程志意

（中國交通信息科技集團(tuán)有限公司，北京 100088）

隨著當(dāng)前我國海洋經(jīng)濟(jì)的高速健康發(fā)展，海洋國際的經(jīng)濟(jì)交流日益密切，我國大型港口工程使用能源的消耗日趨快速增加，隨著港口能源消耗的日益快速增加，我國一方面仍然需要花費(fèi)大量的外匯進(jìn)口工程能源，另一方面嚴(yán)重增加了大氣碳的平均排放量，不利于可持續(xù)發(fā)展。近年來，國家把推進(jìn)節(jié)能低碳減排、綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展作為一項(xiàng)國家基本國策，對(duì)城市新建和改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的長期節(jié)能減排要求也越來越高，在港口工程設(shè)計(jì)中十分強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排，從側(cè)面上說明港口工程電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能減排迫在眉睫、不容忽視。本文具體而深入地探討和研究分析了我國港口和船舶碼頭電氣工程電能資源消耗的總體情況、港口碼頭電氣設(shè)計(jì)滿足保障需要時(shí)應(yīng)遵循的基本節(jié)能原則及用于港口碼頭工程利用電氣設(shè)計(jì)的主要節(jié)能保障措施。

1.港口工程電能消耗的基本情況（設(shè)備的構(gòu)成）

港口和碼頭船舶工程的建筑設(shè)計(jì)中，用電機(jī)械設(shè)備的構(gòu)成可能隨其使用性質(zhì)的不同而不同，但其構(gòu)成大體上可以劃分為以下3類：裝卸用電機(jī)械設(shè)備、輔助用電動(dòng)力設(shè)備、室內(nèi)外專用照明設(shè)備。

1.1 裝卸機(jī)械設(shè)備

主要產(chǎn)品包括大型港口碼頭集裝箱岸邊大型橋式吊輪起重機(jī)、港口岸邊基座大型橋式吊輪起重機(jī)、集裝箱碼頭港口岸邊龍門橋式吊輪起重機(jī)、斗式吊輪機(jī)垛橋式堆取料機(jī)、取料機(jī)、裝船機(jī)等。這類機(jī)械設(shè)備上的裝機(jī)容量一般從幾百千瓦至幾千千瓦之間等級(jí)不等，容量較大、供電連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長、距離遠(yuǎn)的一般可以采用10kV或6kV的上機(jī)，機(jī)上一般都會(huì)設(shè)有一個(gè)直流變壓器；對(duì)于裝機(jī)容量相對(duì)較小、供電連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短、距離近的可以采用380V的上機(jī)，一般為適合需要進(jìn)行重復(fù)短工作時(shí)間的高速工作制，采用高速獨(dú)立變頻自動(dòng)速度調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行速度控制；同時(shí)，裝卸機(jī)械設(shè)備的主要類型包括了履帶式大型裝卸物料輸送機(jī)，適用于各種工業(yè)用集散貨物的運(yùn)輸和在碼頭及大型物料運(yùn)輸堆場(chǎng)上的裝卸輸送等。一般以上主要采用電動(dòng)鼠標(biāo)控制燈籠驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓電機(jī)，200kW以下一般以上采用380V穩(wěn)壓電機(jī)連續(xù)供電，200kW以上一般以下采用10kV或20kV穩(wěn)壓電機(jī)連續(xù)供電，以上均采用為長期連續(xù)工作制。

1.2 輔助動(dòng)力設(shè)備

水泵、風(fēng)機(jī)、污水處理廠等設(shè)備、機(jī)修制造設(shè)備、ups移動(dòng)電源、空調(diào)設(shè)備等，除其中的機(jī)修制造設(shè)備外，通常都是專屬長期連續(xù)工作制造的設(shè)備，會(huì)執(zhí)行長期的工作制度[1]。

1.3 室內(nèi)外照明設(shè)備

流機(jī)庫、港區(qū)機(jī)修中心綜合樓、機(jī)修間以及室外港區(qū)應(yīng)急調(diào)度控制中心綜合樓等生產(chǎn)輔助運(yùn)輸設(shè)施以及建筑物內(nèi)的照明設(shè)備、港區(qū)國際貨運(yùn)專用碼頭、道路室外港區(qū)專用照明設(shè)備等都屬于較為常見的室內(nèi)外港區(qū)專用照明設(shè)備[2]。其中，辦公樓的高層建筑物內(nèi)部會(huì)選用各種熒光燈或者其他各種白熾燈具等用來進(jìn)行各種建筑的工業(yè)照明，而對(duì)于作為倉庫與機(jī)械操作用的車間等大型工業(yè)建筑物，則一般是因?yàn)樾枰謩e進(jìn)行選擇一些使用白熾高壓熒光金鹵鈉燈亦或者是使用高壓熒光金鹵燈具等使用燈具來照明，才能真正實(shí)現(xiàn)其在建筑工業(yè)照明上的這一目標(biāo)。在室外的大型貨物運(yùn)輸堆場(chǎng)、道路與大型貨運(yùn)運(yùn)輸碼頭等特殊使用位置上可以選擇高壓鈉燈與金鹵燈提供照明功能[3]。

