從電氣設(shè)計(jì)角度看港口節(jié)能減排

◎宋曉莉 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

港口作為我國(guó)物流供應(yīng)鏈中的重要環(huán)節(jié)，其能源消耗在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中占有一定的比重，因此在港口開(kāi)展節(jié)能減排工作，不僅是國(guó)家的重要舉措，也是港口向新型現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型和提高自身經(jīng)濟(jì)效益的需要。以下從電氣設(shè)計(jì)的角度，分幾個(gè)方面闡述一下本人對(duì)港口節(jié)能減排的一些見(jiàn)解。

1.港區(qū)起重設(shè)備“油改電”

裝卸設(shè)備是港口耗能的最大因素，過(guò)去由于“油場(chǎng)橋”轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活，對(duì)場(chǎng)地基礎(chǔ)要求不高，適宜分期建設(shè)和投產(chǎn)，而被集裝箱碼頭廣泛采用。但是機(jī)上安裝的柴油發(fā)電機(jī)組能耗高，燃油費(fèi)用和維護(hù)成本高，而且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

近年來(lái)，新建集裝箱堆場(chǎng)已很少采用燃油的場(chǎng)橋，舊的集裝箱碼頭大部分已實(shí)現(xiàn)“油改電”，燃油已基本由滑觸線或接電箱替代，以潮州港擴(kuò)建貨運(yùn)碼頭一期工程為例，該項(xiàng)目的集裝箱龍門(mén)吊全部采用滑觸線供電，端部設(shè)置配電箱，項(xiàng)目建成后，每臺(tái)每吊較采用燃油的龍門(mén)吊節(jié)約燃油成本約80%，節(jié)約能源約40%，減少?gòu)U氣排放約96%。

2.在碼頭設(shè)置岸電裝置

根據(jù)《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》及交通運(yùn)輸部、各地港務(wù)部門(mén)對(duì)碼頭岸電的相關(guān)規(guī)定，新建碼頭應(yīng)當(dāng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)岸基供電設(shè)施；已建成的碼頭應(yīng)當(dāng)逐步實(shí)施岸基供電設(shè)施改造，船舶靠港后應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用岸電。同時(shí)將岸電配置作為碼頭項(xiàng)目竣工驗(yàn)收的必要條件。

以本人設(shè)計(jì)的廣州港南沙汽車(chē)碼頭岸電為例，2021年5月18日下午，在廣州港南沙汽車(chē)碼頭1號(hào)泊位，南沙汽車(chē)碼頭岸電裝置與深圳招商滾裝運(yùn)輸有限公司“唐鴻”號(hào)船上受電設(shè)施成功并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)供電3小時(shí)13分。這是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)滾裝碼頭岸電系統(tǒng)與滾裝船連船并網(wǎng)供電，標(biāo)志著廣州港在船舶岸電的應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了新的突破，綠色、低碳港口建設(shè)邁上一個(gè)新臺(tái)階。

并網(wǎng)期間總用電量為2554.3kWh，據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次岸電并網(wǎng)供電期間，船舶用電成本比傳統(tǒng)的輔機(jī)燃油供電成本節(jié)約40%，減少二氧化碳排放約2.5噸，極大地減輕了船舶靠泊期間產(chǎn)生的大氣和噪聲污染。

由此可見(jiàn)，岸電設(shè)施的設(shè)置能夠?qū)?yōu)化港口環(huán)境和空氣質(zhì)量打造綠色港口做出積極貢獻(xiàn)。

3.合理的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理

3.1 諧波治理

圖1 潮州港擴(kuò)建貨運(yùn)碼頭一期工程集裝箱場(chǎng)橋滑觸線供電

諧波是一種電力污染，它的危害是非常嚴(yán)重的。①諧波不但會(huì)使電力系統(tǒng)的傳輸和利用效率降低，而且會(huì)使電氣設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重和絕緣老化，從而縮短使用壽命，并且使電氣設(shè)備產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，甚至發(fā)生故障和燒毀；②諧波可引起電力系統(tǒng)局部諧振，從而使諧波含量放大，造成電容器等燒毀；③諧波還會(huì)引起自動(dòng)設(shè)備和繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作，使電能的計(jì)量出現(xiàn)混亂；④諧波會(huì)造成照明燈光亮度的波動(dòng)；⑤諧波還會(huì)干擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備等電子設(shè)備的正常工作，造成通信數(shù)據(jù)的丟失或死機(jī)；⑥同時(shí)影響雷達(dá)和無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)等的工作性能，對(duì)其造成噪聲干擾和圖像紊亂。

對(duì)于有些諧波含量偏高的情況，首先可以考慮采用諧波抑制器進(jìn)行抑制，它可以少量濾除一部分諧波，但是要保證無(wú)功功率補(bǔ)償電容器能夠及時(shí)投入，從而提高功率因數(shù)來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率。這種情況通常是針對(duì)系統(tǒng)中的諧波源不是太多，諧波含量在國(guó)標(biāo)限額的左右位置，但是經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種方法的效果不是很好。而且造價(jià)比較高。

