Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Подсоединение судна к источнику питания на берегу порта

Подсоединение судна к источнику питания на берегу порта


На берегу и в море

Взгляд на технологии, применяемые на берегу и на борту морских судов, а также пример унификации подачи электроэнергии с берега на судно
ЛУТЦ ТУРМ, ИСМИР ФАЗЛАДЖИЧ, ТОРСТЕН ХАРДЕР, КНУТ МАРКВАРТ - В статье рассматривается масштаб воздействия на окружающую среду в районе морского порта. Правительства, портовые власти и владельцы морских судов изучали различные возможные решения, направленные на уменьшение выбросов судов во время портовых операций. Одним из таких найденных решений было подсоединение находящихся в акватории порта судов к источнику питания на берегу, при котором электроэнергия из наземной сети используется для питания судовой инфраструктуры, применяемой для обеспечения комфорта экипажей и пассажиров во время стоянки, а также для выгрузки и погрузки. Принимая во внимание неизбежную унификацию подачи энергии с берега на судно, практическое воплощение такого решения, возможно, поможет портовым властям и владельцам судов снизить вредные выбросы в районе порта.

Давайте рассмотрим пример подачи электроэнергии с берега на судно рис. 1: Экологические характеристики электричества, вырабатываемого электростанциями на берегу в сравнении с дизельными двигателями судна, работающего на котельном топливе, являются одним из основных преимуществ данной технологии. С помощью производимой на берегу электроэнергии, регулирующие органы могут находить ответы на конкретные местные проблемы (загрязнение) посредством конкретного решения, подходящего именно для данного места (подача электричества с берега). Для морских портов возможность подачи энергии на суда, находящиеся в гавани, позволяет организовать более эффективную и энергоёмкую подачу электрического питания. Кроме того, инвестиции в инфраструктуру остаются стабильными в течение десятилетий при наличии долговременных прибылей. Для проживающих в районе порта людей появляется дополнительное преимущество: снижение шума и вибрации вблизи гавани, а в связи с унификацией подачи электроэнергии с берега на судно, инвестиции в технологии становятся более обоснованными.
1 Общий вид снабжения судна электроэнергией с берега
снабжение судна электроэнергией с берега
1a Трансформатор и распределительное устройство 1b Преобразователь          1с Соединитель
Береговые технологии
Электроснабжение в порту, как правило, похоже на электроснабжение небольшого завода, при котором электричество необходимо для питания разгрузочно-погрузочной инфраструктуры на берегу.
Технологии, необходимые для обеспечения подачи электроэнергии с берега на пришвартованные у пирса суда, не являются каким-либо инновационным оборудованием. На сегодняшний день инженеры могут использовать уже зарекомендовавшие себя технологии для развития надёжной инфраструктуры передачи электроэнергии особо уделяя внимание таким техническим вопросам, как безопасное управление кабельными системами. Стоимость оборудования варьируется в самом широком диапазоне в зависимости от конкретных потребностей порта и электроэнергии, которую он сможет обеспечить. Дополнительные инвестиции обусловлены строительством и монтажными работами на причале и потенциальными потребностями, относящимися к расширению общей портовой электросети.
Электроснабжение в порту, как правило, похоже на электроснабжение небольшого завода, при котором электричество необходимо для питания разгрузочно-погрузочной инфраструктуры на берегу, в которую входят краны, транспортёры и потальные краны, охлаждение, подогрев и прочие мелкие объекты. У большинства портов есть доступ к источникам энергоснабжения для подачи питания таким потребителям с дополнительными 2-3 мегаваттами для второстепенных потребностей. С учётом того, что потребности судна в электричестве при нахождении в акватории порта могут достигать 10 мегаватт в зависимости от типа судна, энергетической инфраструктуры во многих портах будет недостаточно, чтобы обеспечить достаточную подачу электроэнергии без существенного расширения своей собственной электросети. В этом случае могут потребоваться инвестиции в строительство новой подстанции или установку новой входящей линии электропередачи большей мощности; оба варианта потребуют переговоров с поставщиком электроэнергии в данный порт. Энергетические решения, основанные на береговой инфраструктуре, часто включают всю цепочку с входящей подстанции, трансформаторы и преобразователи частот для приведения судовой электросети в соответствие напряжению и частоте общей электросети Такое решение позволит осуществить одновременное подключение нескольких судов с частотой 50 и 60 Гц независимо от частоты местной сети. Такие решения также включают соединительную кабельную проводку и терминалы пирса.
Для каждой береговой точки подсоединения к электросети порт или терминал должен предоставить выделенный трансформатор, служащий для двух целей. Во- первых, он обеспечивает требуемую гальваническую развязку (неметаллическое прямое соединение между электросетью на суше и внутренней системой судна) таким образом, чтобы замыкание
на землю электросети судна не представляло опасности для портовой сети и наоборот. Во-вторых, трансформатор уменьшает напряжение тока с оптимизированного для распределения уровня (например, 20 кВт) до одного или двух уровней напряжения, принятых в качестве стандарта для соединения между берегом и судном: 11 или 6,6 кВ в зависимости от судна.