2.港口電氣設(shè)計(jì)需要遵循的基本原則

港口電氣設(shè)計(jì)首先必須要具備良好的適應(yīng)性，不僅要滿足電能的質(zhì)量和供電的可靠性及設(shè)備用電的負(fù)荷容量，而且還要讓電氣設(shè)備的作用充分發(fā)揮，保持供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、靈活以及高效運(yùn)作，同時(shí)，還要有可控性[4]。電氣設(shè)計(jì)必須保持足夠的安全性，從而確保供電、配電以及用電運(yùn)行的安全，設(shè)計(jì)要按照港口工程的級(jí)別安裝相應(yīng)的智能安全檢測(cè)系統(tǒng)。在安全性的基礎(chǔ)上，盡可能用最少的投資取得最大的利益，因此，在設(shè)計(jì)上可以根據(jù)碼頭的需求，選擇不同形式的供電系統(tǒng)，從而獲取最大的效益；另外，根據(jù)規(guī)范，變電所最好位于負(fù)荷中心，利于節(jié)能也利于節(jié)省投資并節(jié)省有色金屬。因此，工程技術(shù)人員可通過實(shí)際測(cè)量各種數(shù)據(jù)，如電纜的長度、截面、電流等，求出變電所的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行位置，并與實(shí)際位置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，取得經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)[5]。

3.港口工程電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

3.1 進(jìn)行電動(dòng)機(jī)功率的合理配置，根源上降低電能損耗

一臺(tái)配套機(jī)械設(shè)備，或一臺(tái)電動(dòng)水泵，除了需要能正確性地計(jì)算和得出所選擇需要的配套機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)軸功率外，還需要合理正確選擇配套電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，使所選擇的配套電機(jī)啟動(dòng)功率既能夠保證配套電動(dòng)機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又能保證使配套電動(dòng)機(jī)經(jīng)常性地運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳負(fù)載率附近，以利于提高配套電動(dòng)機(jī)的日常運(yùn)行效率，減少電能源的損耗，因?yàn)橐粋€(gè)電動(dòng)機(jī)中有很多空載電能損耗，不管電機(jī)帶不帶負(fù)荷，帶多少負(fù)荷，其中的空載電能損耗總是一定的[6]。因此，一定盡量避免因?yàn)槊つ考哟箅妱?dòng)機(jī)的輸出功率，造成大材小用的情況。因?yàn)橐环矫鏁?huì)大大降低動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的工作效率，增加了電能作為能源的投入成本，另一方面會(huì)大幅增大供電變壓器的供電容量，大大增加了發(fā)電能源的損耗和創(chuàng)業(yè)投資者的成本，極不劃算；基于此，如何科學(xué)有效地準(zhǔn)確做到這一點(diǎn)，需要聘請(qǐng)相關(guān)機(jī)電設(shè)計(jì)專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 變壓器的節(jié)能措施

在變壓器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)盡量采用一種低能耗及使用銅或鋁線材的新型高效率和節(jié)能新型變壓器，減少新型變壓器的內(nèi)部有功負(fù)荷功率上的損耗，盡可能多地使新型變壓器有功負(fù)荷率一般設(shè)計(jì)在75%～85%左右[7]。合理設(shè)計(jì)選擇各種變壓器的使用容量和工作臺(tái)數(shù)，以充分適應(yīng)由于負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)我們能夠靈活自動(dòng)投切變壓器，實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行性并減少由于輕載負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不必要的機(jī)電能源的損耗。同時(shí)，應(yīng)考慮選用阻抗數(shù)值較小的變壓繞組，可考慮采用鋁或銅芯式的變壓器。其實(shí)一個(gè)變壓器實(shí)際工作運(yùn)行的負(fù)荷率通常是很不均勻的，根據(jù)《變壓器允許過負(fù)荷系數(shù)的負(fù)荷率最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間關(guān)系曲線》方法可直接求得一個(gè)變壓器的過負(fù)荷系數(shù)，所以在需要確定一個(gè)變壓器的負(fù)載容量時(shí)，可按75%～85%的平均負(fù)荷率進(jìn)行選擇。若變壓器選擇容量過大，電壓長期低于實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的額定負(fù)荷率，會(huì)直接造成其有功損耗地上升，因?yàn)槠溥x擇容量過大，鐵損增大[8]。為有效減小單臺(tái)變壓器輸出損耗，當(dāng)輸出容量大而經(jīng)常需要同時(shí)選用多臺(tái)大型變壓器時(shí)，在合理控制分配輸出負(fù)荷的情況下，盡可能減少單臺(tái)變壓器的輸出臺(tái)數(shù)，選用比較大容量的單臺(tái)變壓器。同時(shí)，要真正達(dá)到自動(dòng)變壓器環(huán)保節(jié)能的目的，還可以在自動(dòng)變壓器上的低壓側(cè)上安裝自動(dòng)無功補(bǔ)償電流裝置，減少無功電流在自動(dòng)變壓器的流過，通過這樣的補(bǔ)償裝設(shè)將低壓功率損失因數(shù)直接提升至0.9以上，有效地減少了變壓器的電能損耗。

