مصدر الطاقة الشاطئية: كيف يعمل والمعايير والتطبيقات البحرية

ما هو مصدر طاقة الشاطئ؟

إمدادات الطاقة الشاطئية - المعروف أيضًا باسم الكي البارد، أو الطاقة البحرية البديلة (AMP)، أو مصدر الطاقة البرية (OPS) - هو توفير الطاقة الكهربائية من اتصال الشبكة الأرضية بالسفينة أثناء رسوها في ميناء أو مارينا. بدلاً من تشغيل محركات الديزل المساعدة على متن السفينة لتوليد الكهرباء لأحمال الفندق (الإضاءة والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد وأنظمة الملاحة ومرافق الطاقم) أثناء إقامة الميناء، تقوم السفينة بإيقاف مولداتها وتستمد الطاقة مباشرة من البنية التحتية الكهربائية على جانب الشاطئ من خلال اتصال موحد.

يعود مصطلح "الكي البارد" إلى حقبة سابقة من السفن التي تعمل بالطاقة البخارية، عندما كانت جميع الآلات - بما في ذلك الغلايات والمحركات الحديدية - تصبح باردة أثناء مكالمات الموانئ بمجرد تولي الطاقة الشاطئية. في السياق الحديث، تكون الفائدة بيئية واقتصادية في المقام الأول: يمكن أن تستهلك سفينة حاويات كبيرة أو سفينة سياحية راسية 1-5 ميغاواط من الطاقة المساعدة ، وكلها يتم إنشاؤها بواسطة محركات الديزل التي تنبعث منها NOₓ وSOₓ والجسيمات وCO₂ مباشرة في بيئة الميناء. تعمل الطاقة الشاطئية على التخلص من هذه الانبعاثات عند الرصيف تمامًا، واستبدالها بشبكة كهرباء تحمل - اعتمادًا على مزيج الطاقة الوطني - كثافة كربون أقل بكثير.

وكانت الموانئ في كاليفورنيا وشمال أوروبا والصين هي أولى الدول التي تبنت هذه الفكرة على نطاق واسع، مدفوعة بالضغوط التنظيمية من سلطات جودة الهواء. ال الوقود في الاتحاد الأوروبي والتنظيم البحري للاتحاد الأوروبي والمنقحة لائحة البنية التحتية للوقود البديل في الاتحاد الأوروبي (AFIR) فرض الآن توفير الطاقة الشاطئية في موانئ TEN-T الرئيسية لسفن الحاويات وسفن الركاب والناقلات بحلول عام 2030، مما يسرع التبني العالمي للبنية التحتية للكي البارد.

كيف يعمل نظام إمدادات الطاقة الشاطئية

يتضمن نظام إمداد الطاقة الساحلي الكامل بنية تحتية على كل من جانب الميناء وجانب السفينة، متصلة من خلال واجهة موحدة. تتضمن سلسلة الطاقة من الشبكة إلى لوحة مفاتيح السفينة عدة مراحل للتحويل والحماية.

البنية التحتية بجانب الميناء

يقوم المنفذ بتثبيت أ محول التردد ومحطة المحولات الفرعية عند الرصيف أو بالقرب منه. وهذا مطلوب لأن السفن تعمل على تشغيل أنظمتها الكهربائية إما بتردد 60 هرتز (المعيار لمعظم السفن التجارية المبنية وفقًا لمعايير اتفاقية SOLAS الأمريكية أو الدولية) أو 50 هرتز (السفن الأوروبية)، بغض النظر عن تردد الشبكة الوطنية للميناء. محول التردد - عادةً ما يكون وحدة حالة صلبة ثابتة تستخدم تحويل AC-DC-AC - يقبل طاقة الشبكة بالتردد المحلي ويوفر تردد السفينة المطلوب بالجهد الصحيح. عادة ما تكون الفولتية الناتجة للسفن عالية الطاقة 6.6 كيلو فولت أو 11 كيلو فولت لتقليل تيار الكابل والخسائر عبر مسافة اتصال رصيف الميناء.

