淺析岸電技術的應用及管理

姜玉林

2020年9月22日，習近平總書記在聯合國大會一般性辯論會上向世界作出莊嚴承諾，努力爭取2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。為了保護人類的共同家園，我國將完成全球最高碳排放強度降幅，用全球歷史上最短時間實現從碳達峰到碳中和?！吨泄仓醒雵鴦赵宏P于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》相繼發布，為實現“雙碳”目標作出頂層設計，明確了碳達峰碳中和的工作時間表、路線圖和施工圖。

為實現“雙碳”目標，交通運輸部積極響應并落實各項措施，實施交通運輸綠色低碳行動。其中，岸電技術是推動港口、船舶航運業綠色低碳轉型的一項創新技術，體現了“堅持生態優先，順應綠色之變”可持續發展的理念；岸電技術有利于推動經濟結構綠色轉型，加快形成綠色生產方式和助推高質量發展。

1 岸電技術應用的意義

在港口碼頭安裝岸電設施，是將船舶?？繒r所需用電引入岸電供電，以替代原來船舶使用的柴油發電機組。岸電技術通過高壓電纜、變電站和配電裝置等設施，將電能供給碼頭，使?？扛劭诖a頭的船舶可隨時接入岸電進行供電。

岸電技術與傳統供電方式比較見表1。

港口岸電技術用清潔的電能替代傳統的燃油發電，船舶靠港后關閉輔機，轉由碼頭岸電電源向船舶輸送電力，解決了噪音和CO?等物的排放環境污染問題。岸電技術應用集港口、船舶制造、電力和海洋工程等領域的技術，提高船舶能源效率，減少對空氣和水資源環境污染；而建設、改造、使用港口岸電設施作為一種可持續發展的解決方案，具有重要意義：

1）有利于減少船舶燃油消耗和廢氣排放。船舶在靠泊期間可以使用岸電電源供電，不再依賴船上的柴油發電機供電，通過使用清潔低碳的岸電能源，船舶燃油消耗和廢氣排放量將顯著降低，保護生態環境改善空氣質量。

2）有利于提高船舶營運效率、降低營運成本，獲得可觀的經濟效益。岸電與使用船舶發電機產生的電能比較，穩定性好，減少了電力轉換損耗，提高了能源利用效率。另外，岸電可以提供更大的電力容量，滿足現代船舶日益增長的電能需求。

3）有利于實現“雙碳”和可持續發展的目標。全球航海運輸業擁有龐大的船舶規模和較快的年增長速度。因此通過建設、改造、使用港口岸電設施，可以將環保理念滲透到整個航運產業鏈中，推動整個行業向著更加清潔低碳的發展方向邁進。

4）有利于改善船舶輪機部的工作環境。船舶靠泊接用岸電，可減少船舶發電機組的振動和噪聲，改善了輪機人員維修保養機艙設備時的工作環境。

2 船舶岸電系統的組成及分類

船舶岸電系統主要由岸上電源部分、岸船連接部分和船舶受電部分組成，其基本結構如圖1所示。

岸上電源部分將變電站的電力根據船舶受電系統要求進行電壓等級和頻率變換后，輸送到港口泊位的連接點或岸電箱。根據岸上電源系統輸出電壓等級的不同分為高壓岸電和低壓岸電。高壓岸電是指岸上電源輸出6.6 kV、11 kV或者更高的岸電電壓，適用于對電負荷要求較大的大型船舶；低壓岸電是指岸上電源輸出440 V、400 V或者更低的岸電電壓，適用于對電負荷要求較小的船舶。

岸船連接部分是指連接岸上接電箱和船上受電裝置的電纜和設備的統稱，安裝在岸基或船上。一般設置有電纜管理系統，便于電纜的快速連接和儲存。

船舶受電部分是指對船舶配電系統進行改造，安裝岸電受電裝置，一般可包括電纜絞車、船用變壓器、控制設備和并車裝置等，必要時還可安裝船用變頻器。

2.1 岸電依服務對象的分類

（1）港口碼頭供船舶使用岸電：用岸基電源替代船上的柴油機發電，并直接對郵船、貨船、集裝箱船、維修船舶等供電，以減少船舶在港口停泊期間的污染排放。

（2）海上油田平臺裝備生產使用岸電：岸電的輸電方式主要有兩種：即高壓交流輸電（HVAC）和韌性直流輸電（HVDC-light）。當傳輸距離在50 km～70 km時，高壓交流輸電成本占優，而當傳輸距離在150 km以上時，韌性直流輸電成本偏優。因此，高壓交流輸電用于近海，韌性直流輸電用于離岸較遠的平臺。

2.2 岸電依岸上電源系統輸出電壓等級的分類

（1）高壓岸電系統：是指港口向船舶配電系統供電的電源額定電壓為1～15 kV的船舶岸電系統。對于輔機功率大，負荷高的大型船舶，如郵船、貨船、集裝箱船等，一般只有高壓岸電系統才能滿足其用電需求。

（2）低壓岸電系統：是指港口向船舶配電系統供電的電源額定電壓為1 kV及其以下的船舶岸電系統。主要運用的場合是中小型碼頭以及用電量較小，發電機功率800 kW以下的靠泊船舶。

（3）低壓小容量岸電系統：主要適合內河、湖泊中的船舶使用，其供電容量一般在100 kVA以下，岸基裝置較為簡單，一般是以低壓岸電樁為主，基本可以滿足小內河船舶的需求，主要提供生活用電。