Footnote
Подача электроэнергии с берега на судно известна также под названием «холодная глажка», подача питания с суши, альтернативная судовая энергия (AMP) или береговое подсоединение.

2 Комплект статического преобразователя частот АББ для подачи электроэнергии с берега на судно в диапазоне от 120 кВА до сотен МВА (PCS6000).

Комплект статического преобразователя частот АББ
Статический преобразователь частот АББ PCS6000

а Статический преобразователь частот АББ PCS100                     b Статический преобразователь частот АББ PCS6000

Многие из современных судов с оборудованием для подключения к наземной сети были переоснащены, а не были построены уже с установленным оборудованием.

Каждая береговая точка подсоединения к электросети требует распределительного устройства среднего напряжения с автоматическим переключателем заземления. В сущности, распределительное устройство прерывает подачу энергии, а переключатель гарантирует, что в кабелях между берегом и судном во время обслуживания и подсоединения не остаётся никакой энергии. Поскольку самый высокий риск, связанный с береговыми точками подсоединения к электросети - это травмы персонала, работающего с кабелями и системами, наличие такого распределительного устройства является критически важным.
Статический преобразователь частот необходим для большинства береговых точек подсоединения к электросети рис. 2. Большинство судов работает на частоте 60 Гц, тогда как частота местных сетей во многих странах мира составляет 50 Гц рис. 3. В результате, большинство береговых точек подсоединения к электросети требуют преобразования частоты. Статические преобразователи частот обеспечивают экономичное решение подсоединения любого судна к любой сети независимо от требуемой частоты. В зависимости от расположения портовых сооружений, централизованное решение с одним преобразователем может обслуживать множество судов и причалов. Благодаря малой занимаемой площади, преобразователи подходят к зданию или помещению любой подстанции наряду с компактным распределительным устройством и трансформаторами. Кроме того, преобразователи частоты улучшают общее качество электроэнергии портовой электросети с помощью повышения коэффициента мощности и стабилизации напряжения и частоты. В зависимости от проектных требований, применяются низковольтные преобразователи PCS100 или средневольтные PCS6000 рис. 2. Наконец, портовая инфраструктура для подачи электроэнергии с берега на судно должна включать систему автоматизации и связи, которая позволяет обслуживающему персоналу координировать подсоединение кабелей и синхронизировать электрическую нагрузку судна с подачей питания с берега. Это стало возможным с помощью двух выносных терминалов (RTU), одно из которых находится на борту судна, а второе - на берегу, оснащённые Ethernet-связью через оптоволоконный кабель.
Система береговых точек подсоединения к электросети позволяет экономить драгоценную причальную площадь. Входная подстанция может быть удобно расположена на расстоянии до 10 километров от причального трансформатора и панелей среднего напряжения, которые непосредственно подают электроэнергию на судно. Со стороны причала имеется лишь один небольшой и надёжно закреплённый контейнер размером с комнату, в котором размещается силовой трансформатор, распределительное устройство среднего напряжения с автоматическим переключателем заземления, устройства защиты и управления и интерфейс оператора. Основное преимущество компактной береговой инфраструктуры заключается в том, что она обеспечивает бесперебойную работу в доке и может выполняться в мобильной версии.
Технологии на борту судна
Чтобы использовать полученную с берега электроэнергию, суда должны быть при постройке или модернизации оснащены оборудованием, позволяющим осуществлять соединение с портовой электросетью, синхронизирующим передачу энергии с берега на судно и подсоединяющим входящую электроэнергию к силовой сети вспомогательных механизмов судна. Можно безопасно переоборудовать судно в сравнительно короткие сроки, как в плавании, так и при нахождении в сухом доке без длительного простоя.