من المحطة الفرعية، يتم توجيه الطاقة إلى أ صندوق اتصال الشاطئ (SCB) أو قاعدة مثبتة على وجه الرصيف. يوفر SCB نقطة الاتصال المادية، ومجموعة مفاتيح الحماية (قاطع الدائرة الكهربائية والحماية من الأعطال الأرضية)، والقياس، ونظام إدارة الكابلات - إما بكرة كابل قابلة للسحب، أو سلة كابل، أو رافعة مناولة الكابلات من الشاطئ إلى السفينة للتوصيلات الكبيرة ذات الجهد العالي.

المعدات على جانب السفينة

السفينة مزودة ب لوحة مدخل الطاقة الشاطئية - يقع عادةً على السطح الرئيسي أو السطح العلوي بالقرب من منطقة المتشعبة - ويحتوي على مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي على متن السفينة، ومحول العزل (في بعض التكوينات)، ووحدة التحكم في إدارة الطاقة، ومقبس الإدخال القياسي. عند الاتصال، يقوم نظام إدارة الطاقة الخاص بالسفينة بإجراء فحص التزامن لمطابقة مرحلة إمداد الشاطئ والجهد والتردد مع قضيب التوصيل الداخلي للسفينة قبل نقل الحمولة وإيقاف تشغيل المولدات المساعدة. تتم إدارة هذا النقل تلقائيًا بواسطة نظام إدارة الطاقة (PMS) لمنع انقطاع الأحمال الحرجة.

طاقة الشاطئ ذات الجهد المنخفض للسفن الصغيرة والمراسي

بالنسبة للسفن الترفيهية والعبارات الصغيرة وقوارب العمل، يتم توصيل الطاقة الشاطئية بجهد منخفض - عادةً 230 فولت أحادي الطور أو 400 فولت ثلاثي الطور عند 50 هرتز، أو 120 فولت/240 فولت عند 60 هرتز في مراسي أمريكا الشمالية. توفر قواعد المارينا منافذ فردية مُقاسة تتراوح قوتها من 16 أمبير إلى 125 أمبير، وهي كافية للسفن ذات حمولات فندقية تصل إلى 50 كيلووات تقريبًا. يتم الاتصال من خلال أسلاك طاقة ساحلية مرنة مزودة بقفل ملتوي أو مقابس ومآخذ إيك 60309 (صناعية) مُصنفة للاستخدام الخارجي والمياه المالحة.

معايير الطاقة وأنواع الموصلات

تتطلب قابلية التشغيل البيني بين السفن من دول العلم والموانئ المختلفة حول العالم مواصفات اتصال موحدة. المعيار الدولي الأساسي الذي يحكم البنية التحتية للكي البارد عالي الطاقة هو اللجنة الكهروتقنية الدولية/الأيزو/معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 80005-1:2019 ، والتي تغطي أنظمة التوصيل الشاطئي عالية الجهد للسفن التي تتطلب طاقة تبلغ 1 ميجاوات وما فوق. تتناول المعايير التكميلية اتصالات المرافق وبروتوكولات الاتصال وأقفال الأمان.

لا يحدد معيار IEC 80005-1 المعلمات الكهربائية فحسب، بل يحدد أيضًا المعلمات الكهربائية بروتوكول الاتصال بين السفينة والشاطئ (استنادًا إلى المواصفة IEC 61850)، وتسلسلات قفل الأمان، ومتطلبات إدارة الكابلات، وهندسة الموصل لقوابس الشاطئ عالية الجهد. يعد تسلسل الموصل المحدد - الذي يتم فيه تصنيع الدبوس الأرضي (الأرضي) أولاً ثم ينقطع أخيرًا - من متطلبات السلامة غير القابلة للتفاوض والتي تمنع الانحناء على الموصلات الحية أثناء الاتصال والفصل تحت الحمل.

الفوائد البيئية والتشغيلية للطاقة الشاطئية

إن الحالة البيئية للطاقة الشاطئية راسخة ومحددة كميا. تنتج سفينة سياحية كبيرة تعمل بمحركات ديزل مساعدة على الرصيف حوالي 450 كجم من ثاني أكسيد الكربون في الساعة ، إلى جانب كميات كبيرة من أكاسيد النيتروجين والجسيمات على مستوى الرصيف – مما يؤثر بشكل مباشر على عمال الموانئ والسكان القريبين وجودة الهواء في المناطق الحضرية. إن استبدال ذلك بطاقة الشبكة الساحلية، حتى من شبكة ذات كثافة كربونية معتدلة، يؤدي عادةً إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 50-90% لكل مكالمة ميناء، ويزيل تقريبًا جميع انبعاثات أكاسيد النيتروجين والجسيمات في موقع الرصيف تمامًا.

