我国港口节能减排技术现状及应用

2020-11-04马林英武猛神华粤电珠海港煤炭码头有限责任公司

节能与环保 2020年10期

文_马林英武猛神华粤电珠海港煤炭码头有限责任公司

习近平总书记的“两山理论”重新界定了经济与生态环境之间的关系，并在党的十八大及十九大等会议上多次强调要致力于促进经济与生态环境的均衡发展。进入二十一世纪以来，生态与经济成为国家繁荣富强、改善人民生活质量的鸟之双翼，资源节约、环境友好成为各行各业共同追求的可持续发展目标。港口作为我国交通运输体系中的重要组成部分，在物联网、大数据、5G 等技术的支撑下逐渐成为智能化、自动化、高效化的物流平台，并集运输、配送、仓储等功能于一身，其规模逐渐扩大，在我国经济发展中地位逐渐提升。但不可忽视其资源消耗仍然占据我国交通事业总资源消耗的较大比重，因此需要做好我国港口的节能减排工作，积极运用现代科学技术降低港口能耗，减轻港口运行中对生态环境的负面影响，提高港口运行的效率，以实现国家总体规划中的节能目标。本文主要从技术层面出发，探究我国港口节能减排技术的现状及其应用。

1 我国港口节能减排技术现状

1.1 船舶岸电技术

随着我国港口运输事业的快速发展，停靠在港口的船舶数量与密度显著提升。船舶停靠期间，仍然需要保持船舶发电机的运行与工作，为船舶上应急、装卸等设备的有序运转提供必要的电能。在传统的船舶系统中，发电机依靠柴油、汽油等保持动力，船舶停靠期间发动机不停止不仅会加大资源消耗量，还会对周边环境造成影响。虽然当前大部分船舶采用电能运输，但船舶上设备发电会干扰港口供电系统。为此，以岸基电源为供电方式的船舶岸电技术应运而生，可有效降低船舶停靠期间的能源消耗，并降低船舶污染排放量。

船舶岸电技术以“以电代油”为基本理念，将传统的化石能源转变为具有清洁性的电能，不仅能保障船舶内设备的稳定运行，还能达到节能减排的目标。我国船舶岸电技术研究与实践起步较晚，2009 年青岛港首次尝试船舶岸电技术的应用，开启了我国岸电技术发展的新局面。2017 年，我国交通部印发《港口岸电布局方案》，提出在2020 年实现100%岸电泊位覆盖率。至2019 年，已有大铲湾码头、长江流域宜昌端等多个港口实现了岸电泊位的全面覆盖，表明我国船舶岸电技术研究与实践已取得显著成效。

1.2 变频技术

在港口装卸过程中，装卸设备不能长时间高负荷运转，因此，引入变频技术能够保障装卸设备的稳定性，完全符合节能减排的要求。变频技术主要包括计算机技术、电子技术和电机械设备等，这几种技术相结合构成了性能较强的新型技术。变频技术的工作原理就是使交流电先通过半导体，然后变为其它频率，再利用相关设备将交流电转化为直流电，最后再利用逆变器实现对电流和电压的调节和控制，该调速方式可以降低能耗，最大限度地节约能源，与此同时也保护了周围的环境。变频技术能够依照实际的工作量来对速度进行更改和调整，工作负荷高提升速度，反之则降低速度。变频技术可实现电流频率对电机转速的控制，从而有效控制装卸设备，保障港口装卸的安全性和稳定性，提高装卸工作效率。

变频技术中的电路有4 部分，即整流、直流、控制和逆变。这4 个部分相互作用、相辅相成，一起完成对装卸设备的控制。装卸设备中应用变频技术，可以提高机电设备的各项性能，提高其运行效率，降低能耗。随着科学技术的不断发展，变频器的应用范围也在不断扩大，比如数字化、编程、通讯等，为变频技术在船舶装卸设备中的应用提供了可靠的依据。

1.3 谐波治理

港口的配电系统中通常采用电力电子技术，一方面，电力电子技术的应用能够降低电能的消耗量，提高供电效率，并具有易操作的优势；另一方面，整流、能量回馈等电力电子技术的应用会产生谐波干扰，影响港口配电系统的稳定性，引发变频器过热、电容器功率因数降低等严重的设备问题。同时，谐波会使港口配电系统运行过程中产生过大的噪音，对周边居民身心健康造成极为不良的影响。因此，谐波治理成为港口节能减排工作的重要内容之一。

2 我国港口节能减排技术的应用

2.1 港口船舶岸电系统建设

2.1.1 基本情况

某港口集团广澳港区二期港口岸电建设工程，采用3MVA岸基电源系统，输出电源电压为6.6kV，输出电源频率可在50 ～60Hz 之间进行切换，能够满足国际和国内船舶不同的电源需求。

此码头一期岸电项目给1个泊位提供用电，船舶吨位为10 万t。考虑船舶的停靠情况，采用一个泊位一套岸电系统两套岸电箱的供电系统结构，即一套岸电系统两个岸电箱只可以向一个泊位供电。

2.1.2 港口船舶岸电系统构成及功能

该港口船舶岸电系统采用四象限岸电电源，具有动态响应快、过载能力强、控制精度高、智能电网回馈等优点，由括电网、高压配电站、岸电电源系统、码头接线箱、船上电缆卷盘、开关柜、并网柜、船上发电机组等构成，具体如图1 所示。

图1 港口船舶岸电电源系统示意图

2.2 基于PLC的变频技术在港口起重设备中的应用

PLC 即可编程逻辑控制器，是自动化生产中重要的数字运算电子操作系统，将其与变频技术结合应用于港口其中设备中，能够自动化、智能化控制起重设备的运行功率，继而降低起重设备运行能耗，提高设备控制的有效性。

变频技术在港口起重设备中的应用，主要是使用变频器来完成对旋转机构和起重机行进机构的有效控制。由于起重机行进机构和旋转机构的总电动机容量相同，因此可以达到良好的应用效果，有效地避免了结构在实际使用过程中的过载现象，从而减少了接触器和电阻箱的整体变化。此外，矢量控制技术的应用促进了变频技术的不断改进，该技术将大量矢量技术与变频电机集成在一起，满足了低频转矩的调速硬度和转矩特性，确保了变频调速器的可靠性。在长时间低速运行中，可防止吊钩在重负荷下行走，并大大提高了轻载和空钩的效率，并且整体能耗下降了很多。变频器在港口起重设备中的应用也显示出强大的使用功能。通过引入变频器，有效地连接了PLC 方向变频器的控制端子和控制信号，提高了正反转电机的控制效果和质量。另外，在控制电动机时，内部编程控制方法主要用于控制电动机中的不同档位。为了提高无级调速的应用效果，可以将变频器模拟量的主零信号和控制端子信号连接到变频器上，从而大大提高了控制精度。

2.3 谐波治理在港口配电系统中的应用

当前港口配电系统谐波治理主要采用有源治理及无源治理两种方式。以有源治理为例，主要通过有源谐波滤除装置消除谐波对港口配电系统的干扰，主要原理为由电力电子元件构成电路，产生与系统谐波频率、幅度相同，但相位相反的谐波电流，以此来抵消系统中的谐波电流。相对于无源治理来说，有源治理所需设备成本较为昂贵、系统组成更加复杂，但滤波效果远好于有源治理。因此，有源治理在港口配电系统中具有广泛的应用前景。图2 为并联有源滤波器结构。