二十六、高压变频数字化船用岸电系统技术

1.技术概要

船舶靠港时通常采用船舶辅机发电，船舶辅机除提供停泊时正常用电外、还要提供压舱水泵用电、绞缆机等设备用电。与陆上发电厂相比，船舶发电机具有发电功率小、热量综合利用效率低和耗油量大的缺点，船舶发电单位电价能耗较高。同时，船舶辅机发电过程中排放大量的污染物，主要成分是二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx），产生噪声，对周边环境造成污染。

“高压变频数字化船用岸电系统”，通过在码头设置岸电系统，船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机，而改用陆地电源供电。港口提供岸电的功率应能保证满足船舶停泊后所必须的全部电力设施用电需求，主要包括生产设备（如舱口盖驱动装置、压载水泵等）、生活设施、安全设备以及其他设备。港口（提供岸电）和靠港船舶（接受岸电）各自专门带有一套岸电系统。

2.适用范围

该技术适用于各类港口，适用于除油轮外所有大型远洋船舶。

3.技术内容

“高压变频数字化船用岸电系统”关键技术主要包括：

（1）高压变频电源；

（2）高压上船；

（3）不间断供电；

（4）自动控制。

高压变频数字化船用岸电系统流程见图1.

图1高压变频数字化船用岸电系统示意图

“高压变频数字化船用岸电系统”具体实施方案如下：

（1）在船舶上安装1个船载变电站及电缆卷筒，与港口设置高压变频稳压装置的码头高压接电箱联接。需要接线时，船上的电缆绞车将电缆降至码头高压接电箱，通过接电箱与靠港船舶的船载变电站连接。电缆绞车具有完善保护功能，岸电一旦使用，进入自动预警状态，电缆管理系统自动转入监控状态，当电缆绞车上剩余电缆圈数等于或小于设置报警值时发出声光报警；当电缆绞车上剩余电缆圈数等于或小于设置跳闸值时发出跳闸指令，保护船舶和岸电设备的安全。

（2）系统装有相序指示器及相序转换装置，保证了港口船舶岸电系统向船舶提供的电源相序与船舶电站的相序一致，用于检测、指示和设置电源相序，保证船舶电气正常运行。

（3）系统在高压侧设置零序保护、供电系统的接地保护，同时，降压变压器充当隔离变压器，确保供电的安全性。

（4）系统采取了多重稳压和补偿措施，克服市电电网供电波动，避免滤波器、变压器、供电线路及船舶大功率负载用电过程造成的电力压降，保证船舶供电电压的稳定性。

（5）系统设置了船舶输出电源的过压、欠压、过流、短路、缺相、逆变器和变压器过热等保护功能。

（6）系统采用工业控制计算机监控，通过软件系统实现电源切换过程及供电的自动化，自动报警、自动保护、远程通讯、远程监控、自动化用电管理、自动化用电记录、用电智能核算。

高压变频电源输入侧为10kV或6kV交流电源，内部进行AC-DC-AC转换，为6n脉波控整流输入，输出侧为60Hz/6.6kV，为2n+1相电压输出，谐波电压和谐波电流含量满足IEEStd519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》技术要求；船载变电站输出为60/50Hz/450V船舶用电；系统总效率一般在95%以上。

4.案例分析

——港口岸电改造

（1）技术应用单位

连云港港口集团有限公司

（2）技术应用情况

连云港港口集团有限公司在连云港第59泊位实施了高压变频数字化船用岸电系统改造，主要技改内容包括：59泊位变电所旁建设高压变频电源1座，容量为1500kVA（10kV-50Hz/6.6kV-60Hz），电源以6.6kV上船，在码头靠海侧靠泊船舶尾部建设高压接电箱1个；在大型船舶上实施电气系统改造，安装船载变电站1套（6.6kV/440V）和高压电缆卷车各1个。主要设备包括高压变频电源1座、高压接线箱1只、高压电缆卷车1台、高压进出线柜1只、岸电控制屏1只等。节能技改投资额600万元，建设期50天。

（3）效益分析

据测算，每年可节能622tce，减少CO2排放1642t。项目可获年节能经济效益179万元，平均投资回收期约3.3年。

——船上岸电改造

（1）技术应用单位

河北远洋运输集团股份有限公司

（2）技术应用情况

河北远洋运输集团股份有限公司与连云港港口集团共同研制了“高压变频数字化船用岸电系统”。并在所属“富强中国”大型散货轮上安装、调试成功。“富强中国”轮采用的岸基电源高压上船供电方案，具有“全自动数字化控制、变压变频、高压上船、不间断供电、操作简便”等特点，能适应高温低寒、意外断电、过载冲击等各种恶劣工况。总计投入约600万元人民币，其中设备投资约300万元。

（3）效益分析

河北远洋运输集团旗下的HEBEINO.1（河北领先）、GREATHEBEI（伟大河北）、RICHCHINA（富强中国）为姊妹船，同一设计单位、同一设计图纸，船舶主参数、主辅机设备、人员、设备配备完全相同，上述三艘姊妹船舶投入同一航线营运。

根据HEBEINO.1（河北领先）和GREATHEBEI（伟大河北）的实际营运数据统计可知，船舶在港期间平均油耗为3.35t/天，按照正常市场环境，每年“富强中国”轮可航行约10个航次，在码头可使用岸电时间为80天，则“富强中国”轮年可替代燃油消耗3.35t/天*80天=268t，折合383tce，减少CO2排放955t。

使用岸电的经济效益主要体现在以岸电代替船电，节约燃油成本。船舶在港期间平均日用电量为7920kWh，按照1.3元/kWh计算，用电费用共10296元。若使用燃油，则每天燃油消耗为3.35t/天，按照5200元/t计算，燃油费用共17420元。因此，使用岸电每天可节约成本7124元，年使用岸电时间80天，共计可节约成本57万元。

5.推广建议

高压变频数字化船用岸电系统技术初期投资较大，但其降碳效果尤其明显，是实现交通绿色发展的重要抓手之一，建议应用企业结合国家和交通运输部的相关政策，积极申请相应的资金补贴，开展高压变频数字化船用岸电系统建设。