الفوائد التشغيلية لمشغلي السفن مهمة أيضًا. يؤدي تشغيل محركات الديزل المساعدة إلى تراكم ساعات التشغيل — وهو المحرك الأساسي لفترات الإصلاح واستهلاك قطع الغيار. تتراكم السفينة التي تقوم بـ 100 زيارة للميناء سنويًا، مدة كل منها 12 ساعة في المتوسط 1200 ساعة محرك إضافي سنويًا على الرصيف وحده. يؤدي الكي على البارد إلى التخلص من هذه الساعات، مما يؤدي إلى إطالة فترات الإصلاح وتقليل استهلاك الوقود. بالنسبة للمشغلين على الطرق التي تكون فيها تعريفات الطاقة الساحلية تنافسية مع تكاليف وقود السفن - كما هو الحال بشكل متزايد في الموانئ الأوروبية - فإن الكي البارد يوفر أيضًا وفورات مباشرة في تكاليف الرحلة.

ويستفيد مشغلو الموانئ من البنية التحتية للطاقة الشاطئية باعتبارها أداة فارقة تجارية وأداة لجذب حركة الشحن المنظمة بيئيًا. تواجه الموانئ التي لا تستطيع تقديم مرافق الكي البارد خطرًا متزايدًا للاستبعاد من مسارات الاتصال بالميناء، حيث تعمل لوائح الانبعاثات في الأسواق الرئيسية - وخاصة الاتحاد الأوروبي وكاليفورنيا والصين - على تشديد متطلباتها للسفن على الرصيف. ولذلك تحول الاستثمار في البنية التحتية للطاقة الساحلية من مبادرة الاستدامة إلى متطلبات القدرة التنافسية الإستراتيجية للموانئ في أسواق الحاويات والرحلات البحرية الرئيسية.

مصدر طاقة الشاطئ للسفن الصغيرة وتطبيقات المراسي

إلى جانب الشحن التجاري، تعد إمدادات الطاقة الشاطئية أداة مساعدة قياسية في المراسي وموانئ اليخوت وأرصفة السفن التجارية الصغيرة. بالنسبة للسفن التجارية الترفيهية والخفيفة، يتكون نظام الطاقة الشاطئية من أ قاعدة التمثال في كل رصيف يتم توفير واحد أو أكثر من منافذ الطاقة بقدرة 16 أمبير أو 32 أمبير أو 63 أمبير - وهي كافية لشحن البطاريات وتكييف الهواء وأجهزة المطبخ وأنظمة الآسن دون تشغيل مولد أو عاكس.

تشمل الاعتبارات الرئيسية لتوصيل الطاقة على شاطئ السفن الصغيرة ما يلي:

• القطبية وتسرب الأرض — القطبية غير الصحيحة في توصيلات الطاقة الساحلية تشكل خطراً على السلامة؛ يجب تركيب مؤشر قطبية أو جهاز مراقبة قوة الشاطئ على لوحة السفينة.
• عزل كلفاني — عازل كلفاني أو محول عزل يمنع تآكل التيار الشارد على التركيبات المعدنية تحت الماء الناتجة عن تدفق التيار عبر موصل الأرض الشاطئي بين السفن التي تشترك في نفس نظام المرسى.
• تصنيف سلك الطاقة شور — يجب أن يتم تصنيف الكابل وفقًا لتيار الحمل الأقصى وللخدمة الخارجية المجاورة للمياه المالحة. تعتبر الأسلاك الصغيرة ذات العزل التالف سببًا رئيسيًا للحرائق الكهربائية في المارينا.
• توافق التردد - يجب على السفن التي تتحرك بين المناطق ذات ترددات الشبكة المختلفة (50 هرتز مقابل 60 هرتز) التحقق من أن جميع الأحمال المتصلة، وخاصة محركات التيار المتردد وشواحن البطاريات، مصنفة لكلا الترددين قبل التوصيل.