Parti tápegység: működése, szabványok és tengeri alkalmazások

Mi az a parti tápegység?

Parti áramellátás – más néven hidegvasalás, alternatív tengeri energiaellátás (AMP) vagy szárazföldi áramellátás (OPS) – elektromos áram ellátása szárazföldi hálózati csatlakozásról egy hajóra, miközben az egy kikötőben vagy kikötőben horgonyzik. Ahelyett, hogy a fedélzeti dízel segédmotorokat üzemeltetné a szállodai rakományok (világítás, légkondicionálás, hűtés, navigációs rendszerek és személyzeti létesítmények) számára a kikötői tartózkodás során, a hajó leállítja generátorait, és szabványos kapcsolaton keresztül közvetlenül a part menti elektromos infrastruktúrából veszi az áramot.

A "hidegvasalás" kifejezés a gőzhajtású hajók egy korábbi korszakából származik, amikor az összes gép – beleértve a vaskazánokat és motorokat – kihűlt a kikötői bejárások során, amint a parti energia átvette az uralmat. A modern kontextusban az előny elsősorban környezetvédelmi és gazdasági jellegű: egy nagy konténerhajó vagy tengerjáró hajó fogyaszthat. 1-5 MW segédteljesítmény Mindezt dízelmotorok állítják elő, amelyek NOₓ-t, SOₓ-t, részecskéket és CO₂-t bocsátanak ki közvetlenül a kikötői környezetbe. A parti energia teljesen kiküszöböli ezeket a kibocsátásokat a kikötőnél, helyette hálózati villamos energiát használnak, amely – az országos energiamixtől függően – lényegesen alacsonyabb szén-dioxid-intenzitású.

A kaliforniai, észak-európai és kínai kikötők voltak a legkorábbi nagyszabású alkalmazók a levegőminőségi hatóságok szabályozói nyomása miatt. A Az EU FuelEU tengerészeti szabályozása és az átdolgozott EU Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR) most kötelezővé teszi a szárazföldi áramellátást a fő TEN-T kikötőkben konténerhajók, személyszállító hajók és tartályhajók számára 2030-ra, felgyorsítva a hidegvasalás infrastruktúrájának globális elterjedését.

Hogyan működik a parti áramellátó rendszer

A teljes parti áramellátó rendszer a kikötői és a hajóoldali infrastruktúrát egyaránt magában foglalja, szabványos interfészen keresztül csatlakoztatva. Az energialánc a hálózattól a hajó kapcsolótáblájáig több átalakítási és védelmi szakaszból áll.

Port oldali infrastruktúra

A port telepíti a frekvenciaváltó és transzformátor alállomás a kikötőben vagy annak közelében. Erre azért van szükség, mert a hajók elektromos rendszereiket vagy 60 Hz-en (az amerikai vagy nemzetközi SOLAS-egyezmény normáinak megfelelően épített kereskedelmi hajók szabványa) vagy 50 Hz-en (európai hajók) működtetik, függetlenül a kikötő nemzeti hálózati frekvenciájától. A frekvenciaváltó – jellemzően egy AC-DC-AC konverziót használó statikus félvezető egység – helyi frekvencián fogadja a hálózati tápellátást, és a megfelelő feszültség mellett biztosítja a szükséges hajófrekvenciát. A nagy teljesítményű hajók kimeneti feszültségei jellemzően 6,6 kV vagy 11 kV a kábeláram és a veszteségek minimalizálása a rakparti csatlakozási távolságban.

Az alállomásról az áramot a parti csatlakozó doboz (SCB) vagy a kikötőfelületre szerelt talapzat. Az SCB biztosítja a fizikai csatlakozási pontot, a védelmi kapcsolóberendezést (megszakító- és földzárlat-védelem), a mérést és a kábelkezelő rendszert – akár egy visszahúzható kábeltekercs, egy kábelkosár vagy egy parttól a hajóig tartó kábelmozgató daru a nagy nagyfeszültségű csatlakozásokhoz.

Hajóoldali felszerelések

A hajó fel van szerelve a parti árambemenet panel — jellemzően a fő fedélzeten vagy a felső fedélzeten található az elosztó-terület közelében — tartalmazza a fedélzeti nagyfeszültségű kapcsolóberendezést, leválasztó transzformátort (egyes konfigurációkban), energiagazdálkodási vezérlőt és szabványos bemeneti aljzatot. Ha csatlakoztatva van, a hajó energiagazdálkodási rendszere szinkronizálási ellenőrzést hajt végre, hogy a parti táp fázist, feszültséget és frekvenciát a hajó belső gyűjtősínjéhez igazítsa, mielőtt átadja a terhelést és leállítja a segédgenerátorokat. Ezt az átvitelt automatikusan kezeli a energiagazdálkodási rendszer (PMS) a kritikus terhelések megszakításának megakadályozására.

Kisfeszültségű parti áram kishajókhoz és kikötőkhöz

A kedvtelési célú hajók, kis kompok és munkahajók esetében a parti áramot alacsony feszültségen szállítják – jellemzően 230 V egyfázisú vagy 400 V háromfázisú 50 Hz-en, vagy 120V/240V 60 Hz-en az észak-amerikai kikötőkben. A kikötői talapzatok egyedi, 16A és 125A közötti névleges mérős konnektorokat biztosítanak, amelyek körülbelül 50 kW-ig terjedő hotelterhelésű hajókhoz elegendőek. A csatlakoztatás flexibilis parti tápkábeleken keresztül történik csavarózárral vagy IEC 60309 (ipari) dugókkal és aljzatokkal, amelyek kültéri és sós víz melletti használatra lettek besorolva.

