港口能源管理与机电设备节能策略

李喆

摘要：港口作为我国交通运输体系中的重要组成部分，在物联网、大数据、5G等技术的支撑下逐渐成为智能化、自动化、高效化的物流平台，并集运输、配送、仓储等功能于一身，其规模逐渐扩大，在我国经济发展中地位逐渐提升。但不可忽视其资源消耗仍然占据我国交通事业总资源消耗的较大比重，因此需要做好我国港口机电设备节能减排工作，积极运用现代科学技术降低港口能耗，减轻港口运行中对生态环境的负面影响，提高港口运行的效率，以实现国家总体规划中的节能目标。本文主要从技术层面出发，探究我国港口节能减排技术的现状及其应用。

关键词：港口能源管理；机电设备；节能策略

1港口机电设备的发展概述

中国高度重视对外贸易，而且当前正处于规模化发展阶段，港口运输货物逐渐增多、吞吐量日渐增加，需要实施港口机械化运行，以提高运输效率，满足快速增长的对外贸易需求。在当前港口机械化快速发展的环境中，机电设备要更好地发挥其功能，确保港口处于稳定运输状态，这对促进贸易发展具有重要作用。1）在社会经济水平大幅度提高的过程中，各个港口在区域经济中的地位越来越重要，很多港口的建设规模不断扩大，同时积极探索发展除运输功能以外的其他功能。在这种情况下，港口的工作区间呈现密集化特点，导致在运行过程中机电设备的总量逐渐增加，越来越多的大型机电设备被广泛应用，进一步提高了港口的整体生产效率，也在一定程度上降低了能源的消耗总量，为新技术及新工业广泛应用提供了便利条件。从这一角度来看，港口机电设备大型化是一种必然的发展趋势，在机电设备体形不断扩大的过程中，其功能也会相应地完善。2）在越来越多先进技术的支持下，港口机电设备运行速度逐渐加快，能够有效解决传统设备工作效率相对较低的问题。3）现如今，先进的信息技术走进了人们的生活，在很大程度上改变了人们的工作方式和思维方式，对于各行各业的发展都将会起到重要的促进作用。信息技术对于提升港口机电设备的运行能力将会起到重要的作用，很多港口在机电设备实际运行的过程中，积极尝试引入现代化信息技术，在一定程度上提高了机电设备的运行效率，也减轻了工作人员的工作压力，对节能减排目标的实现起到重要的促进作用。

2港口能源管理与机电设备节能策略

2.1港口能源管理概述

随着经济快速发展，港口规模快速扩大，已有传统港口存在巨大的能源消耗和二氧化碳排放。伴随港口能源转型，港口供能不再全部依赖于传统能源，使用可再生能源为港口供电成为降低港口碳排放的有效方法[17]，但考虑到新能源不稳定性和不确定性[18]，仍需要在港口微电网中保留传统电厂以保证港口供电的可靠性。同时，由于港口中仍存在传统电厂，仍存在部分碳排放，对于这部分碳排放的处理，选择在港口因地制宜安装碳捕集设备和碳封存设备，能够有效捕捉和封存二氧化碳，进一步降低二氧化碳的排放。低碳港口微电网中包含大量可再生能源设备、碳捕集设备、碳封存设备的港口微电网，由于低碳港口包含以往传统港口没有的设备，考虑到其设备的多样性以及碳捕集碳封存设备对传统电厂的碳排进行捕集和封存的处理，因此港口的能源管理问题需要得到广泛研究。港口的能源管理问题本质上是以经济最大化为目标，满足多种安全、稳定运行约束的一种复杂系统优化问题。针对港口特定类型的负荷需求造成的额外成本，Kermani提出一种包含多种储能装置的储能系统以削减用电高峰，实现减少能源浪费和保证港口的经济性。

