Sursa de țărm: cum funcționează, standarde și aplicații marine

Ce este sursa de alimentare Shore?

Sursa de alimentare de la mal — cunoscută și sub numele de călcare la rece, energie maritimă alternativă (AMP) sau sursă de energie pe uscat (OPS) — este furnizarea de energie electrică de la o conexiune la rețea terestră la o navă în timp ce aceasta este acosată într-un port sau port. În loc să pornească la bord motoare diesel auxiliare pentru a genera energie electrică pentru încărcăturile hotelului (iluminat, HVAC, refrigerare, sisteme de navigație și facilități pentru echipaj) în timpul șederii în port, nava își oprește generatoarele și preia energie direct din infrastructura electrică de pe mal printr-o conexiune standardizată.

Termenul „călcare la rece” datează dintr-o epocă anterioară a navelor alimentate cu abur, când toate mașinile – inclusiv cazanele și motoarele din fier – s-au răcit în timpul escalelor în port, odată ce puterea de la mal a preluat controlul. În contextul modern, beneficiul este în primul rând de mediu și economic: un container mare sau o navă de croazieră aflată la dană poate consuma 1–5 MW de putere auxiliară , toate acestea fiind generate de motoarele diesel care emit NOₓ, SOₓ, particule și CO₂ direct în mediul portuar. Energia de la mal elimină în totalitate aceste emisii la dană, înlocuindu-le cu electricitate de rețea care, în funcție de mixul energetic național, are o intensitate de carbon substanțial mai mică.

Porturile din California, Europa de Nord și China au fost primele care au adoptat-o ​​pe scară largă, determinate de presiunea de reglementare din partea autorităților de calitate a aerului. The Reglementarea UE FuelEU Maritime iar cea revizuită Regulamentul UE privind infrastructura combustibililor alternativi (AFIR) acum impune furnizarea de energie la mal în porturile majore TEN-T pentru nave-containere, nave de pasageri și cisternă până în 2030, accelerând adoptarea globală a infrastructurii de călcat la rece.

Cum funcționează un sistem de alimentare de la mal

Un sistem complet de alimentare cu energie electrică la mal implică infrastructură atât pe babord, cât și pe partea navei, conectată printr-o interfață standardizată. Lanțul electric de la rețea până la tabloul de distribuție al navei implică mai multe etape de conversie și protecție.

Infrastructura Port-Side

Portul instalează a convertizor de frecvență și substație de transformare la sau în apropierea danei. Acest lucru este necesar deoarece navele își operează sistemele electrice fie la 60 Hz (standardul pentru majoritatea navelor comerciale construite conform normelor convenției SOLAS americane sau internaționale), fie la 50 Hz (nave europene), indiferent de frecvența rețelei naționale a portului. Convertorul de frecvență – de obicei o unitate statică în stare solidă care utilizează conversia AC-DC-AC – acceptă puterea rețelei la frecvența locală și furnizează frecvența necesară a navei la tensiunea corectă. Tensiunile de ieșire pentru navele de mare putere sunt de obicei 6,6 kV sau 11 kV pentru a minimiza curentul cablului și pierderile pe distanța de conectare la chei.

De la substație, puterea este direcționată către a cutie de conectare la mal (SCB) sau piedestal montat la fața danei. SCB furnizează punctul fizic de conectare, aparatura de protecție (întrerupător de circuit și protecție împotriva defecțiunilor la pământ), contorizarea și sistemul de gestionare a cablurilor - fie o bobină de cablu retractabilă, un coș de cabluri, fie o macara de manipulare a cablurilor de la mal la navă pentru conexiuni mari de înaltă tensiune.

Echipament pe marginea navei

Vasul este echipat cu a panou de alimentare de la mal — situată de obicei pe puntea principală sau pe puntea superioară în apropierea zonei colectorului — care conține tabloul de înaltă tensiune de la bord, transformatorul de izolare (în unele configurații), controlerul de gestionare a puterii și priza de admisie standardizată. Când este conectat, sistemul de management al energiei al navei efectuează o verificare de sincronizare pentru a potrivi faza, tensiunea și frecvența alimentării de la mal cu bara internă a navei înainte de a transfera sarcina și de a opri generatoarele auxiliare. Acest transfer este gestionat automat de către sistem de management al energiei (PMS) pentru a preveni întreruperea sarcinilor critice.

Putere de țărm de joasă tensiune pentru nave mici și porturi

Pentru navele de agrement, feriboturile mici și bărcile de lucru, energia de la mal este furnizată la tensiune joasă - de obicei 230V monofazat sau 400V trifazat la 50 Hz sau 120 V/240 V la 60 Hz în porturile nord-americane. Piedestalele pentru portul de agrement oferă prize individuale de contorizare cu valori cuprinse între 16A și 125A, suficiente pentru navele cu încărcături la hotel de până la aproximativ 50 kW. Conexiunea se realizează prin cabluri flexibile de alimentare de la mal cu ștecheri și prize cu blocare prin răsucire sau IEC 60309 (industriale) pentru utilizare în aer liber și în apropierea apei sărate.