3 岸電應用的關鍵技術

3.1 電源裝置的變壓、變頻技術

我國電網供電采用50 HZ的交流電，靠泊船舶來自不同國家和地區，采用60 HZ的交流電供船舶用電設備。因此，港口和船舶電制要協調一致，能順利地實現港口變電站向靠港船舶供電，港口需要充分利用岸電技術，新建或改建岸電電源。

船舶岸電變頻電源可分為控制電路和功率變換主電路兩大部分。主電路采用交直交整流逆變型結構，由整流器、直流濾波器、逆變器、交流濾波及變壓器等部件組成。其中，交直部分為二極管橋式整流，經交流接觸器軟啟動整流器，然后經電解電容濾波，得到較為穩定的電源電壓。逆變器選用IGBT作為軟開關器件，采用正弦脈寬調制方式（SPWM）對逆變器進行控制，將平穩直流變換為脈寬調制輸出的交流。該交流基波頻率為所需要的岸電電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調制波經輸出LC濾波電路濾波后，輸出正弦波交流電。為提高電磁兼容性能，在電源的輸出端和輸入端都連接有抗干擾型濾波器。

3.2 維持岸電電源電壓的穩定

岸電電源容量相對較小，而船上負載大多為感性負載，當船舶使用岸電時，由于負載的變化就會導致岸電電壓發生波動。當電壓偏離額定值較大時，會導致船舶電氣設備運行效率降低，甚至損壞。因此，岸電變頻器必須具備電壓自動調節功能，維持輸出電壓穩定以滿足船舶供電標準的要求。

3.3 供電系統電制差異匹配的兼容性

國內配電網一般采用中性點不接地系統為主，港口碼頭常采用三相四線TN系統為主，而船舶大多采用三相三線IT系統。如果TN系統直接向IT系統供電，則易引發絕緣被擊穿等安全問題，造成岸電電源無法連接至船舶。如果為港口岸電設計特定的IT系統會導致成本大幅增加。因此應積極研發可供TN系統與IT系統相互兼容的供電模式。

3.4船電與岸電間的無縫轉換

為實現船電與岸電間的無縫銜接，船上需要安裝有一套自動并車裝置。該裝置檢測船電和岸電的頻率、相位以及電壓信號。當三者的誤差在一定范圍內時，將岸電電源并網船舶電力系統，最后停止使用船用輔機發電。當船舶離港時，自動并車裝置控制船舶輔機并網，然后斷開岸電電源。自動并車裝置的關鍵技術是實現船用輔機發電與岸電電源的同步，以減小并網時的沖擊電流。

3.5 電纜管理和快速連接

考慮港口作業效率和船期等方面的要求，船舶連接岸電時需要快速，因此需要有高效的電纜管理方式，如設計移動式的碼頭恒張力電纜絞車或采用快速接頭實現電纜的快速連接方法等。

3.6 岸電綜合監控管理系統

岸電綜合監控管理系統應具有對變頻電源設備、變壓器、開關柜、岸電箱、電纜卷筒等提供全面的實時監測和控制；：能夠顯示船舶岸電系統的運行數據，如高壓開關柜、變壓器及變頻電源的電壓、電流、功率 因數、頻率、有功功率及無功功率等；能夠顯示船舶岸電系統的運行狀態，如系統的開關狀態、接電箱的電纜連接狀態和綜合保護裝置狀態等；能夠及時顯示岸電系統運行過程中發生的故障信息；具備岸電系統管理功能，便于隨時查看船舶岸電系統的運行狀況及歷史記錄;具備視頻安防功能， 對岸電系統完成無盲區覆蓋，以提高安保水平， 降低工作強度;具備計量計費功能，便于供電方和船方快速結算電費以及實時了解船舶靠港期間的用電量等情況。

4 管理上的建議

1）岸電設施分散在各個港口，涉及航運、電力等多個方面，為此需要探索出一種高效的管理方式。

2）岸電使用涉及港口、設施經營者、供電企業和船舶（或海上油田平臺）等相關單位安全責任的劃分，建立制度、操作規范和應急處置等方面的要求，激勵相關單位購買涵蓋安全責任的相關保險，以降低岸電使用的風險。

3）交通運輸部出臺的《港口和船舶岸電管理辦法》，靠港船舶優先使用岸電。港口碼頭指揮調度中心，應根據船舶靠港計劃、泊位、作業特點等方面，優先協調使用岸電；同時，完善岸電使用的法律法規，統一執法標準。

4）碼頭船舶岸電操作和監控相關人員，須進行相關的培訓，應持有相應的資格證書。設備的操作、維護應按說明書、操作程序嚴格地執行。

5）岸電供電電源的電壓、頻率應符合船舶受載系統要求，對穩壓穩頻的性能有較高的要求。

6）岸電使用時，推薦使用《港口碼頭、船舶使用岸電檢查表》；船電與岸電轉換的2種操作方式；受氣象水文、碼頭作業等因素影響，須加強對電纜的管理；船舶保安值班等涉及相關的內容納入公司質量管理體系的文件中。

5 結束語

在“雙碳”目標下，加快降低碳排放步伐，有利于引導綠色技術創新，加快綠色低碳發展，而岸電技術的應用是科技創新的一個縮影，不僅港口碼頭船舶用電，而且通過海底高壓電纜能將陸上電網的電輸送至海上油田用電?？萍紕撔率亲呦颉疤贾泻汀钡慕K極解決方案，岸電技術在海上油田的創新應用，展望“碳中和原油”的時代早日到來。

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