重庆朝天门智能港口岸电技术应用研究

张婧,杨云,赖向平

（1.国网重庆市电力公司市区供电分公司，重庆400015；2.国网重庆市电力公司，重庆400015）

重庆朝天门智能港口岸电技术应用研究

张婧1,杨云2,赖向平2

（1.国网重庆市电力公司市区供电分公司，重庆400015；2.国网重庆市电力公司，重庆400015）

1 港口岸电实施背景

近年来,随着经济持续快速发展,港口建设的步伐加快,船舶停靠码头的数量和密度大幅增加,为此需要消耗大量燃油,形成了规模壮观的“水上流动烟囱”。船舶燃油供电受船舶自身设备质量、规模、品质等局限性影响,燃油利用率不高,损耗严重,且船舶柴油机产生的过剩电能又不能储存,消耗了大量的能源,造成了大量浪费,也对港口城市环境造成了巨大的破坏[1]。

船舶停靠码头所产生的巨大能源浪费和环境污染使得船舶在港口内的节能减排成为必然要求。船用岸电供电技术是在船舶停靠码头时停止使用船上的燃油发电机,而采用由码头提供的供电系统为船舶供电,是近年来国内外港航界备受关注的一项新技术[2—3],是适应港口繁忙的营运要求、实现港口节能减排的重要技术,是建设“绿色港口”和提高码头竞争力的重要措施。

早在2004年,我国交通部颁布的《港口经营管理规定》中就提到了港口区域内应为船舶提供岸电等服务,为船舶提供岸电将成为绿色生态型港口发展的趋势。2006年,欧盟委员会通过了法案,提出欧盟港口靠泊船舶使用岸电[4]。目前,世界上利用岸电为船舶供电的港口主要包括美国洛杉矶、瑞典哥德堡、加拿大温哥华等,都是港口电网向船舶电网同频率直接供电,在国内主要有江苏连云港、河北黄哗港、上海集装箱码头以及蛇口集装箱码头开始试点和采用岸供电技术。

目前国内岸电多采用高压供电,多应用于大型海港码头[5]。我国低压船舶数量众多,且低压岸电对船舶的改造很小,容易被船方接受,因此研究低压岸电具有重要的实际意义。

2 重庆朝天门港口船舶用能现状分析

2.1 朝天门港口基本情况

朝天门位于长江与嘉陵江交汇处,是两江枢纽,也是重庆最大的水路客运码头。每天运输数千人游览长江三峡,货物吞吐量上万吨。朝天门港共有13个码头,泊位数26个。三码头、六码头主要停靠两江游船和过江轮渡,八到十三码头主要停靠豪华和普通游轮。据统计,朝天门港共有33艘豪华游轮,主要运营重庆到宜昌的6日游旅游线路;8艘普通游轮,主要运营重庆到宜昌的3～4日游旅游线路。朝天门港三码头、六码头、九码头已实现岸电供电,而停靠在八、十、十一、十二、十三码头的三峡游轮尚未采用岸电,通过柴油发电机组满足其照明、空调和娱乐等负荷需求。

2.2 岸电情况分析

朝天门港三码头、六码头、九码头已实施的岸电项目,虽能够基本满足两江游船和过江轮渡的照明需求,但现场仍存在较大的改进空间。一是配电箱放置于趸船上,接线凌乱,影响美观;二是配电箱体里母排和接头电缆均裸露在外,操作人员在开箱执行合闸、分闸操作时,身体容易接触到带电体,存在安全风险。

此外,现有的岸电设备自动化程度低,操作人员采用手动方式插拔电缆头,电缆笨重,操作不便。计费采取人工结算方式,每次用电前后抄录电能表起止度数,经船方签字确认后定期结算用电费用。

3 项目应用实施

3.1 总体技术方案

以朝天门港八码头为例,根据长江现有游轮供电系统特点,技术方案以低压岸供电为主,岸电连接箱设置于趸船,趸船与港口变电站采用低压电缆固定连接,船上改装岸电受电箱和电缆绞车,船上受电箱与趸船岸电箱之间采用多组并列三相低压电缆。图1为朝天门八码头智能岸电项目示意图。

图1 朝天门八码头智能岸电项目示意图

采取低压上船方式,在趸船上设置低压配电柜,操作台、配电柜要有全面的安全保护功能,满足智能配电的需求,具有无线通信装置。整套技术方案分为：岸电人机交互操作台、岸电配电柜,岸电监控系统和计量计费系统,全系统具备安全保护及报警功能。整个系统都通过岸电组态监控系统进行数据监测和监控,并且配有相应的预警功能;在输出侧,配置先进的船舶用电计量计费系统,以便用户方便快捷的使用岸电系统,实时清晰让双方了解用电情况。图2为朝天门八码头智能岸电系统结构图。图3为系统拓扑结构图。

图2 朝天门八码头智能岸电系统结构图

3.2 智能岸电系统主要硬件构成

3.2.1 触摸屏人机操作台

人机操作台提供直流、交流送电接口;具备身份识别、记录电量消费信息、语音提示、刷卡、打印凭条等功能;能向配电柜发生控制指令、开关信号,控制合路器启动与停止,获取送电状态信息;具备送电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑;具备CAN2.0B、RS485等多种通信接口,可以和集中监控通信,上传送电状态信息;具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能,确保操作台安全可靠运行。

人机交互界面采用大屏幕LCD彩色触摸屏,送电可选择定电量、定时间、定金额、自动(充满为止）4种模式;显示当前送电模式、时间(已送电时间、剩余送电时间）、使用电量及当前计费信息。