Standarde de putere și tipuri de conectori

Interoperabilitatea dintre navele din diferite state de pavilion și porturi din întreaga lume necesită specificații de conectare standardizate. Standardul internațional principal care guvernează infrastructura de călcat la rece de mare putere este IEC/ISO/IEEE 80005-1:2019 , care acoperă sistemele de conectare la mal de înaltă tensiune pentru navele cu cerințe de putere de 1 MW și mai mult. Standardele complementare se referă la conexiunile la utilități, protocoalele de comunicație și interblocările de siguranță.

Standardul IEC 80005-1 specifică nu numai parametrii electrici, ci și protocol de comunicare între navă și țărm (pe baza IEC 61850), secvențele de interblocare de siguranță, cerințele de gestionare a cablurilor și geometria conectorului pentru mufele de înaltă tensiune. Secvența de conector definită - în care pinul de împământare (împământare) face primul și se rupe ultimul - este o cerință de siguranță nenegociabilă care previne arcul pe conductorii sub tensiune în timpul conectării și deconectarii sub sarcină.

Beneficiile de mediu și operaționale ale energiei de la mal

Cazul de mediu pentru energia de la mal este bine stabilit și cuantificat. O navă mare de croazieră care rulează motoare diesel auxiliare la dană produce aproximativ 450 kg de CO₂ pe oră , împreună cu cantități semnificative de NOₓ și particule în suspensie la nivelul docului – afectând direct lucrătorii portuari, rezidenții din apropiere și calitatea aerului urban. Înlocuirea acesteia cu puterea rețelei de țărm, chiar și de la o rețea cu intensitate moderată a carbonului, reduce de obicei emisiile de CO₂ cu 50–90% per escală în port și elimină practic toate emisiile de NOₓ și PM la locul danei.

Beneficiile operaționale pentru operatorii de nave sunt, de asemenea, semnificative. Funcționarea motoarelor diesel auxiliare acumulează ore de funcționare — factorul principal al intervalelor de revizie și al consumului de piese de schimb. Se acumulează o navă care efectuează 100 de escale în port pe an, fiecare având o medie de 12 ore 1.200 de ore de motor auxiliar anual singur la dană. Călcarea la rece elimină aceste ore, extinzând intervalele de revizie și reducând consumul de combustibil. Pentru operatorii de pe rute în care tarifele pentru energie electrică sunt competitive cu costurile combustibilului de buncăr – așa cum se întâmplă din ce în ce mai mult în porturile europene – călcarea la rece oferă, de asemenea, economii directe ale costurilor de călătorie.

Operatorii portuari beneficiază de infrastructura electrică de la mal ca diferențiere comercială și instrument de atragere a traficului de transport maritim reglementat de mediu. Porturile care nu pot oferi facilități de călcat la rece se confruntă cu un risc crescut de excludere din itinerariile de escală în port, deoarece reglementările privind emisiile de pe piețele cheie - în special UE, California și China - își înăsprește cerințele pentru navele la dană. Prin urmare, investiția în infrastructura de energie electrică s-a mutat de la o inițiativă de durabilitate la o cerință strategică de competitivitate portuară pe piețele majore de containere și croazieră.

Sursă de alimentare de la mal pentru nave mai mici și aplicații pentru portul de agrement

Dincolo de transportul comercial, alimentarea cu energie electrică de la mal este o utilitate standard în porturile de agrement, porturile de iahturi și danele pentru nave comerciale mici. Pentru navele de agrement și comerciale ușoare, sistemul de alimentare de la mal constă din a piedestal contorizat la fiecare dană, oferind una sau mai multe prize de curent la 16A, 32A sau 63A - suficient pentru încărcarea bateriilor, aer condiționat, aparate de bucătărie și sisteme de santină fără a porni un generator sau un invertor.

Considerațiile cheie pentru conectarea la malul navelor mici includ:

• Polaritate și scurgere la pământ — polaritatea incorectă în conexiunile de alimentare la mal reprezintă un pericol pentru siguranță; pe panoul navei trebuie montat un indicator de polaritate sau un monitor al puterii de la mal.
• Izolarea galvanică — un izolator galvanic sau un transformator de izolare previne coroziunea curentului parazit pe armăturile metalice subacvatice cauzată de curentul care circulă prin conductorul de pământ de la mal între navele care împart același sistem de port.
• Evaluarea cablului de alimentare la mal — cablul trebuie să fie evaluat pentru curentul maxim de sarcină și pentru serviciul exterior, adiacent cu apă sărată. Cablurile subdimensionate cu izolația deteriorată sunt o cauză principală a incendiilor electrice din port.
• Compatibilitate cu frecventa — navele care se deplasează între regiuni cu frecvențe diferite ale rețelei (50 Hz față de 60 Hz) trebuie să verifice dacă toate sarcinile conectate, în special motoarele de curent alternativ și încărcătoarele de baterii, sunt evaluate pentru ambele frecvențe înainte de conectare.