港口工程电气设计节能措施

程志意

（中国交通信息科技集团有限公司，北京 100088）

随着当前我国海洋经济的高速健康发展，海洋国际的经济交流日益密切，我国大型港口工程使用能源的消耗日趋快速增加，随着港口能源消耗的日益快速增加，我国一方面仍然需要花费大量的外汇进口工程能源，另一方面严重增加了大气碳的平均排放量，不利于可持续发展。近年来，国家把推进节能低碳减排、绿色经济发展作为一项国家基本国策，对城市新建和改扩建工程项目的长期节能减排要求也越来越高，在港口工程设计中十分强调节能减排，从侧面上说明港口工程电气设计的节能减排迫在眉睫、不容忽视。本文具体而深入地探讨和研究分析了我国港口和船舶码头电气工程电能资源消耗的总体情况、港口码头电气设计满足保障需要时应遵循的基本节能原则及用于港口码头工程利用电气设计的主要节能保障措施。

1.港口工程电能消耗的基本情况（设备的构成）

港口和码头船舶工程的建筑设计中，用电机械设备的构成可能随其使用性质的不同而不同，但其构成大体上可以划分为以下3类：装卸用电机械设备、辅助用电动力设备、室内外专用照明设备。

1.1 装卸机械设备

主要产品包括大型港口码头集装箱岸边大型桥式吊轮起重机、港口岸边基座大型桥式吊轮起重机、集装箱码头港口岸边龙门桥式吊轮起重机、斗式吊轮机垛桥式堆取料机、取料机、装船机等。这类机械设备上的装机容量一般从几百千瓦至几千千瓦之间等级不等，容量较大、供电连续运行时间长、距离远的一般可以采用10kV或6kV的上机，机上一般都会设有一个直流变压器；对于装机容量相对较小、供电连续运行时间短、距离近的可以采用380V的上机，一般为适合需要进行重复短工作时间的高速工作制，采用高速独立变频自动速度调速系统进行速度控制；同时，装卸机械设备的主要类型包括了履带式大型装卸物料输送机，适用于各种工业用集散货物的运输和在码头及大型物料运输堆场上的装卸输送等。一般以上主要采用电动鼠标控制灯笼驱动稳压电机，200kW以下一般以上采用380V稳压电机连续供电，200kW以上一般以下采用10kV或20kV稳压电机连续供电，以上均采用为长期连续工作制。

1.2 辅助动力设备

水泵、风机、污水处理厂等设备、机修制造设备、ups移动电源、空调设备等，除其中的机修制造设备外，通常都是专属长期连续工作制造的设备，会执行长期的工作制度[1]。

1.3 室内外照明设备

流机库、港区机修中心综合楼、机修间以及室外港区应急调度控制中心综合楼等生产辅助运输设施以及建筑物内的照明设备、港区国际货运专用码头、道路室外港区专用照明设备等都属于较为常见的室内外港区专用照明设备[2]。其中，办公楼的高层建筑物内部会选用各种荧光灯或者其他各种白炽灯具等用来进行各种建筑的工业照明，而对于作为仓库与机械操作用的车间等大型工业建筑物，则一般是因为需要分别进行选择一些使用白炽高压荧光金卤钠灯亦或者是使用高压荧光金卤灯具等使用灯具来照明，才能真正实现其在建筑工业照明上的这一目标。在室外的大型货物运输堆场、道路与大型货运运输码头等特殊使用位置上可以选择高压钠灯与金卤灯提供照明功能[3]。

2.港口电气设计需要遵循的基本原则

港口电气设计首先必须要具备良好的适应性，不仅要满足电能的质量和供电的可靠性及设备用电的负荷容量，而且还要让电气设备的作用充分发挥，保持供电系统的稳定、灵活以及高效运作，同时，还要有可控性[4]。电气设计必须保持足够的安全性，从而确保供电、配电以及用电运行的安全，设计要按照港口工程的级别安装相应的智能安全检测系统。在安全性的基础上，尽可能用最少的投资取得最大的利益，因此，在设计上可以根据码头的需求，选择不同形式的供电系统，从而获取最大的效益；另外，根据规范，变电所最好位于负荷中心，利于节能也利于节省投资并节省有色金属。因此，工程技术人员可通过实际测量各种数据，如电缆的长度、截面、电流等，求出变电所的经济运行位置，并与实际位置进行经济比较，取得经验和数据[5]。

3.港口工程电气设计的节能措施

3.1 进行电动机功率的合理配置，根源上降低电能损耗

一台配套机械设备，或一台电动水泵，除了需要能正确性地计算和得出所选择需要的配套机械运转轴功率外，还需要合理正确选择配套电动机的运转功率，使所选择的配套电机启动功率既能够保证配套电动机械的正常运转，又能保证使配套电动机经常性地运转在最佳负载率附近，以利于提高配套电动机的日常运行效率，减少电能源的损耗，因为一个电动机中有很多空载电能损耗，不管电机带不带负荷，带多少负荷，其中的空载电能损耗总是一定的[6]。因此，一定尽量避免因为盲目加大电动机的输出功率，造成大材小用的情况。因为一方面会大大降低动力电动机的工作效率，增加了电能作为能源的投入成本，另一方面会大幅增大供电变压器的供电容量，大大增加了发电能源的损耗和创业投资者的成本，极不划算；基于此，如何科学有效地准确做到这一点，需要聘请相关机电设计专业人员进行设计。

