浅析直流岸电系统的技术优势与应用前景

国家电投集团宁夏能源铝业临河发电分公司 张 睿

在岸电技术快速推广的今天，传统的岸电技术实现靠港船只零排放，节能减排效果显著，带来多方面的效益，在建设绿色港的过程起到发挥了关键作用。但是，传统岸电技术存在许多问题，需要不断的改进。本文提出了直流岸电技术，可以有效地规避传统岸电技术的部分缺点，同时讲解了传统岸电系统和直流岸电系统的基本结构，结合传统岸电技术的缺点指出了直流岸电技术的优势所在。

在经济全球化的浪潮下，海上运输行业得到了突飞猛进的发展。数据显示，当前世界贸易商品的80%由船舶运输完成，船舶已经成为世界经济发展的重要载体。同时，我国在“一带一路”战略颁布后，投入大量资金建设“21世纪海上丝绸之路”，这使得我国目前已经成为港口货物吞吐量最大的国家。据统计，2017年我国规模以上港口完成货物吞吐量126.4亿t，比上年增长6.4%，继续保持平稳增长。然而，在船舶使用传统的发电机供电的情况下，当大量的船舶停靠在港口时，会产生严重的废气污染和噪声污染，严重地影响了港口及其周围的环境。据上海港船舶排放监测的结果显示，上海港停靠船舶排放的SO2，NO和PM2.5分别占上海市大气污染物总量的12.0%，9.0%和5.3%。因此，大力发展岸电技术是十分有必要，岸电技术就是使用岸上电源给停靠在港口的船舶供电，让船舶不使用发电机供电，这样可以有效地减少环境污染，利于打造绿色港口。但是，我国传统的岸电技术依然存在许多缺点，比如电缆需求量大、损耗大、供电品质差等缺点，因此，在本文中将提出一种新型的岸电技术——直流岸电技术，该技术可有效地规避传统岸电技术的部分缺陷。本文主要论述了直流岸电的优势。

1 岸电系统的总体架构

1.1 传统岸电系统

传统岸电系统的结构图如图1所示，该系统是直接将变电站里面的三相交流电，通过三根电缆输送到岸基供电系统，在岸基供电系统中经过整流和逆变，将输出的电压的频率和幅值调整到合适的值后，接入船舶的供电系统。

图1 传统岸电系统结构图

1.2 直流岸电系统

直流岸电系统的基本原理是，在变电站中将升压后的三相交流电进行整流，输出高压直流电，然后通过两根直流输电电缆将高压直流电传输到岸基供电系统，在岸基供电系统中通过DC-AC变换，对输出电压和频率进行精确控制后接入船舶供电系统。直流岸电的系统框图如图2所示。

图2 直流岸电系统结构图

2 传统岸电技术的不足

目前，整个港口船舶岸电系统分为三个部分：岸基供电系统、船舶受电系统和船岸连接设备，其中包括配套的二次设备。我国船舶岸电系统主要存在以下问题：

电能传输电缆根数多，电缆投资费用高，电能损耗大：目前岸基供电系统把变电站交流10kV直接通过三根电缆传输到岸基供电系统，进行AC-DC-AC变换，对输出电压和频率进行精确控制后接入船舶供电系统，变电站到船岸如距离较远时（大于1km时），需要三根电缆，电缆根数多，造价昂贵，而且损耗大。

船岸技术不匹配，充电标准不统一：目前我国船岸技术正处在发展阶段，因此传输的电压等级、整流及逆变设备均缺乏相应的详细国家标椎，阻碍岸电技术的大规模推广应用。

供电品质差：码头大型设备频繁启动，影响船用供电的品质。

设备国产化低：目前岸电整流、逆变系统大多采用ABB等国外成套产品，存在“卡脖子”问题。

3 直流岸电技术的优势

3.1 低成本

在直流岸电技术下，交流直接在变电所进行AC-DC整流，变为高压直流，然后通过二根直流电缆传输到船岸，在船岸侧进行DC-AC逆变，然后接入船舶受电系统，则该方案所需电缆根数少，整个系统的电缆费用会明显下降。

假设输入电源交流10kV，传输距离2km，电源容量1.5MW；直流传输采用10kV；船舶停靠7天。

传统10kV交流传输，电缆选用：ZA-YJV72 1×150 12/20kV

电缆费用（含敷设）：

500元/米×2000米×3=300万元；

本项目高压10kV直流传输，电缆选用：ZA-YJV72 1×150 12/20kV

电缆费用（含敷设）：

500元/米×2000米×2=200万元；

从以上分析可以看出，当传输距离为2km时，采用高压10kV直流传输时，电缆费用节省100万。当传输距离超过2km时，电缆费用下降更为显著。

3.2 低损耗

传统岸电技术是将变电站中的三相交流电通过电缆传输到岸基供电系统。随着系统电压频率的提高，受趋肤效应的影响，传输线横截面内电流密度的分布与直流时平均分布的情况截然不同，越靠近边缘处，电流密度越大，因而导线的阻抗越大，导线的电阻损耗也就增大。而直流岸电技术采用的是高压直流输电技术，直流输电可以有效的抑制趋肤效应，从而减少导线的电阻损耗。同时直流输电线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降，沿线电压分布较平稳，线路本身无需无功补偿。

3.3 低电磁污染

当交流输电线路正常运行时，50Hz交流电压产生交变电场，50Hz交流电流产生交变磁场。电压、电流的谐波会对音频电话产生干扰，电晕会对无线电接收产生干扰，同时也会产生可听噪音等。输电线路是金属导体会反射电磁波，对电视接收、观测台侧向产生干扰。直流输电线路正常运行时不会产生交变的电厂和磁场，因此不会对周围的通讯设备造成不利的影响，可以有效的减少港口电磁污染。

3.4 高稳定性

直流岸电技术不会受输电的容量和距离同步运行稳定的限制，可以将交流电源和船舶的供电系统两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统稳定性。同时，直流岸电技术可以有效的限制整个系统的短路电流，由于整个系统的两端连接的是两个交流系统，中间的直流系统可以将短路电流限制在额定功率附近，短路容量不会因两边的系统而变大。

总结：为了从根本上解决船舶靠港用电的污染问题，岸电技术被快速推广，但是传统的岸电技术存在较多的缺点，需要一项新型的岸电技术，来替代传统的岸电技术，加快建设绿色港口。因此，本文提出了直流岸电技术并对其优势进行了总结，并简要讨论直流岸电技术和传统岸电的原理和区别。以期为直流岸电技术的应用得到积极的推广而起到一定的推动作用。