Parti energia szabványok és csatlakozótípusok

A világ különböző lobogó szerinti államaiból és kikötőiből származó hajók közötti interoperabilitás szabványos csatlakozási előírásokat igényel. A nagy teljesítményű hidegvasalás infrastruktúráját szabályozó elsődleges nemzetközi szabvány az IEC/ISO/IEEE 80005-1:2019 , amely 1 MW és annál nagyobb teljesítményigényű hajók nagyfeszültségű parti csatlakozási rendszereit fedi le. A kiegészítő szabványok a közüzemi kapcsolatokra, a kommunikációs protokollokra és a biztonsági reteszekre vonatkoznak.

Az IEC 80005-1 szabvány nemcsak az elektromos paramétereket határozza meg, hanem a kommunikációs protokoll a hajó és a part között (az IEC 61850 alapján), a biztonsági reteszelő szekvenciák, a kábelkezelési követelmények és a csatlakozó geometriája a nagyfeszültségű parti dugókhoz. A meghatározott csatlakozási sorrend – amelyben a földelés (föld) érintkezik először, és utoljára szakad el – egy megkérdőjelezhetetlen biztonsági követelmény, amely megakadályozza az ívképződést a feszültség alatt álló vezetékeken a csatlakoztatás és a terhelés alatti leválasztás során.

A parti energia környezeti és működési előnyei

A parti energia környezetvédelmi szempontja jól megalapozott és számszerűsített. Egy nagy tengerjáró hajó, amely kikötőhelyen segéddízelmotorokat működtet, kb 450 kg CO₂ óránként , valamint jelentős mennyiségű NOₓ és szilárd részecskék a dokk szintjén, amelyek közvetlenül érintik a kikötői dolgozókat, a közeli lakosokat és a városi levegő minőségét. Ennek felváltása parti hálózati árammal, még egy közepes szén-dioxid-intenzitású hálózatról is, jellemzően 50–90%-kal csökkenti a CO₂-kibocsátást kikötőnként, és gyakorlatilag teljesen kiküszöböli az összes NOₓ- és PM-kibocsátást a kikötőhelyen.

A hajóüzemeltetők működési előnyei szintén jelentősek. A járó segéddízelmotorok működési órákat halmoznak fel – ez az elsődleges tényező a nagyjavítási időközökben és az alkatrész-fogyasztásban. Egy hajó évente 100 kikötői bejárást hajt végre, mindegyik átlagosan 12 órát 1200 segédmotoróra évente egyedül a kikötőben. A hidegvasalás kiküszöböli ezeket az órákat, meghosszabbítja a nagyjavítási időközöket és csökkenti az üzemanyag-fogyasztást. Azon útvonalak üzemeltetői számára, ahol a parti áramdíjak versenyképesek a bunker üzemanyag-költségeivel – ahogy ez egyre inkább az európai kikötőkben történik – a hidegvasalás közvetlen utazási költségmegtakarítást is jelent.

A kikötők üzemeltetői profitálnak a parti villamosenergia-infrastruktúrából, amely kereskedelmi megkülönböztető eszközként és eszközként szolgál a környezetileg szabályozott hajóforgalom vonzására. Azoknak a kikötőknek, amelyek nem tudnak hidegen vasalni, egyre nagyobb a kockázata annak, hogy kizárják a kikötői útvonalakból, mivel a kulcsfontosságú piacokon – különösen az EU-ban, Kaliforniában és Kínában – a kibocsátási szabályozások szigorítják a kikötőben lévő hajókra vonatkozó követelményeket. A parti villamosenergia-infrastruktúrába történő befektetés ezért a fenntarthatósági kezdeményezés helyett a kikötői versenyképesség stratégiai követelményévé vált a főbb konténer- és körutazási piacokon.

Parti tápegység kisebb hajókhoz és kikötői alkalmazásokhoz

A kereskedelmi hajózáson túl a parti áramellátás a kikötőkben, a jachtkikötőkben és a kiskereskedelmi hajók kikötőiben szokásos eszköz. A szabadidős és könnyű kereskedelmi hajók esetében a parti energiarendszer a mért talapzat minden kikötőhelyen egy vagy több 16A, 32A vagy 63A feszültségű konnektort biztosítva – elegendő akkumulátor töltéshez, légkondicionáláshoz, konyhai berendezésekhez és fenékvízrendszerekhez generátor vagy inverter működtetése nélkül.

A kishajók parti áramellátásának főbb szempontjai a következők:

• Polaritás és földzárlat — a parti elektromos csatlakozások helytelen polaritása biztonsági kockázatot jelent; polaritásjelzőt vagy parti teljesítményfigyelőt kell felszerelni a hajó panelére.
• Galvanikus szigetelés — egy galvanikus leválasztó vagy leválasztó transzformátor megakadályozza a szórt áramkorróziót a víz alatti fémszerelvényeken, amelyet az ugyanazon kikötői rendszeren lévő hajók között a parti földelővezetéken átfolyó áram okoz.
• A parti tápkábel minősítése — a kábelt a maximális terhelési áramra és kültéri, sósvíz melletti szolgáltatásra kell méretezni. Az alulméretezett, sérült szigeteléssel rendelkező vezetékek a kikötői elektromos tüzek vezető okai.
• Frekvencia kompatibilitás — a különböző hálózati frekvenciájú (50 Hz vs 60 Hz) régiók között mozgó hajóknak a csatlakoztatás előtt ellenőrizniük kell, hogy minden csatlakoztatott terhelés, különösen a váltakozó áramú motorok és az akkumulátortöltők mindkét frekvenciára névlegesek-e.