3 Частоты, применяемые в разных странах. Эта разница требует наличия преобразователей частоты для подачи электроэнергии с берега на судно.
Частоты, применяемые в разных странах
Вначале, вырабатываемая на суше электроэнергия, должна подаваться на борт через кабели рис. 4, 5. В некоторых случаях, в частности для контейнеровозов и трейлерных судов для перевозки автомобилей, кабель устанавливается на судне и спускается через бобину или барабан к причалу, где его подсоединяют к сети. На круизных судах кабель всегда находится на берегу с небольшим встроенным гидравлическим рукавом для направления. Когда система управления кабельной системой расположена на берегу, электрическое подсоединение на корабле осуществляется с помощью панели соединительной арматуры для приёма энергии с берега рис. 6. В большинстве случаев такая панель должна располагаться вблизи корпуса судна и в пределах удобной досягаемости для тяжёлых кабелей на берегу.
Береговая соединительная панель содержит автоматический выключатель, релейную защиту, физическое электрическое подсоединение (штепсель и кабель заземления) и интерфейс управления с интегрированной судовой системой автоматизации или системой управления энергией. Эти системы позволяют синхронизировать поступающую электроэнергию с дизельными вспомогательными двигателями судна до передачи нагрузки. Береговая соединительная панель АББ состоит из двух электрошкафов, габариты которых варьируются в зависимости от номинальной мощности. Данное оборудование среднего напряжения должно устанавливаться в специально выделенном помещении.
4 Соединительные кабели на теплоходе Oosterdam класса Vista, принадлежащего компании Holland America Line.
Соединительные кабели на теплоходе
На судах, использующих обычную механическую тягу (при которой дизельные двигатели непосредственно приводят в действие винты судна, в противоположность дизельной электрической тяге), низковольтная вспомогательная энергосистема судна, с напряжением, как правило, 400 - 690 В, требует, чтобы питание, получаемое трансформатором с берега, составляло 11 или 6,6 кВ. Этот трансформатор является относительно большим и громоздким, но, в отличие от береговой соединительной панели, он может быть установлен в машинном отделении или в любом другом подходящем месте на борту судна.
Процесс соединения и отсоединения судна от поступающего с берега электропитания занимает от пяти до 30 минут. На борту судна старший механик или специально обученный член команды, знакомый с системой управления энергообеспечением судна, следит за подачей электроэнергии. Управление кабельной системой может осуществляться как морским, так и портовым персоналом, прошедшим соответствующее обучение работе с оборудованием среднего напряжения. По крайней мере, одна компания начала проводить исследования с целью создания автоматизированной системы для подключения кабелей к судну для повышения безопасности и экономии времени.
В настоящее время большинство судов, оборудованных инфраструктурой для приёма электроэнергии с берега, являются контейнеровозами, и многие проектировщики морских судов включают эту инфраструктуру в свои проекты или оставляют место для её размещения. Многие из современных судов с оборудованием для подключения к наземной сети были переоснащены (т. е. оборудование было дополнительно установлено на существующее судно), а не были построены с установленным оборудованием.
Тогда как лишь немногие технологии, установленные на судах для получения электроэнергии с берега, являются новыми, обычно вся система должна проектироваться в зависимости от конкретного случая для каждой установки. Даже если соединение унифицировано, проект судна не является таковым, означая то, что проблемы с местом, доступностью, взаимодействием с системой управления электроэнергией и дизельными двигателями - всё это требует рассмотрения и оценки до установки. Концерн АББ разработал решения под ключ, включающие весь объём поставки, с минимальным простоем судна.
МЭК, ISO и IEEE объединили свои усилия в создании стандарта, который сделает возможным чётко и однозначно унифицированное подсоединение для подачи электроэнергии с суши.

