從電氣設計角度看港口節能減排

◎宋曉莉 廣東省航運規劃設計院有限公司

港口作為我國物流供應鏈中的重要環節，其能源消耗在整個生產系統中占有一定的比重，因此在港口開展節能減排工作，不僅是國家的重要舉措，也是港口向新型現代化轉型和提高自身經濟效益的需要。以下從電氣設計的角度，分幾個方面闡述一下本人對港口節能減排的一些見解。

1.港區起重設備“油改電”

裝卸設備是港口耗能的最大因素，過去由于“油場橋”轉場靈活，對場地基礎要求不高，適宜分期建設和投產，而被集裝箱碼頭廣泛采用。但是機上安裝的柴油發電機組能耗高，燃油費用和維護成本高，而且對環境造成嚴重污染。

近年來，新建集裝箱堆場已很少采用燃油的場橋，舊的集裝箱碼頭大部分已實現“油改電”，燃油已基本由滑觸線或接電箱替代，以潮州港擴建貨運碼頭一期工程為例，該項目的集裝箱龍門吊全部采用滑觸線供電，端部設置配電箱，項目建成后，每臺每吊較采用燃油的龍門吊節約燃油成本約80%，節約能源約40%，減少廢氣排放約96%。

2.在碼頭設置岸電裝置

根據《中華人民共和國大氣污染防治法》及交通運輸部、各地港務部門對碼頭岸電的相關規定，新建碼頭應當規劃、設計和建設岸基供電設施；已建成的碼頭應當逐步實施岸基供電設施改造，船舶靠港后應當優先使用岸電。同時將岸電配置作為碼頭項目竣工驗收的必要條件。

以本人設計的廣州港南沙汽車碼頭岸電為例，2021年5月18日下午，在廣州港南沙汽車碼頭1號泊位，南沙汽車碼頭岸電裝置與深圳招商滾裝運輸有限公司“唐鴻”號船上受電設施成功并網，實現連續平穩供電3小時13分。這是國內首次實現滾裝碼頭岸電系統與滾裝船連船并網供電，標志著廣州港在船舶岸電的應用方面實現了新的突破，綠色、低碳港口建設邁上一個新臺階。

并網期間總用電量為2554.3kWh，據統計，本次岸電并網供電期間，船舶用電成本比傳統的輔機燃油供電成本節約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生的大氣和噪聲污染。

由此可見，岸電設施的設置能夠對優化港口環境和空氣質量打造綠色港口做出積極貢獻。

3.合理的無功補償和諧波治理

3.1 諧波治理

圖1 潮州港擴建貨運碼頭一期工程集裝箱場橋滑觸線供電

諧波是一種電力污染，它的危害是非常嚴重的。①諧波不但會使電力系統的傳輸和利用效率降低，而且會使電氣設備發熱嚴重和絕緣老化，從而縮短使用壽命，并且使電氣設備產生噪聲和振動，甚至發生故障和燒毀；②諧波可引起電力系統局部諧振，從而使諧波含量放大，造成電容器等燒毀；③諧波還會引起自動設備和繼電保護設備誤動作，使電能的計量出現混亂；④諧波會造成照明燈光亮度的波動；⑤諧波還會干擾計算機系統、通訊設備等電子設備的正常工作，造成通信數據的丟失或死機；⑥同時影響雷達和無線電發射系統等的工作性能，對其造成噪聲干擾和圖像紊亂。

對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行抑制，它可以少量濾除一部分諧波，但是要保證無功功率補償電容器能夠及時投入，從而提高功率因數來補償無功功率。這種情況通常是針對系統中的諧波源不是太多，諧波含量在國標限額的左右位置，但是經實踐發現，這種方法的效果不是很好。而且造價比較高。

圖2 南沙海嘉汽車碼頭高壓岸電箱

對于諧波含量比較高，甚至已超出國標限額的情況下，用諧波抑制的方法無法解決諧波的問題時，就必須要采用濾波的方法了。當前常用的諧波治理方法有三種：有源濾波、無源濾波和無功補償。無源濾波器主要是由電容器與電感器組成。相對于有源濾波器來說，由于無源濾波器成本較低、經濟和簡便，因此獲得了廣泛的應用。而且在諧波含量較高的電力系統中，我們通常要進行多次濾波才能使系統中的諧波含量低于國標的限額，才能保證系統的平穩運行。

3.2 無功補償

在港口配電系統中，無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加；同時，在視在功率一定的情況下，無功功率的增加會降低變電設備的變電能力。

因此，在實際工況中，確定準確的無功補償方案是極為重要的，一方面，如果無功功率補償容量少了，會由于補償效果達不到供電部門的要求而造成罰款，另一方面，如果補償容量太大，則會因為補償容量過大而在設備的購置上產生較高的費用，所以無論是從節能降耗還是從節約成本的角度考慮，過高或是過低的無功補償都是不合理的，只有通過詳細計算后，選取合理的補償數據和方法，才能真正滿足功率因數的要求，同時又真正起到節能降耗的作用。

圖3 南沙海嘉汽車碼頭高壓岸電運行參數

因此可見，無功補償及諧波治理技術的綜合運用，不單對電網的安全穩定運行起著很大的作用，對于降低線損、減少設備及線路的附加損耗，提高功率因數，減少諧波電流等節能減排工作同樣有著極為重要的作用。

4.采用LED燈等新型節能光源并對照明系統進行控制

4.1 采用LED燈代替傳統光源

LED燈是近幾年興起的照明光源，與傳統的光源相比，LED燈最大的特點就是節能，在相同亮度的情況下，LED的能耗僅為白熾燈的1/10，節能燈的1/4，同時它的發熱量很小，可以大大減少對室內溫度的影響，減輕室內空調的能耗。

傳統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，不產生輻射，杜絕光污染，不會對人體造成危害。

現今除室內采用LED燈以外，港區和碼頭照明同樣由LED燈替代了原來的高壓鈉燈和金鹵燈等傳統光源，由于在同等亮度下LED燈的功率比傳統光源小一半以上，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 設置照明控制系統

在港區和碼頭合理布置照明燈的同時，對照明光源進行控制，照明控制系統由現場輸入輸出模塊及現場總線設備等組成，可采用時控、光敏等控制方式，港區和碼頭除采用路燈或高桿燈照明之外，同時可利用機械設備自帶照明裝置進行補充照明，以達到節能的目的。

5.在港區設置能耗管理系統

強化管理，在港區建設能耗管理系統，能耗管理系統平臺采用智能物聯網架構，將大數據、云計算、人工智能、機器學習、遠程運維等技術應用到智慧港口能耗管理系統管理的實際中。通過節能策略的執行和控制，大數據挖掘建模，專家團隊遠程分析指導，實現能源控制、管理和運維的一體化平臺。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能展示綜合能耗匯總，動態報表統計分析（曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等），提供能耗看板，分區綜合分類統計等；并對不同區域能耗進行比對和分析。

以上是我從電氣設計的角度分析了對港區節能減排方法的幾點認識，它們都在港口節能減排中起著至關緊要的作用。當然除此之外，還有合理布置港區電氣設備和設施、積極利用新型環保設備和技術等等多項措施，目的都是為了提高港口能源利用率，降低用能成本，建設更加綠色與智慧化的港口。