3.3 進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，降低線路電能損耗

大、中型出口港區(qū)的線路用電設(shè)備負(fù)荷大，一般可高達(dá)上萬千瓦，有的甚至高達(dá)幾萬千瓦甚至10萬千瓦，港區(qū)占地面積大、供電范圍廣，各種線路供電銅芯電纜一般長達(dá)十幾甚至數(shù)10公里，其實(shí)在線路上的經(jīng)濟(jì)電能密度損耗也不是一個(gè)小數(shù)目，減少這些線路經(jīng)濟(jì)電能密度損耗我們可從以下幾個(gè)主要方面著手：一，合理設(shè)計(jì)確定大型變電所的電線數(shù)量及最短供電線路半徑，盡量把大型變電所電線布置在比較靠近設(shè)備負(fù)荷所的中心，以減少縮短供電線路距離，降低供電線路損；二，設(shè)備負(fù)荷容量大、供電線路距離夾角較長的供電設(shè)備也可選用較高電壓等級(jí)的特大電壓電纜供電，例如在港口上和集裝箱岸邊上的起重機(jī)、較大負(fù)載功率的閘門機(jī)、橋式線路擬合戰(zhàn)斗機(jī)和卸船機(jī)可采用10kV或6kV的水上機(jī)，供電所的電壓密度提高了，線路經(jīng)濟(jì)電流就可以相應(yīng)有所減小，線路的經(jīng)濟(jì)電能密度損耗也就自然有所減少；三，選用具有載荷物流量大、電阻小的大型銅芯線纜電績，不僅僅需要按載荷電流量和線路電壓密度損失大小來選擇銅芯電纜的其內(nèi)截面，還要按線路經(jīng)濟(jì)電流密度大小來選擇銅芯電纜的外截面[9]。

3.4 優(yōu)化照明設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)照明系統(tǒng)的有效節(jié)能

不同設(shè)計(jì)類型的國際港口，或同一設(shè)計(jì)類型的不同設(shè)計(jì)部位的港口照度和數(shù)值，在國際相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范均已經(jīng)有明確的照度規(guī)定，一般都需要給出高、中、低三檔，設(shè)計(jì)中一定要根據(jù)不同港口的整體規(guī)模、性質(zhì)、夜間作業(yè)運(yùn)行狀況等具體條件確定各不同部分的港口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)照度和數(shù)值，不要盲目追求一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)行追求一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)不僅會(huì)造成港口能源嚴(yán)重浪費(fèi)，也增加了港口運(yùn)營成本，對(duì)港口的節(jié)能減排極不合算，具體對(duì)策如下：

照明標(biāo)準(zhǔn)一定要合理明確：根據(jù)港口的不同類型，其各個(gè)區(qū)域的照度數(shù)值都應(yīng)有明確規(guī)定。簡單來說，可以按照高中低三檔進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。對(duì)具體照度值的確定以港口工程綜合性項(xiàng)目的性質(zhì)、港口規(guī)模以及夜間作業(yè)的情況為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

注重?zé)艟吲c光源的選擇：港口工程往往具有許多功能區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的照明目的各不相同。對(duì)于綜合辦公區(qū)域的照明，應(yīng)盡量選用低氣壓弧光放電電源。對(duì)于倉儲(chǔ)區(qū)域和工程車間等空間較大的場(chǎng)所，可以選擇具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強(qiáng)和不銹蝕等特點(diǎn)的燈具。特殊情況下，港口需要控制性能理想、直射光通過比例高的光源，可以使用LED燈。

進(jìn)行照明的有效控制：根據(jù)港口的環(huán)境條件和港口的功用特點(diǎn)，設(shè)置不同的照明控制方式。例如，在港區(qū)的辦公建筑物，尤其是在晚上，工作人員較少，一個(gè)照明開關(guān)控制的燈具不應(yīng)太多，一個(gè)開關(guān)控制所有燈具會(huì)造成燈光的浪費(fèi)。并且在公共走廊和樓梯間的照明可以采用聲控和觸控開關(guān)。而在港口船舶裝卸區(qū)域，需要持續(xù)性大面積照明，應(yīng)采用一個(gè)照明開關(guān)可以控制一組燈具的方式。

4.結(jié)語

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，肉眼可見的能源消耗不斷增強(qiáng)，不容忽視。而現(xiàn)如今，節(jié)能減排理念已經(jīng)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸貫穿到各個(gè)不同的行業(yè)，港口工程更是同樣如此。本文對(duì)港口和碼頭工程電能消耗的情況、港口電氣設(shè)計(jì)節(jié)能需要遵循的基本原則及港口工程電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能措施進(jìn)行了具體分析和探討，以期為我國港口工程的電力節(jié)能貢獻(xiàn)力量。