張婧,楊云,賴向平

（1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司，重慶400015；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司，重慶400015）

重慶朝天門智能港口岸電技術(shù)應(yīng)用研究

張婧1,楊云2,賴向平2

（1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司，重慶400015；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司，重慶400015）

1 港口岸電實(shí)施背景

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,港口建設(shè)的步伐加快,船舶停靠碼頭的數(shù)量和密度大幅增加,為此需要消耗大量燃油,形成了規(guī)模壯觀的“水上流動(dòng)煙囪”。船舶燃油供電受船舶自身設(shè)備質(zhì)量、規(guī)模、品質(zhì)等局限性影響,燃油利用率不高,損耗嚴(yán)重,且船舶柴油機(jī)產(chǎn)生的過剩電能又不能儲(chǔ)存,消耗了大量的能源,造成了大量浪費(fèi),也對(duì)港口城市環(huán)境造成了巨大的破壞[1]。

船舶?？看a頭所產(chǎn)生的巨大能源浪費(fèi)和環(huán)境污染使得船舶在港口內(nèi)的節(jié)能減排成為必然要求。船用岸電供電技術(shù)是在船舶?？看a頭時(shí)停止使用船上的燃油發(fā)電機(jī),而采用由碼頭提供的供電系統(tǒng)為船舶供電,是近年來國(guó)內(nèi)外港航界備受關(guān)注的一項(xiàng)新技術(shù)[2—3],是適應(yīng)港口繁忙的營(yíng)運(yùn)要求、實(shí)現(xiàn)港口節(jié)能減排的重要技術(shù),是建設(shè)“綠色港口”和提高碼頭競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。

早在2004年,我國(guó)交通部頒布的《港口經(jīng)營(yíng)管理規(guī)定》中就提到了港口區(qū)域內(nèi)應(yīng)為船舶提供岸電等服務(wù),為船舶提供岸電將成為綠色生態(tài)型港口發(fā)展的趨勢(shì)。2006年,歐盟委員會(huì)通過了法案,提出歐盟港口靠泊船舶使用岸電[4]。目前,世界上利用岸電為船舶供電的港口主要包括美國(guó)洛杉磯、瑞典哥德堡、加拿大溫哥華等,都是港口電網(wǎng)向船舶電網(wǎng)同頻率直接供電,在國(guó)內(nèi)主要有江蘇連云港、河北黃嘩港、上海集裝箱碼頭以及蛇口集裝箱碼頭開始試點(diǎn)和采用岸供電技術(shù)。

目前國(guó)內(nèi)岸電多采用高壓供電,多應(yīng)用于大型海港碼頭[5]。我國(guó)低壓船舶數(shù)量眾多,且低壓岸電對(duì)船舶的改造很小,容易被船方接受,因此研究低壓岸電具有重要的實(shí)際意義。

2 重慶朝天門港口船舶用能現(xiàn)狀分析

2.1 朝天門港口基本情況

朝天門位于長(zhǎng)江與嘉陵江交匯處,是兩江樞紐,也是重慶最大的水路客運(yùn)碼頭。每天運(yùn)輸數(shù)千人游覽長(zhǎng)江三峽,貨物吞吐量上萬噸。朝天門港共有13個(gè)碼頭,泊位數(shù)26個(gè)。三碼頭、六碼頭主要?？?jī)山未瓦^江輪渡,八到十三碼頭主要?？亢廊A和普通游輪。據(jù)統(tǒng)計(jì),朝天門港共有33艘豪華游輪,主要運(yùn)營(yíng)重慶到宜昌的6日游旅游線路;8艘普通游輪,主要運(yùn)營(yíng)重慶到宜昌的3～4日游旅游線路。朝天門港三碼頭、六碼頭、九碼頭已實(shí)現(xiàn)岸電供電,而?？吭诎恕⑹?、十一、十二、十三碼頭的三峽游輪尚未采用岸電,通過柴油發(fā)電機(jī)組滿足其照明、空調(diào)和娛樂等負(fù)荷需求。

2.2 岸電情況分析

朝天門港三碼頭、六碼頭、九碼頭已實(shí)施的岸電項(xiàng)目,雖能夠基本滿足兩江游船和過江輪渡的照明需求,但現(xiàn)場(chǎng)仍存在較大的改進(jìn)空間。一是配電箱放置于躉船上,接線凌亂,影響美觀;二是配電箱體里母排和接頭電纜均裸露在外,操作人員在開箱執(zhí)行合閘、分閘操作時(shí),身體容易接觸到帶電體,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

