大型船舶靠港使用岸电的研究

李 恒 焕

（中海油气开发利用公司，北京 100020）

0 引 言

目前，国内大型船舶在码头靠泊卸载时，船上强大的柴油发动机必须持续运行，以保持船舶大功率机泵及其他设备和支持系统的正常运作。这会使温室气体和柴油颗粒持续排放到当地空气中，成为空气污染的主要源之一。如果船舶停泊时，连接岸上供电系统，以较低污染的岸电电源系统给船上供电，将可大大减少废气和微粒物质的排放，改善空气质量。

1 船舶岸电电源系统

船舶岸电电源系统主要由码头岸上输配电系统和船舶自身岸电转换系统两大部分组成。

1.1 岸上输配电系统

我国港口使用的岸电是380V/50Hz，而深水航行的大型船舶使用的电力为440V/60Hz，该系统主要功能是将国内电网 50Hz电源转换成船用 60Hz电源。目前岸电变频电源有2种结构方式。

第一种：变频电源→正弦波滤波器→电力变压器。三相电输入经变频电源整流逆变输出 60Hz SPWM波，而后经正弦波再经电力变压器调整到需要的电压。由于正弦波滤波器的电感量很高，因此要求系统中配置的电感器尺寸也很大，从而影响了系统整体效率，而目前业内厂家实测的电子静止式岸电变频电源，整体效率仅有 85 %左右。

第二种：变频电源→波形预处理电感器→逆变输出变压器与输出滤波器。三相电输入经变频电源整流逆变输出60Hz SPWM波，而后经电感器对波形进行预处理并校正，滤除逆变器所产生的高次谐波分量。再输入到逆变输出变压器与输出滤波器对波形进行二次处理并进行调压，达到输出正弦波和需要的电压。由于对波形进行二次处理，第一次波形预处理不需要很高的电感量，仅需要较小尺寸的电感量就能达到目的。第二次波形处理在逆变变压器与输出滤波器中进行，逆变变压器是专门为逆变技术而设计匹配的，具有变压和电感双重功能的一种新技术变压器，加上交流滤波电容器，构成一种高频陷波器，所以具有很高的效率，经生产厂家整体效率实测高达 93%～95%。目前国内船用变频电源大多采用该方式。

1.2 船舶岸电转换系统

船舶岸电转换系统由一套高压电力转换装备组成，主要包括插座盘、岸电与船电并电的转换开关及相应的保护装置等。由船东负责规划，并安装于船上供连接岸电用。当船舶停靠港口时，由该系统连接岸上供电系统，停止船上发电机群运转，以岸电提供停泊期间所需的电力。以美国替换航海电力系统amp（alternative maritime power system）为例，目前开发的amp系统含有下列主要装备：

1)电缆卷轮以承载连接岸电电缆及接头（cable reel）；

2)电缆卷轮控制箱（cable reel control box）；

3)高压岸电连接盘（high voltage shore connection panel）；

4)岸电供电盘（shore incoming panel）；

5)替换航海电力管理系统（amp management system）。

amp系统在船舶停泊时连接岸上供电系统后，由管理系统主导船电的电力管理系统，控制船电的电压、相位和频率等，调整至与岸电的特性相匹配时即执行两电力系统的短暂并联运作，随即执行负载转移的操作，完成供电的交替。

2 岸电技术的发展和应用

2.1 船用变频电源的应用[1]

目前，国内60Hz船用变频电源技术发展较快，相关设备已经逐步撬装化、智能化，已能适应高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击的恶劣环境，主要用于船舶制造及修理厂、远洋钻井平台和码头等需要由50Hz工业用电变为60Hz高质量稳频稳压电源的场合，技术上具备了向大型船舶提供岸电电源的条件。

2.2 岸电应用情况

国际上，船舶靠港使用岸电已经开始制定相关规范标准，建立实际应用范例。如：美国加州长滩港是世界上第二座装备了岸电系统的码头，也是世界上第一座为大型油船提供岸电的码头。该码头岸电系统由英国石油美国公司（BP America）和加州长滩港（Port of Long Beach）联合完成，英国石油美国公司已经改装了2艘经常往返长滩港的油船，以利用该码头的岸电系统[2]。

在国内，长期以来船舶岸电转换系统在造船界并未引起足够重视。因此，大型船舶大部分尚未配备相应岸电转换设备，且大部分港口码头也未安装变频岸电电源系统，不具备向船舶供电条件。去年连云港港口集团提出了“高压上船”的接岸电方案：先将岸电在陆域变电所变频为60Hz的高压电，变频后的高压电送至码头接线开关箱内，变压器、高压电缆卷车直接固化在船舶上，当船舶靠岸后，只需将船上的高压电缆放至岸边，由操作人员接入开关箱即可。

3 使用岸电的重要意义

近几年，随着节能减排、绿色环保等要求的不断提高，国际上许多港口管理部门已经开始采取措施减少废气排放，控制港口污染，实施船舶靠港使用岸电，就是其中重要的一项。既有较好的节能减排效益，又能够有效降低硫化物、氮氧化合物以及噪声等污染，减少温室气体的排放。据不完全统计，每年 1000吨级以上的各类船舶在我国港口靠泊装卸货物期间消耗的燃油约300万t[3]，如果改用岸电，全国每年可减排二氧化碳 900多万 t、减排二氧化硫约10万t、减排氮化物约20万t，这无疑对全国节能减排工作具有极其重大的意义。

4 结 语

综上所述，实施船舶靠港使用岸电在技术上是可行的，具有良好的生态效益和发展前景。因此，应进一步开展港船之间的协作，共同进行技术论证，制订相应的技术规范，实现港口供配电和船舶电气之间相互补充衔接，逐步新建或更新大型船舶和港口的岸电电源设施，推动国内大型船舶靠港使用岸电的实际应用。

[1] 袁庆林，黄细霞，张海龙.港口船舶岸电供电技术的研究与应用[J].上海造船，2010, (2): 35-37.

[2] 郑永高.船舶电气工艺与操作[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2005.

[3] 周 南.船舶使用岸电系统简介[J].船舶设计通讯，2007, 2 (3): 10-12.