集装箱码头船舶岸电系统并联扩容技术方案对比分析

刘敏毅，覃韩江，杨承志

（1.招商局港口（华南）营运中心，广东 深圳 518000；2.交通运输部水运科学研究院，北京 100088）

大型集装箱船舶靠港时通常使用燃油制品（多为重油、柴油）发电来满足船舶用电需求。重油和柴油在燃烧过程中会产生大量的硫化物和氮氧化物，对周边环境造成污染[1]。船舶使用岸电之后，可减少靠泊期间NOx、SOx和可吸入颗粒的排放量，有效地改善了港口的空气质量[2]。赤湾集装箱码头有限公司积极响应国家和深圳市绿色可持续发展政策的号召，主动承担改善港口环境，推动港口船舶岸电发展的义务和责任，已经建设完成了一期、二期码头船舶岸电系统，并投入使用。随着具备受电装置的靠泊船舶数量不断增长，赤湾集装箱码头有限公司岸电使用率也随之提高，码头原有岸电系统容量已无法满足船舶需求，急需扩容，开展新的岸电系统建设工作。

1 已建岸电系统概述

赤湾集装箱码头有限公司（简称CCT）位于深圳西部的南头半岛，位于珠江入海口东岸，距离香港仅20n mile，是连接世界各地与珠江三角洲经济圈乃至中国内陆腹地的“海上门户”，是深圳港三大集装箱码头之一。赤湾集装箱码头有限公司高度重视岸电的建设工作，已经建设了一期、二期码头船舶岸电系统。岸电系统电源引自港区13#变电站，供电容量最大6MVA，可为码头9#～13#A泊位船舶单独提供3MVA的岸电电源，同时也可并联运行，为12#～13#A泊位大型集装箱船舶提供6MVA的岸电电源。岸电系统覆盖泊位情况如图1所示。

图1 岸电系统覆盖泊位示意图

截至2019年年底，累计133艘船舶在赤湾集装箱码头有限公司使用了岸电系统，使用时长达1387h，累计用电量275万kW·h，港船舶空气污染物的排放明显减少，对码头区域及周边地区空气质量的提升有显著作用。赤湾集装箱码头有限公司岸电系统的建设和应用，提高了港航双方的节能减排意识，在港航共建绿色水运、低碳交通运输方面起到了表率作用。

随着国家及深圳市对于生态文明建设的重视程度不断提高，到港船舶使用岸电的需求不断提升。为满足船舶使用岸电的需求，赤湾集装箱码头有限公司计划开展三期码头船舶岸电系统建设工作，新建一套变频变压电源，增加岸电系统容量，提高为船舶供电的能力。

2 已建岸电系统技术方案

赤湾集装箱码头有限公司现有的一期、二期岸电系统均采用西门子专用岸电变频设备以高-低-高方式实现变频变压。一期、二期岸电系统容量均为3MVA，通过现有的控制系统和高压开关柜可实现两套装置的独立运行，分别给两艘靠港船舶供电，也可以并联同步运行提供6MVA的容量，给一艘船舶供电。一期、二期岸电系统的单线图如图2所示。

赤湾集装箱码头有限公司一期、二期岸电系统输入侧10kV进线均引自同一码头变电站，经10kV进线开关柜后分别给各系统供电，系统输出侧经母联柜和隔离刀闸柜连接。输出侧6.6kV母线段供分为3段，通过开关柜的切换可实现分段运行或并网运行。监控系统网络图如3所示。

3 并联扩容技术方案比选

赤湾集装箱码头有限公司对三期岸电项目采用何种的技术方案进行了分析论证，对采用高-高设备与现有设备并联、高-低-高国产设备与现有设备并联、现有设备本身相互并联进行了分析对比，以期获得最优建设方案。

赤湾集装箱码头有限公司一期、二期岸电系统已经组建互联互通网络，通过现有控制柜可对整个岸电系统进行监视，并对岸电系统的各设备进行操作。

在设备选型上，一期、二期岸电系统均采用同一型号的设备进行设计和施工，设备可互为备用，备件同一，可保持最小成本的配置。控制系统采用与变频器厂家同一品牌的产品，系统稳定性强。一期、二期岸电系统之间采用光纤链路连接，在保证一期、二期互相独立的同时，也可实现数据的快速交互，在并联使用时保证一期、二期岸电系统的负载均衡，避免单机过载。

图2 一期、二期岸电系统单线图

图3 一期、二期岸电监控系统网络图

针对三期工程的实际需求，赤湾集装箱码头有限公司对比了当前岸电系统采用不同设备并联扩容的技术方案，如表1所示。

经对比分析可知，从系统设计合理性、工程实施可行性、便捷性和后续维护使用成本等方面考虑，采用与现有系统相同设备进行并联扩容为最优技术方案。

4 技术方案推荐

鉴于目前一期、二期岸电系统的运行状态，为了最大程度地保证系统性能，根据三期岸电系统容量需求，增加一套岸电变频电源系统。在一期、二期岸电系统的B段母线上增加一个接口刀闸柜，三期岸电系统经母联柜与原有6.6kV母线连接。采用此方式即可实现现有三段母线的分段独立运行，分别对三艘靠港船舶供电，还可以满足任意一段母线两两并联或三段同时并联运行的需求，最大程度地提升岸电系统的可用性。同时在项目施工时采用此方案不会影响原有岸电系统的使用。

三期岸电监控系统是在不改变原有网络系统拓扑的情况下，利用原有系统网络接口通过通信电缆将三期岸电系统接入，实现对一、二、三期岸电的综合监控。岸电监控系统的网络拓扑设计如图4所示。

5 结束语

通过对赤湾集装箱码头有限公司码头船舶岸电系统扩展并联技术方案的对比分析，可以看出对原有设备进行扩容是较为合理、便捷的技术方案。三套3MVA变频电源的并联使用，即可为赤湾集装箱码头有限公司9#～13#A泊位单独供电，同时两两并联运行为靠泊的大型集装箱船舶提供6MVA岸电服务。

表1 并联扩容技术方案对比

图4 岸电监控系统网络图

赤湾集装箱码头有限公司船舶岸电系统具有良好的社会效益，三期项目建设完成后将进一步提升为船舶供电的能力和水平，可以满足多艘大中型集装箱船靠泊作业时使用船舶岸电系统的需求；对减少船舶空气污染物排放，减少噪声排放，改善港口、船舶相关作业人员身心健康具有重要作用，同时也有利于能源的综合高效利用。