此外,現(xiàn)有的岸電設(shè)備自動(dòng)化程度低,操作人員采用手動(dòng)方式插拔電纜頭,電纜笨重,操作不便。計(jì)費(fèi)采取人工結(jié)算方式,每次用電前后抄錄電能表起止度數(shù),經(jīng)船方簽字確認(rèn)后定期結(jié)算用電費(fèi)用。

3 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)施

3.1 總體技術(shù)方案

以朝天門港八碼頭為例,根據(jù)長(zhǎng)江現(xiàn)有游輪供電系統(tǒng)特點(diǎn),技術(shù)方案以低壓岸供電為主,岸電連接箱設(shè)置于躉船,躉船與港口變電站采用低壓電纜固定連接,船上改裝岸電受電箱和電纜絞車,船上受電箱與躉船岸電箱之間采用多組并列三相低壓電纜。圖1為朝天門八碼頭智能岸電項(xiàng)目示意圖。

圖1 朝天門八碼頭智能岸電項(xiàng)目示意圖

采取低壓上船方式,在躉船上設(shè)置低壓配電柜,操作臺(tái)、配電柜要有全面的安全保護(hù)功能,滿足智能配電的需求,具有無線通信裝置。整套技術(shù)方案分為：岸電人機(jī)交互操作臺(tái)、岸電配電柜,岸電監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng),全系統(tǒng)具備安全保護(hù)及報(bào)警功能。整個(gè)系統(tǒng)都通過岸電組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控,并且配有相應(yīng)的預(yù)警功能;在輸出側(cè),配置先進(jìn)的船舶用電計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng),以便用戶方便快捷的使用岸電系統(tǒng),實(shí)時(shí)清晰讓雙方了解用電情況。圖2為朝天門八碼頭智能岸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3為系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖2 朝天門八碼頭智能岸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 智能岸電系統(tǒng)主要硬件構(gòu)成

3.2.1 觸摸屏人機(jī)操作臺(tái)

人機(jī)操作臺(tái)提供直流、交流送電接口;具備身份識(shí)別、記錄電量消費(fèi)信息、語音提示、刷卡、打印憑條等功能;能向配電柜發(fā)生控制指令、開關(guān)信號(hào),控制合路器啟動(dòng)與停止,獲取送電狀態(tài)信息;具備送電接口的連接狀態(tài)判斷、聯(lián)鎖、控制導(dǎo)引等完善的安全保護(hù)控制邏輯;具備CAN2.0B、RS485等多種通信接口,可以和集中監(jiān)控通信,上傳送電狀態(tài)信息;具備漏電、短路、過壓、欠壓、過流等保護(hù)功能,確保操作臺(tái)安全可靠運(yùn)行。

人機(jī)交互界面采用大屏幕LCD彩色觸摸屏,送電可選擇定電量、定時(shí)間、定金額、自動(dòng)(充滿為止）4種模式;顯示當(dāng)前送電模式、時(shí)間(已送電時(shí)間、剩余送電時(shí)間）、使用電量及當(dāng)前計(jì)費(fèi)信息。

人機(jī)操作臺(tái)的安全防護(hù)措施完備,設(shè)有緊急停止送電按扭,具備輸出過流保護(hù)功能、輸出漏電保護(hù)功能和阻燃功能。

3.2.2 智能配電柜

配電柜為落地式結(jié)構(gòu),電纜為下進(jìn)線方式,內(nèi)置2個(gè)斷路器,配電柜上安裝有控制斷路器分合的手柄,可以讓操作人員不用打開柜門停送電,大大增加了安全性。

岸電配電柜內(nèi)含刷卡器、工業(yè)級(jí)3G/4G無線裝置、智能配電保護(hù)儀表、全面保護(hù)功能的斷路器、智能電度表計(jì)、工業(yè)電纜航空接頭、漏電火災(zāi)控測(cè)器、防雷裝置、電纜絕緣檢測(cè)裝置、互感器、溫度濕度控制器。

3.3 智能岸電監(jiān)控系統(tǒng)

岸電監(jiān)控系統(tǒng)是將岸電配電柜內(nèi)的終端數(shù)據(jù)通過無線GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器進(jìn)行儲(chǔ)存,岸電監(jiān)控軟件通過相應(yīng)的通信協(xié)議代碼,讀取云服務(wù)器上的數(shù)據(jù),并作處理和分析,生成報(bào)表打印。

監(jiān)控系統(tǒng)分為站級(jí)監(jiān)控層和間隔層,設(shè)備層3個(gè)部分,站控層設(shè)置一套主機(jī)(主機(jī)為觸摸屏一體機(jī)）只要能上網(wǎng)或配置GPRS無線模塊,就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和交換;間隔層為云服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和遙控信號(hào)的快速通道;設(shè)備層為岸電配電柜,分別配置一套串口服務(wù)器及工業(yè)3G/4G無線裝置作為終端通信器。

