備的效應(yīng)檢查和接入岸電前的準(zhǔn)備，抵港后確認(rèn)岸電電源和岸電設(shè)備可以正常工作，使用電纜卷車將電纜放出并連接到港口岸電插座，將船舶上的發(fā)電機(jī)減少至1臺，并盡量減少船上負(fù)載。高壓岸電插座箱與岸電電纜絞車插頭進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)岸電對船舶電氣設(shè)備供電的過程中，如果僅僅采用人工進(jìn)行操作，會帶來巨大的操作風(fēng)險(xiǎn)，因此該操作過程會采用輔助自動(dòng)插拔裝置。電纜插拔過程由電動(dòng)操作裝置完成，人工進(jìn)行輔助，這樣不僅節(jié)約了人力、物力的投入，安全性也得到了極大的提高。電纜連接好以后，岸電供電的操作一般分為3個(gè)階段，首先船電切換成岸電，通過合閘試驗(yàn)后連接岸電，檢查電參數(shù)正確后用岸電切換船電；其次是岸電供電，將船電切換到岸電后，恢復(fù)船舶電站正常工作，安排值班人員監(jiān)控狀態(tài)；最后是用船電切換岸電，在船舶離開港口前的一段時(shí)間將發(fā)電機(jī)備車，降低電網(wǎng)負(fù)荷，用船電切換岸電，恢復(fù)船舶電站的正常工作。三、推進(jìn)岸電系統(tǒng)的舉措首先，要推動(dòng)港口企業(yè)落實(shí)靠港船舶使用岸電的措施，包括船舶優(yōu)先離靠港、靠泊費(fèi)用的優(yōu)惠、減少或免除岸電服務(wù)費(fèi)等；其次，指導(dǎo)港口建立健全岸電安全使用制度，港口運(yùn)營企業(yè)和船舶經(jīng)營企業(yè)要加強(qiáng)技術(shù)人員隊(duì)伍的培訓(xùn)，提高岸電使用的技術(shù)支撐能力，相關(guān)企業(yè)制訂岸電維護(hù)保養(yǎng)制度和岸電操作規(guī)程，完善岸電的管理和使用。鼓勵(lì)岸電使用的雙方加強(qiáng)合作，簽訂使用岸電的協(xié)議，并引入第三方保險(xiǎn)制度，合作共贏；碼頭運(yùn)營公司要落實(shí)每個(gè)?？坎次坏奈恢谩峨娙萘亢徒硬寮葘?shí)際匹配情況。實(shí)踐過程中通過對靠港船舶停泊航線的引導(dǎo)、及時(shí)調(diào)整船只靠港泊位等方式，盡早實(shí)現(xiàn)具備岸電