2.2机电设备节能技术

2.2.1港口供电系统的升级与改造

传统港口内船舶主要依靠自身的发电机组供电，这样会导致大量的燃料消耗和碳排放。为了降低港口内船舶的排放，可以对港口供电系统进行升级和改造，引入岸电供应设施。岸电技术是一种将岸上电网的电力输送至停靠在港口的船舶供电的技术。通过在港口建设岸电设施，船舶可以在停泊期间切换至使用岸上电源供电，避免使用自身发电机组，从而实现零排放。岸电技术的推广和应用可以大幅减少船舶在港口停泊期间的能源消耗和碳排放，提高港口的环境质量。为了推广和应用岸电技术，需要建设岸电设施和配套设备，确保港口内的电力供应能够满足船舶的需求。岸电设施需要考虑电力容量、接口标准、连接方式等因素，以确保不同类型的船舶都能够方便地接入岸电系统。此外，还需要建立相应的管理和监控系统，确保岸电设备的稳定运行和安全使用。在推广过程中，可以制定相应的政策和标准，鼓励和引导港口和船舶运营者积极采用岸电技术。政府可以提供资金支持和优惠政策，鼓励港口和船舶运营者投资岸电设施的建设。此外，还应制定岸电技术的标准和规范，确保不同港口之间的互联互通和设备的兼容性。

2.2.2变频技术的应用

在港口装卸过程中，装卸设备不能长时间高负荷运转，因此，引入变频技术能够保障装卸设备的稳定性，完全符合节能减排的要求。变频技术的工作原理就是使交流电先通过半导体，然后变为其它频率，再利用相关设备将交流电转化为直流电，最后再利用逆变器实现对电流和电压的调节和控制，该调速方式可以降低能耗，最大限度地节约能源，与此同时也保护了周围的环境。变频技术能够依照实际的工作量来对速度进行更改和调整，工作负荷高提升速度，反之则降低速度。变频技术可实现电流频率对电机转速的控制，从而有效控制装卸设备，保障港口装卸的安全性和稳定性，提高装卸工作效率。变频技术中的电路有4部分，即整流、直流、控制和逆变。这4个部分相互作用、相辅相成，一起完成对装卸设备的控制。装卸设备中应用变频技术，可以提高机电设备的各项性能，提高其运行效率，降低能耗。随着科学技术的不断发展，变频器的应用范围也在不断扩大，比如数字化、编程、通讯等，为变频技术在船舶装卸设备中的应用提供了可靠的依据。

2.2.3调整岸桥用电负荷峰值

岸桥是集装箱港口用电量最大的设备之一。调整岸桥用电负荷峰值不仅能够节省高峰用电电费，还能降低港口最大能源消耗，利于港口能源供需平衡。然而用电负荷调峰技术多见于城市电力系统，针对岸桥用电负荷峰值调整的研究尚处于起步阶段。设备改造、岸桥优化调度与调整岸桥用电负荷峰值是岸桥节能减排的重要措施。设备改造技术多集中于增加储能设备，岸桥电力系统改造，提高岸桥能源效率等方面；在岸桥优化调度方面，尚需考虑船舶随机到港等不确定因素，构建泊位分配与岸桥动态调度的联合优化模型来减少岸桥排放；调整岸桥用电负荷峰值虽然能够减少最大能源消耗量，但需考虑岸桥节能与生产效率之间的均衡。

2.2.4对照明系统进行控制

（1）采用LED灯代替传统光源。LED灯是近几年兴起的照明光源，与传统的光源相比，LED灯最大的特点就是节能，在相同亮度的情况下，LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4，同时它的发热量很小，可以大大减少对室内温度的影响，减轻室内空调的能耗。传统光源中红外线与紫外线的辐射是造成灯具升温和褪色的主要元凶，而LED光源不含紫外线和红外线，不产生辐射，杜绝光污染，不会对人体造成危害。现今除室内采用LED灯以外，港区和码头照明同样由LED灯替代了原来的高压钠灯和金卤灯等传统光源，由于在同等亮度下LED灯的功率比传统光源小一半以上，大大减少了电缆截面，降低了线缆损耗，大大减少了电缆的投资。（2）设置照明控制系统。在港区和码头合理布置照明灯的同时，对照明光源进行控制，照明控制系统由现场输入输出模块及现场总线设备等组成，可采用时控、光敏等控制方式，港区和码头除采用路灯或高杆灯照明之外，同时可利用机械设备自带照明装置进行补充照明，以达到节能的目的。

参考文献

[1]丁亮.交通运输行业港口船舶岸电系统的标准化建设[J].船舶物资与市场,2022,30(2):7-9.

[2]唐思远.我国港口标准化工作进展及发展建议[J].水运管理,2020,42(2):14-17.