码头船用岸电供电系统技术研究

程谦

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司；国电南瑞科技股份有限公司211106）

摘要：船用岸电系统是一种节能技术的应用，即将原来的靠自带燃油发电机发电运行的船舶改为利用市电来驱动运转，由于电厂发电的能源利用效率远远高于小型柴油发电机的能源利用效率，并且市电电源可能来自水电、风电、太阳能以及核电等清洁能源，所以通过改造可以达到节能减排的效果，随着今后清洁能源比例的提高，这种技术的减排效果将更加明显。

关键词：港口；船用岸电技术

1供电系统存在的现实意义

码头能量的供应曾经选取燃料供应模式，但是，在实际操作过程中，我们逐渐发现燃料供应有诸多弊端：比如污染严重、排放不达标、能耗过大、能量不易储存等问题。由此，鉴于节能环保的目标，我们希望对码头的能量供应系统作出改进，那首先自然是从能源供应物入手改变。

我们以洛杉矶港和长滩港为例，分析其数据背后所蕴含的现实问题：第一，港口排放的氮化物远比汽车排放的氮化物多，港口排放的柴油机废气约占南加州排放总量的1/4。第二，我们对港口废弃物排放的具体成分和来源做了探究，发现四成多的可吸入颗粒物和三成多的氮化物都是由靠港船舶产生的。

鉴于以上问题，我们找到的解决措施是：船用岸电技术。

首先，该系统供电系统可有效解决靠港船舶的废气排放所带来的问题；其次，该供电系统可有效减弱靠港船舶生产能量时运行所带来的噪音；最后，这一供电系统还可以有效避免柴油燃烧所带来的废气污染，更加节能环保，同时还完美避开了柴油费用上涨趋势下带来的成本负担，节约燃料费用，节省机电维修支出。

然而，在我国，此项设备系统运营技术仍处于起步和探索阶段，从技术和实际应用领域来讲，可能还不够成熟和完美。但是，值得高兴的是，我国政府通过颁布法令，推进此项内容进展。交通部在2004年颁布《港口经营管理规定》，其中明确提出港口区域内应为船舶提供岸电等服务，这也是顺应当今号召各行各业走绿色发展道路的一项重要举措。2006年，欧盟委员会也明确提出要将这一新模式将应用至所有欧盟港口。

2船用岸电供电系统技术研究

2.1中国船用岸电供电系统技术性指标

港口电网频率为50Hz；远洋船舶电网频率为60Hz；船舶电压等级为440V/6.6kV/11kV；岸电容量要求为0.8～32MW。

高压变频电源是将电网电压通过隔离变压器降压后给功率单元（为三相输入、单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构）供电，实现变压变频的高压直接输出，供给高压负载，其特点为：对电网谐波污染很小，输入功率因数高，输出波形质量好，谐波小等优越的特性，输出侧设置电源滤波器，可以直接用作高压变频电源。

目前，很多欧美国家港口已经具备了6.6kV/60Hz的供电条件，船舶配备了船载变电站后，进入欧美国家港口同样可以使用港口提供的高压供电。相比之下，高压供电方式具有码头建设成本低、占用码头空间小和操作方便等优点。综合分析，笔者认为高压供电方式应是今后码头船用供电系统发展的主要方向。

2.2码头船用岸电供电系统研究方向

目前世界上船用岸电供电系统主要有2个特点：

(1)采用岸上固定式供电方案；

(2)岸-船同频率供电，不涉及变频技术。根据大部分国际船舶电网频率为60Hz以及国内、外电力频率制式不同的特点，适合我国国情的码头船用供电系统需要解决以下问题：

(1)设备需要通过变频技术，视需要输出60Hz和50Hz两种频率电源。

(2)以集装箱船舶为例，既有高压6.6kV供电，又有440V低压供电，所以，为适应码头营运需要，应具备2种供电电压功能的设备。

(3)以集装箱船舶为例,停靠港的功率需求1000～5000kW,所以需具备相应功率的供电设备。

3重点技术问题

3.1双频供电技术

将我国港口50Hz交流电变换成适合于国内、外50Hz，60Hz两种频率交流电的船舶，是我国码头船用岸电供电系统必须解决的关键技术。但是目前国内大多数港口仅仅实现了50Hz-60Hz单频转换，而50-50Hz/60Hz双频供电技术尚处于起步开发阶段。

3.2稳频、稳压和谐波抑制补偿技术

为保证码头船用岸电供电系统的可靠性和稳定性，应进一步针对码头船用岸电供电系统的变频电源负载情况、周边用电环境所采用的动态谐波抑制、补偿对策，解决船舶供电对码头船用供电系统电网的污染问题，满足船舶用电负荷突变要求。

3.3船电、岸电切换连接技术

船舶靠港时，船电、岸电切换连接过程中容易发生岸电电源和船舶自带电源短时并列运行状况，若此时船舶自带电源不满足并列运行条件，就会造成船电、岸电非同期合闸，容易发生事故。船电、岸电切换连接技术是保证供电安全的必要技术，也是今后我国船用岸电供电技术必须研究的方向之一。

3.4码头船用岸电供电技术标准和推广

码头船用供电系统是一个系统工程，需要沿岸城市环境保护部门、供电部门、船公司和港口营运方等多方配合协作。目前，我国关于船电和岸电连接接口暂时没有统一的国家标准，各港口均根据自身特点选择供电方式和接口，势必给港口和船方造成了很大的局限性。制定符合我国国情的国家标准，是我国码头船用岸电供电技术研究的基础，也是本项技术能够推广应用的前提。

4船用岸电供电技术产生的效果

本项技术的经济效益主要体现在船方用岸电代替柴油发电后节约的费用和船舶减少CO2等有害物质节约的能源费用。根据初步估算，船舶停港期间采用岸电供电比采用船用柴油机供电节能效果显著，综合能耗平均每艘日减少约3.1t标准煤。废气排放明显下降。

结语

在经济实力的不断提升的大背景下，运输业也越来越受到大家的关注，各类码头如雨后春笋般在改革开放后这30-40年里出现在我国的沿海城市中。因此，码头的设计成为了一个新的现实问题需要相关专业的人员进行深入研究。其中，如何保证船用岸电供电系统的完善成为了新时代下该学科的一个重要话题。

参考文献

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作者介绍：

程谦（1987.04.26），性别：男；籍贯：江苏淮安；民族：汉；学历：硕士，研究生；职称：工程师；职务：项目研发；研究方向：电力电子控制研究及应用。