國(guó)家電投集團(tuán)寧夏能源鋁業(yè)臨河發(fā)電分公司 張 睿

在岸電技術(shù)快速推廣的今天，傳統(tǒng)的岸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)靠港船只零排放，節(jié)能減排效果顯著，帶來(lái)多方面的效益，在建設(shè)綠色港的過(guò)程起到發(fā)揮了關(guān)鍵作用。但是，傳統(tǒng)岸電技術(shù)存在許多問(wèn)題，需要不斷的改進(jìn)。本文提出了直流岸電技術(shù)，可以有效地規(guī)避傳統(tǒng)岸電技術(shù)的部分缺點(diǎn)，同時(shí)講解了傳統(tǒng)岸電系統(tǒng)和直流岸電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合傳統(tǒng)岸電技術(shù)的缺點(diǎn)指出了直流岸電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。

在經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮下，海上運(yùn)輸行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前世界貿(mào)易商品的80%由船舶運(yùn)輸完成，船舶已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體。同時(shí)，我國(guó)在“一帶一路”戰(zhàn)略頒布后，投入大量資金建設(shè)“21世紀(jì)海上絲綢之路”，這使得我國(guó)目前已經(jīng)成為港口貨物吞吐量最大的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)規(guī)模以上港口完成貨物吞吐量126.4億t，比上年增長(zhǎng)6.4%，繼續(xù)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。然而，在船舶使用傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)供電的情況下，當(dāng)大量的船舶?？吭诟劭跁r(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的廢氣污染和噪聲污染，嚴(yán)重地影響了港口及其周圍的環(huán)境。據(jù)上海港船舶排放監(jiān)測(cè)的結(jié)果顯示，上海港?？看芭欧诺腟O2，NO和PM2.5分別占上海市大氣污染物總量的12.0%，9.0%和5.3%。因此，大力發(fā)展岸電技術(shù)是十分有必要，岸電技術(shù)就是使用岸上電源給停靠在港口的船舶供電，讓船舶不使用發(fā)電機(jī)供電，這樣可以有效地減少環(huán)境污染，利于打造綠色港口。但是，我國(guó)傳統(tǒng)的岸電技術(shù)依然存在許多缺點(diǎn)，比如電纜需求量大、損耗大、供電品質(zhì)差等缺點(diǎn)，因此，在本文中將提出一種新型的岸電技術(shù)——直流岸電技術(shù)，該技術(shù)可有效地規(guī)避傳統(tǒng)岸電技術(shù)的部分缺陷。本文主要論述了直流岸電的優(yōu)勢(shì)。

1 岸電系統(tǒng)的總體架構(gòu)

1.1 傳統(tǒng)岸電系統(tǒng)

傳統(tǒng)岸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)是直接將變電站里面的三相交流電，通過(guò)三根電纜輸送到岸基供電系統(tǒng)，在岸基供電系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)整流和逆變，將輸出的電壓的頻率和幅值調(diào)整到合適的值后，接入船舶的供電系統(tǒng)。

圖1 傳統(tǒng)岸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 直流岸電系統(tǒng)

直流岸電系統(tǒng)的基本原理是，在變電站中將升壓后的三相交流電進(jìn)行整流，輸出高壓直流電，然后通過(guò)兩根直流輸電電纜將高壓直流電傳輸?shù)桨痘╇娤到y(tǒng)，在岸基供電系統(tǒng)中通過(guò)DC-AC變換，對(duì)輸出電壓和頻率進(jìn)行精確控制后接入船舶供電系統(tǒng)。直流岸電的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 直流岸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 傳統(tǒng)岸電技術(shù)的不足

目前，整個(gè)港口船舶岸電系統(tǒng)分為三個(gè)部分：岸基供電系統(tǒng)、船舶受電系統(tǒng)和船岸連接設(shè)備，其中包括配套的二次設(shè)備。我國(guó)船舶岸電系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

電能傳輸電纜根數(shù)多，電纜投資費(fèi)用高，電能損耗大：目前岸基供電系統(tǒng)把變電站交流10kV直接通過(guò)三根電纜傳輸?shù)桨痘╇娤到y(tǒng)，進(jìn)行AC-DC-AC變換，對(duì)輸出電壓和頻率進(jìn)行精確控制后接入船舶供電系統(tǒng)，變電站到船岸如距離較遠(yuǎn)時(shí)（大于1km時(shí)），需要三根電纜，電纜根數(shù)多，造價(jià)昂貴，而且損耗大。

船岸技術(shù)不匹配，充電標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：目前我國(guó)船岸技術(shù)正處在發(fā)展階段，因此傳輸?shù)碾妷旱燃?jí)、整流及逆變?cè)O(shè)備均缺乏相應(yīng)的詳細(xì)國(guó)家標(biāo)椎，阻礙岸電技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