3.2 变压器的节能措施

在变压器系统设计中我们应尽量采用一种低能耗及使用铜或铝线材的新型高效率和节能新型变压器，减少新型变压器的内部有功负荷功率上的损耗，尽可能多地使新型变压器有功负荷率一般设计在75%～85%左右[7]。合理设计选择各种变压器的使用容量和工作台数，以充分适应由于负荷发生变化时我们能够灵活自动投切变压器，实现提高运行性并减少由于轻载负荷运行时不必要的机电能源的损耗。同时，应考虑选用阻抗数值较小的变压绕组，可考虑采用铝或铜芯式的变压器。其实一个变压器实际工作运行的负荷率通常是很不均匀的，根据《变压器允许过负荷系数的负荷率最大负荷持续时间关系曲线》方法可直接求得一个变压器的过负荷系数，所以在需要确定一个变压器的负载容量时，可按75%～85%的平均负荷率进行选择。若变压器选择容量过大，电压长期低于实际经济运行的额定负荷率，会直接造成其有功损耗地上升，因为其选择容量过大，铁损增大[8]。为有效减小单台变压器输出损耗，当输出容量大而经常需要同时选用多台大型变压器时，在合理控制分配输出负荷的情况下，尽可能减少单台变压器的输出台数，选用比较大容量的单台变压器。同时，要真正达到自动变压器环保节能的目的，还可以在自动变压器上的低压侧上安装自动无功补偿电流装置，减少无功电流在自动变压器的流过，通过这样的补偿装设将低压功率损失因数直接提升至0.9以上，有效地减少了变压器的电能损耗。

3.3 进行供配电系统设计的优化，降低线路电能损耗

大、中型出口港区的线路用电设备负荷大，一般可高达上万千瓦，有的甚至高达几万千瓦甚至10万千瓦，港区占地面积大、供电范围广，各种线路供电铜芯电缆一般长达十几甚至数10公里，其实在线路上的经济电能密度损耗也不是一个小数目，减少这些线路经济电能密度损耗我们可从以下几个主要方面着手：一，合理设计确定大型变电所的电线数量及最短供电线路半径，尽量把大型变电所电线布置在比较靠近设备负荷所的中心，以减少缩短供电线路距离，降低供电线路损；二，设备负荷容量大、供电线路距离夹角较长的供电设备也可选用较高电压等级的特大电压电缆供电，例如在港口上和集装箱岸边上的起重机、较大负载功率的闸门机、桥式线路拟合战斗机和卸船机可采用10kV或6kV的水上机，供电所的电压密度提高了，线路经济电流就可以相应有所减小，线路的经济电能密度损耗也就自然有所减少；三，选用具有载荷物流量大、电阻小的大型铜芯线缆电绩，不仅仅需要按载荷电流量和线路电压密度损失大小来选择铜芯电缆的其内截面，还要按线路经济电流密度大小来选择铜芯电缆的外截面[9]。

3.4 优化照明设计方案，促进照明系统的有效节能

不同设计类型的国际港口，或同一设计类型的不同设计部位的港口照度和数值，在国际相关设计规范均已经有明确的照度规定，一般都需要给出高、中、低三档，设计中一定要根据不同港口的整体规模、性质、夜间作业运行状况等具体条件确定各不同部分的港口设计标准照度和数值，不要盲目追求一个高标准，强行追求一个高标准不仅会造成港口能源严重浪费，也增加了港口运营成本，对港口的节能减排极不合算，具体对策如下：

照明标准一定要合理明确：根据港口的不同类型，其各个区域的照度数值都应有明确规定。简单来说，可以按照高中低三档进行分类设计。对具体照度值的确定以港口工程综合性项目的性质、港口规模以及夜间作业的情况为标准进行分析。

注重灯具与光源的选择：港口工程往往具有许多功能区域，每个区域的照明目的各不相同。对于综合办公区域的照明，应尽量选用低气压弧光放电电源。对于仓储区域和工程车间等空间较大的场所，可以选择具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等特点的灯具。特殊情况下，港口需要控制性能理想、直射光通过比例高的光源，可以使用LED灯。

进行照明的有效控制：根据港口的环境条件和港口的功用特点，设置不同的照明控制方式。例如，在港区的办公建筑物，尤其是在晚上，工作人员较少，一个照明开关控制的灯具不应太多，一个开关控制所有灯具会造成灯光的浪费。并且在公共走廊和楼梯间的照明可以采用声控和触控开关。而在港口船舶装卸区域，需要持续性大面积照明，应采用一个照明开关可以控制一组灯具的方式。

4.结语

随着我国社会经济发展，肉眼可见的能源消耗不断增强，不容忽视。而现如今，节能减排理念已经随着社会经济发展逐渐贯穿到各个不同的行业，港口工程更是同样如此。本文对港口和码头工程电能消耗的情况、港口电气设计节能需要遵循的基本原则及港口工程电气设计的节能措施进行了具体分析和探讨，以期为我国港口工程的电力节能贡献力量。