圖2 南沙海嘉汽車(chē)碼頭高壓岸電箱

對(duì)于諧波含量比較高，甚至已超出國(guó)標(biāo)限額的情況下，用諧波抑制的方法無(wú)法解決諧波的問(wèn)題時(shí)，就必須要采用濾波的方法了。當(dāng)前常用的諧波治理方法有三種：有源濾波、無(wú)源濾波和無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)源濾波器主要是由電容器與電感器組成。相對(duì)于有源濾波器來(lái)說(shuō)，由于無(wú)源濾波器成本較低、經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)便，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。而且在諧波含量較高的電力系統(tǒng)中，我們通常要進(jìn)行多次濾波才能使系統(tǒng)中的諧波含量低于國(guó)標(biāo)的限額，才能保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償

在港口配電系統(tǒng)中，無(wú)功功率的流動(dòng)會(huì)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加；同時(shí)，在視在功率一定的情況下，無(wú)功功率的增加會(huì)降低變電設(shè)備的變電能力。

因此，在實(shí)際工況中，確定準(zhǔn)確的無(wú)功補(bǔ)償方案是極為重要的，一方面，如果無(wú)功功率補(bǔ)償容量少了，會(huì)由于補(bǔ)償效果達(dá)不到供電部門(mén)的要求而造成罰款，另一方面，如果補(bǔ)償容量太大，則會(huì)因?yàn)檠a(bǔ)償容量過(guò)大而在設(shè)備的購(gòu)置上產(chǎn)生較高的費(fèi)用，所以無(wú)論是從節(jié)能降耗還是從節(jié)約成本的角度考慮，過(guò)高或是過(guò)低的無(wú)功補(bǔ)償都是不合理的，只有通過(guò)詳細(xì)計(jì)算后，選取合理的補(bǔ)償數(shù)據(jù)和方法，才能真正滿足功率因數(shù)的要求，同時(shí)又真正起到節(jié)能降耗的作用。

圖3 南沙海嘉汽車(chē)碼頭高壓岸電運(yùn)行參數(shù)

因此可見(jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理技術(shù)的綜合運(yùn)用，不單對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著很大的作用，對(duì)于降低線損、減少設(shè)備及線路的附加損耗，提高功率因數(shù)，減少諧波電流等節(jié)能減排工作同樣有著極為重要的作用。

4.采用LED燈等新型節(jié)能光源并對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制

4.1 采用LED燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源

LED燈是近幾年興起的照明光源，與傳統(tǒng)的光源相比，LED燈最大的特點(diǎn)就是節(jié)能，在相同亮度的情況下，LED的能耗僅為白熾燈的1/10，節(jié)能燈的1/4，同時(shí)它的發(fā)熱量很小，可以大大減少對(duì)室內(nèi)溫度的影響，減輕室內(nèi)空調(diào)的能耗。

傳統(tǒng)光源中紅外線與紫外線的輻射是造成燈具升溫和褪色的主要元兇，而LED光源不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射，杜絕光污染，不會(huì)對(duì)人體造成危害。

現(xiàn)今除室內(nèi)采用LED燈以外，港區(qū)和碼頭照明同樣由LED燈替代了原來(lái)的高壓鈉燈和金鹵燈等傳統(tǒng)光源，由于在同等亮度下LED燈的功率比傳統(tǒng)光源小一半以上，大大減少了電纜截面，降低了線纜損耗，大大減少了電纜的投資。

4.2 設(shè)置照明控制系統(tǒng)

在港區(qū)和碼頭合理布置照明燈的同時(shí)，對(duì)照明光源進(jìn)行控制，照明控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出模塊及現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備等組成，可采用時(shí)控、光敏等控制方式，港區(qū)和碼頭除采用路燈或高桿燈照明之外，同時(shí)可利用機(jī)械設(shè)備自帶照明裝置進(jìn)行補(bǔ)充照明，以達(dá)到節(jié)能的目的。

5.在港區(qū)設(shè)置能耗管理系統(tǒng)

強(qiáng)化管理，在港區(qū)建設(shè)能耗管理系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)平臺(tái)采用智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程運(yùn)維等技術(shù)應(yīng)用到智慧港口能耗管理系統(tǒng)管理的實(shí)際中。通過(guò)節(jié)能策略的執(zhí)行和控制，大數(shù)據(jù)挖掘建模，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程分析指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)能源控制、管理和運(yùn)維的一體化平臺(tái)。全面提升能源的利用效率和智能化水平。

智慧港口能耗管理系統(tǒng)能展示綜合能耗匯總，動(dòng)態(tài)報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析（曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等），提供能耗看板，分區(qū)綜合分類(lèi)統(tǒng)計(jì)等；并對(duì)不同區(qū)域能耗進(jìn)行比對(duì)和分析。

以上是我從電氣設(shè)計(jì)的角度分析了對(duì)港區(qū)節(jié)能減排方法的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，它們都在港口節(jié)能減排中起著至關(guān)緊要的作用。當(dāng)然除此之外，還有合理布置港區(qū)電氣設(shè)備和設(shè)施、積極利用新型環(huán)保設(shè)備和技術(shù)等等多項(xiàng)措施，目的都是為了提高港口能源利用率，降低用能成本，建設(shè)更加綠色與智慧化的港口。