供電品質(zhì)差：碼頭大型設(shè)備頻繁啟動(dòng)，影響船用供電的品質(zhì)。

設(shè)備國(guó)產(chǎn)化低：目前岸電整流、逆變系統(tǒng)大多采用ABB等國(guó)外成套產(chǎn)品，存在“卡脖子”問(wèn)題。

3 直流岸電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 低成本

在直流岸電技術(shù)下，交流直接在變電所進(jìn)行AC-DC整流，變?yōu)楦邏褐绷?，然后通過(guò)二根直流電纜傳輸?shù)酱?，在船岸?cè)進(jìn)行DC-AC逆變，然后接入船舶受電系統(tǒng)，則該方案所需電纜根數(shù)少，整個(gè)系統(tǒng)的電纜費(fèi)用會(huì)明顯下降。

假設(shè)輸入電源交流10kV，傳輸距離2km，電源容量1.5MW；直流傳輸采用10kV；船舶?？?天。

傳統(tǒng)10kV交流傳輸，電纜選用：ZA-YJV72 1×150 12/20kV

電纜費(fèi)用（含敷設(shè)）：

500元/米×2000米×3=300萬(wàn)元；

本項(xiàng)目高壓10kV直流傳輸，電纜選用：ZA-YJV72 1×150 12/20kV

電纜費(fèi)用（含敷設(shè)）：

500元/米×2000米×2=200萬(wàn)元；

從以上分析可以看出，當(dāng)傳輸距離為2km時(shí)，采用高壓10kV直流傳輸時(shí)，電纜費(fèi)用節(jié)省100萬(wàn)。當(dāng)傳輸距離超過(guò)2km時(shí)，電纜費(fèi)用下降更為顯著。

3.2 低損耗

傳統(tǒng)岸電技術(shù)是將變電站中的三相交流電通過(guò)電纜傳輸?shù)桨痘╇娤到y(tǒng)。隨著系統(tǒng)電壓頻率的提高，受趨膚效應(yīng)的影響，傳輸線橫截面內(nèi)電流密度的分布與直流時(shí)平均分布的情況截然不同，越靠近邊緣處，電流密度越大，因而導(dǎo)線的阻抗越大，導(dǎo)線的電阻損耗也就增大。而直流岸電技術(shù)采用的是高壓直流輸電技術(shù)，直流輸電可以有效的抑制趨膚效應(yīng)，從而減少導(dǎo)線的電阻損耗。同時(shí)直流輸電線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有電容電流，沒(méi)有電抗壓降，沿線電壓分布較平穩(wěn)，線路本身無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償。

3.3 低電磁污染

當(dāng)交流輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，50Hz交流電壓產(chǎn)生交變電場(chǎng)，50Hz交流電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。電壓、電流的諧波會(huì)對(duì)音頻電話產(chǎn)生干擾，電暈會(huì)對(duì)無(wú)線電接收產(chǎn)生干擾，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可聽噪音等。輸電線路是金屬導(dǎo)體會(huì)反射電磁波，對(duì)電視接收、觀測(cè)臺(tái)側(cè)向產(chǎn)生干擾。直流輸電線路正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生交變的電廠和磁場(chǎng)，因此不會(huì)對(duì)周圍的通訊設(shè)備造成不利的影響，可以有效的減少港口電磁污染。

3.4 高穩(wěn)定性

直流岸電技術(shù)不會(huì)受輸電的容量和距離同步運(yùn)行穩(wěn)定的限制，可以將交流電源和船舶的供電系統(tǒng)兩個(gè)不同頻率的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)，直流岸電技術(shù)可以有效的限制整個(gè)系統(tǒng)的短路電流，由于整個(gè)系統(tǒng)的兩端連接的是兩個(gè)交流系統(tǒng)，中間的直流系統(tǒng)可以將短路電流限制在額定功率附近，短路容量不會(huì)因兩邊的系統(tǒng)而變大。

總結(jié)：為了從根本上解決船舶靠港用電的污染問(wèn)題，岸電技術(shù)被快速推廣，但是傳統(tǒng)的岸電技術(shù)存在較多的缺點(diǎn)，需要一項(xiàng)新型的岸電技術(shù)，來(lái)替代傳統(tǒng)的岸電技術(shù)，加快建設(shè)綠色港口。因此，本文提出了直流岸電技術(shù)并對(duì)其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)，并簡(jiǎn)要討論直流岸電技術(shù)和傳統(tǒng)岸電的原理和區(qū)別。以期為直流岸電技術(shù)的應(yīng)用得到積極的推廣而起到一定的推動(dòng)作用。