Стандартизация системы подсоединения питания между берегом и судном
Чтобы сделать поставки электроэнергии с берега на судно экономически привлекательными для портов и владельцев судов, характер и расположение подсоединений электроэнергии должен быть приведён к единому стандарту. Ни владелец порта, ни собственник судна не смогут обосновать необходимость инвестиций в дорогостоящее оборудование для соединения с береговой электросетью без уверенности в том, что такая система сохранит свою функциональность во многих юрисдикциях и в течение определённого периода времени.

5 Подача электроэнергии с берега на судно с помощью оборудования АББ в Гётеборге (Швеция)
Подача электроэнергии с берега на судно с помощью оборудования АББ
распредустройство на судне

Работа над общим стандартом подачи электроэнергии на пришвартованные суда с берега стартовала в начале 2005 года. В число основных участников этой работы вошли поставщики технологических решений, правительственные органы, владельцы судов (в частности, круизных судов, танкеров и контейнеровозов), классификационные общества и другие. МЭК, ISO и IEEE * объединили свои усилия для создания стандарта, который сделает возможным чётко и однозначно унифицированное подсоединение подачи электроэнергии с суши.

С помощью производимой на берегу электроэнергии, регулирующие органы могут находить ответы на конкретные местные проблемы (загрязнение) посредством конкретного решения, подходящего именно для данного места (подача электричества с берега).

Такой стандарт коснётся спецификаций, монтажа и тестирования береговых систем подач электроэнергии, станций и систем:

  1. Береговая распределительная система
  2. Подсоединение между берегом и судном
  3. Трансформаторы/реакторы
  4. Полупроводниковые и вращающиеся преобразователи
  5. Судовые системы распределения
  6. Управление, наблюдение, блокировка и системы управления энергией

Цель работ по стандартизации состояла в том, чтобы определить требования о том, что «техническая поддержка с применением подходящих операционных методов соответствующих судов для быстрого подсоединения к соответствующим береговым сетям электропитаниями высокого напряжения посредством соответствующего соединения между берегом и судном» [1]. Это должно устранить необходимость для судов или эксплуатантов порта приспосабливать или регулировать свою инфраструктуру таким образом, чтобы сделать подсоединение энергии возможным.
Было решено отказаться от первоначальной цели, заключавшейся в создании единого и глобального стандарта подсоединения для всех судов во всех портах. Потребности в электроэнергии и мощность судов отличаются настолько разительно, что единый стандарт был бы просто невыполним. В результате были разработаны четыре отдельных, но взаимосвязанных стандарта - один для трейлерных судов, один для контейнеровозов, один для круизных лайнеров и ещё один для танкеров. Кроме того, существуют два основных стандартных напряжения для подсоединения питания - 11 кВ и 6,6 кВ.
При наличии единого стандарта, инвестиции со стороны судовладельцев и портовых властей в системы электроснабжения судов с берега должны значительно возрасти. Окончательная редакция стандарта близка к утверждению.
Лутц Турм
АББ, отдел судового оборудования
lutz.thurm@us.abb.com
Измир Фаладжич
АББ, отдел берегового оборудования ismir.fazlagic@se.abb.com Торстен Хардер
АББ, отдел преобразователей частот
thorsten.harder@ch.abb.com
Кнут Маркварт
АББ, отдел маркетинга и работы с клиентами knut.marquart@ch.abb.com
Дополнительная литература

  1. Marquart, K., Haasdijk, Т., Ferrari, GB,

Schmidhalter, R. Подача энергии с берега на судно: решение «под ключ» концерна АББ существенно снижает выбросы в порту. «АББ Ревю» 4/2010, стр. 56-60.

  1. www.abb.com/ports

Литература
[1] МЭК/PAS 60092-510. Редакция 1.0 (Апрель 2009 г.). Электрическое оборудование судна - Часть 510: Особенности - Высоковольтные системы подачи электроэнергии с берега.
Взято в сентябре 2010 г. с сайта http://webstore. IEC.ch/preview/info_ IECpas60092- 510%7Bed1.0%7Den.pdf.

*МЭК - международная комиссия по электротехнике; ISO - Международная организация по стандартизации;
IEEE - Институт инженеров по электротехнике и электронике (США)

Источник: AББ

 
« Плавающие ветряные турбины для сбора зеленой электроэнергии   Преобразование энергетической системы могло бы сэкономить Европе до 81 млрд евро »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.