人机操作台的安全防护措施完备,设有紧急停止送电按扭,具备输出过流保护功能、输出漏电保护功能和阻燃功能。

3.2.2 智能配电柜

配电柜为落地式结构,电缆为下进线方式,内置2个断路器,配电柜上安装有控制断路器分合的手柄,可以让操作人员不用打开柜门停送电,大大增加了安全性。

岸电配电柜内含刷卡器、工业级3G/4G无线装置、智能配电保护仪表、全面保护功能的断路器、智能电度表计、工业电缆航空接头、漏电火灾控测器、防雷装置、电缆绝缘检测装置、互感器、温度湿度控制器。

3.3 智能岸电监控系统

岸电监控系统是将岸电配电柜内的终端数据通过无线GPRS网络上传至云服务器进行储存,岸电监控软件通过相应的通信协议代码,读取云服务器上的数据,并作处理和分析,生成报表打印。

监控系统分为站级监控层和间隔层,设备层3个部分,站控层设置一套主机(主机为触摸屏一体机）只要能上网或配置GPRS无线模块,就可以实现数据的读取和交换;间隔层为云服务器,实现数据的存储和遥控信号的快速通道;设备层为岸电配电柜,分别配置一套串口服务器及工业3G/4G无线装置作为终端通信器。

监控系统可实时监控电流、电压、有功、无功以及设备的运行状态,同时具备岸电报警处理、岸电自诊断、计量计费等功能。

3.4 智能岸电计量计费系统

智能岸电计量计费系统设置有实时计价显示、预设金额和预设电量度数等多种用电模式,方便售电与船舶之间用电费用的结算,简化操作流程。

计量计费系统包含用户管理、档案查询、电价维护、操作员管理、修改密码、电量管理、统计报表、IC卡操作、系统维护、系统帮助十大模块。

4 岸电项目经济效益测算

考虑朝天门八码头主要停靠“三峡游”游轮,有淡旺季之分。按照全年旺季9个月(平均每天停靠16 h,平均负荷400 kW）,淡季3个月(平均每天停靠6 h,平均负荷200 kW）计算,采用岸电技术后单艘船舶全年可增售电量183.6万kWh。

节约燃料成本方面,柴油发动机单位油耗约250 g/kWh,全年可替代柴油459 t(250 g/kWh×183.6万kWh）;1 kg柴油约合1.16 L,油价按照5.50元/L测算,全年减少柴油燃料成本292.8万元(459 t× 1.16 L/kg×5.50元/L)。全年用电成本为275.4万元(183.6万kWh×1.2元/kWh,注：1.2元/kWh为目录电价加收服务费后的单价水平）。全年单船舶燃料成本节约292.8万元-275.4万元=17.4万元。

5 结束语

本文详细介绍了朝天门智能港口岸电系统的主要架构和功能,并测算了岸电系统的经济效益和环保效益,能够为岸电技术的推广应用提供数据支撑。

本项目是国内首个应用于内河的低压智能岸电系统,该套系统能够安全可靠高效地为停靠船舶输送岸电,使用者只需在智能控制柜上,轻松点击“船舶用电”,即可完成整个供电操作,较以前柴油发电机发电更加方便、安全,供电可靠性大大提高。

虽然港口岸电技术具有显著的经济性和环保效益,但实际工作中岸电项目的建设决定权主要在港口方,初始投资较大,投资回收期较长,一定程度上影响了港口方的建设积极性。建议探索政府财政部门、交通管理部门、电力公司、港口共同投资建设、共同分享效益的模式。同时,考虑到大型游轮、货轮的航线普遍涉及沿线多个城市,为方便船舶公司结算用电费用,建议参考京沪高速快速充电系统的运营模式,推动大型港口使用统一的支付系统,保障大型游轮、货轮在不同的停靠城市均能够享受到便捷的岸电服务。D

[1]俞晓.到港船舶使用岸电的环境效益和经济效益分析[D].上海：复旦大学,2013.

[2]徐长春.绿色港口与船舶岸电技术探讨[J].技术与市场,2016(4）：132.

[3]袁航,赵湘前.船舶岸电技术研究及其应用[J].水运工程,2013(10）：163-165.

[4]张雷波,徐海栋,尹立峰,等.国内外岸电技术的应用及发展[J].世界海运.2015(10）：13-16.

[5]郑永高.港口码头岸电系统设计探讨[J].建筑电气, 2010(1）：15-20.

[6]王峰,周珏.港口岸电电能替代技术与效益分析[J].电力需求侧管理,2015,17(3）：35-37.

[7]周红勇,周耀.盐城大丰港船舶岸电系统实施方案与相关问题分析[J].电力需求侧管理,2016,18(4）：35-40.

Application study on intelligent shore⁃side power technology of Chongqing Chaotianmen port

ZHANG Jing1,YANG Yun2,LAI Xiang⁃ping2
(1.Chonqing Shiqu Power Supply Company,Chongqing 400015,China;2.State Grid Chongqing Electric Power Company,Chongqing 400015,China）

以重庆朝天门港口为研究对象,介绍了重庆朝天门八码头智能港口岸电系统的架构和主要功能,从安全、经济、环保等方面对岸电技术进行了综合分析,并从投资建设模式和统一支付系统2个角度对岸电技术的扩大应用提出了具体工作建议。

港口岸电;智能港口;船舶用能

This paper introduces the framework and functions of the intelligent shore⁃side power system at Chongqing Chaotianmen Port,and makes a comprehensive analysis for the shore⁃side power technology from the perspective of safety,economy and environmental protection.Meanwhile,the paper provides two specific suggestions for the expanding of shore⁃side power technology which includes invest⁃mentmodeandunifiedpaymentsystem.

shore⁃sidepower;intelligentport;electricutilityof ships

1009-1831（2017）02-0051-03

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.02.013

F407.61

B

2016-09-09