監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、有功、無功以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)具備岸電報(bào)警處理、岸電自診斷、計(jì)量計(jì)費(fèi)等功能。

3.4 智能岸電計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

智能岸電計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)置有實(shí)時(shí)計(jì)價(jià)顯示、預(yù)設(shè)金額和預(yù)設(shè)電量度數(shù)等多種用電模式,方便售電與船舶之間用電費(fèi)用的結(jié)算,簡(jiǎn)化操作流程。

計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)包含用戶管理、檔案查詢、電價(jià)維護(hù)、操作員管理、修改密碼、電量管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、IC卡操作、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)幫助十大模塊。

4 岸電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

考慮朝天門八碼頭主要?？俊叭龒{游”游輪,有淡旺季之分。按照全年旺季9個(gè)月(平均每天?？?6 h,平均負(fù)荷400 kW）,淡季3個(gè)月(平均每天停靠6 h,平均負(fù)荷200 kW）計(jì)算,采用岸電技術(shù)后單艘船舶全年可增售電量183.6萬kWh。

節(jié)約燃料成本方面,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)單位油耗約250 g/kWh,全年可替代柴油459 t(250 g/kWh×183.6萬kWh）;1 kg柴油約合1.16 L,油價(jià)按照5.50元/L測(cè)算,全年減少柴油燃料成本292.8萬元(459 t× 1.16 L/kg×5.50元/L)。全年用電成本為275.4萬元(183.6萬kWh×1.2元/kWh,注：1.2元/kWh為目錄電價(jià)加收服務(wù)費(fèi)后的單價(jià)水平）。全年單船舶燃料成本節(jié)約292.8萬元-275.4萬元=17.4萬元。

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了朝天門智能港口岸電系統(tǒng)的主要架構(gòu)和功能,并測(cè)算了岸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益,能夠?yàn)榘峨娂夹g(shù)的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

本項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)應(yīng)用于內(nèi)河的低壓智能岸電系統(tǒng),該套系統(tǒng)能夠安全可靠高效地為?？看拜斔桶峨?使用者只需在智能控制柜上,輕松點(diǎn)擊“船舶用電”,即可完成整個(gè)供電操作,較以前柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電更加方便、安全,供電可靠性大大提高。

雖然港口岸電技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益,但實(shí)際工作中岸電項(xiàng)目的建設(shè)決定權(quán)主要在港口方,初始投資較大,投資回收期較長(zhǎng),一定程度上影響了港口方的建設(shè)積極性。建議探索政府財(cái)政部門、交通管理部門、電力公司、港口共同投資建設(shè)、共同分享效益的模式。同時(shí),考慮到大型游輪、貨輪的航線普遍涉及沿線多個(gè)城市,為方便船舶公司結(jié)算用電費(fèi)用,建議參考京滬高速快速充電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式,推動(dòng)大型港口使用統(tǒng)一的支付系統(tǒng),保障大型游輪、貨輪在不同的?？砍鞘芯軌蛳硎艿奖憬莸陌峨姺?wù)。D

[1]俞曉.到港船舶使用岸電的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益分析[D].上海：復(fù)旦大學(xué),2013.

[2]徐長(zhǎng)春.綠色港口與船舶岸電技術(shù)探討[J].技術(shù)與市場(chǎng),2016(4）：132.

[3]袁航,趙湘前.船舶岸電技術(shù)研究及其應(yīng)用[J].水運(yùn)工程,2013(10）：163-165.

[4]張雷波,徐海棟,尹立峰,等.國(guó)內(nèi)外岸電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].世界海運(yùn).2015(10）：13-16.

[5]鄭永高.港口碼頭岸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].建筑電氣, 2010(1）：15-20.

[6]王峰,周玨.港口岸電電能替代技術(shù)與效益分析[J].電力需求側(cè)管理,2015,17(3）：35-37.

[7]周紅勇,周耀.鹽城大豐港船舶岸電系統(tǒng)實(shí)施方案與相關(guān)問題分析[J].電力需求側(cè)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）

以重慶朝天門港口為研究對(duì)象,介紹了重慶朝天門八碼頭智能港口岸電系統(tǒng)的架構(gòu)和主要功能,從安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面對(duì)岸電技術(shù)進(jìn)行了綜合分析,并從投資建設(shè)模式和統(tǒng)一支付系統(tǒng)2個(gè)角度對(duì)岸電技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用提出了具體工作建議。

港口岸電;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