แหล่งจ่ายไฟฝั่ง: วิธีการทำงาน มาตรฐาน และการใช้งานทางทะเล

ชอร์พาวเวอร์ซัพพลายคืออะไร?

แหล่งจ่ายไฟฝั่ง หรือที่รู้จักกันในชื่อการรีดเย็น พลังงานทางทะเลทางเลือก (AMP) หรือแหล่งจ่ายไฟบนบก (OPS) คือการจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการเชื่อมต่อโครงข่ายบนบกไปยังเรือในขณะที่จอดเทียบท่าที่ท่าเรือหรือท่าจอดเรือ แทนที่จะใช้เครื่องยนต์ดีเซลเสริมบนเรือเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับโหลดในโรงแรม (ระบบแสงสว่าง HVAC เครื่องทำความเย็น ระบบนำทาง และสิ่งอำนวยความสะดวกของลูกเรือ) ระหว่างที่จอดเทียบท่า เรือจะปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและดึงพลังงานโดยตรงจากโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าฝั่งฝั่งผ่านการเชื่อมต่อที่ได้มาตรฐาน

คำว่า "การรีดผ้าด้วยความเย็น" เกิดขึ้นในยุคก่อนหน้าของเรือที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ เมื่อเครื่องจักรทั้งหมด รวมถึงหม้อต้มน้ำที่เป็นเหล็กและเครื่องยนต์ จะเย็นลงในระหว่างการเรียกเข้าท่าเรือเมื่อไฟฟ้าฝั่งเข้าครอบงำ ในบริบทสมัยใหม่ ประโยชน์หลักคือสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ: เรือคอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่หรือเรือสำราญที่ท่าจอดเรือสามารถบริโภคได้ กำลังไฟฟ้าเสริม 1–5 เมกะวัตต์ ซึ่งทั้งหมดนี้ถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องยนต์ดีเซลที่ปล่อย NOₓ, SOₓ, อนุภาค และ CO₂ ออกสู่สภาพแวดล้อมของท่าเรือโดยตรง ไฟฟ้าริมชายฝั่งกำจัดการปล่อยก๊าซเหล่านี้ที่ท่าเทียบเรือโดยสิ้นเชิง โดยแทนที่ด้วยไฟฟ้าจากโครงข่ายซึ่งขึ้นอยู่กับพลังงานผสมของประเทศ ซึ่งมีความเข้มข้นของคาร์บอนลดลงอย่างมาก

ท่าเรือในแคลิฟอร์เนีย ยุโรปเหนือ และจีนเป็นท่าเรือที่มีการใช้งานขนาดใหญ่เร็วที่สุด โดยได้รับแรงหนุนจากแรงกดดันด้านกฎระเบียบจากหน่วยงานด้านคุณภาพอากาศ ที่ กฎระเบียบการเดินเรือ FuelEU ของสหภาพยุโรป และที่แก้ไขแล้ว กฎระเบียบโครงสร้างพื้นฐานเชื้อเพลิงทางเลือกของสหภาพยุโรป (AFIR) ปัจจุบันบังคับใช้การจัดหาพลังงานไฟฟ้าบริเวณชายฝั่งที่ท่าเรือ TEN-T ที่สำคัญสำหรับเรือคอนเทนเนอร์ เรือโดยสาร และเรือบรรทุกน้ำมันภายในปี 2573 ซึ่งจะช่วยเร่งการนำโครงสร้างพื้นฐานรีดผ้าเย็นมาใช้ทั่วโลก

ระบบจ่ายไฟฝั่งทำงานอย่างไร

ระบบจ่ายไฟชายฝั่งที่สมบูรณ์เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานทั้งฝั่งท่าเรือและฝั่งเรือ ซึ่งเชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เฟซมาตรฐาน โซ่ส่งกำลังจากโครงข่ายไปยังแผงสวิตช์ของเรือเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการแปลงและการป้องกันหลายขั้นตอน

โครงสร้างพื้นฐานฝั่งพอร์ต

พอร์ตจะติดตั้งไฟล์ ตัวแปลงความถี่และสถานีย่อยหม้อแปลงไฟฟ้า ที่หรือใกล้ท่าเทียบเรือ สิ่งนี้จำเป็นเนื่องจากเรือใช้ระบบไฟฟ้าที่ 60 เฮิรตซ์ (มาตรฐานสำหรับเรือพาณิชย์ส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นตามมาตรฐานอนุสัญญา SOLAS ของอเมริกาหรือระหว่างประเทศ) หรือ 50 เฮิรตซ์ (เรือของยุโรป) โดยไม่คำนึงถึงความถี่กริดระดับชาติของท่าเรือ ตัวแปลงความถี่ — โดยทั่วไปเป็นหน่วยโซลิดสเตตคงที่ที่ใช้การแปลง AC-DC-AC — รับพลังงานกริดที่ความถี่ท้องถิ่นและส่งความถี่จัดส่งที่ต้องการที่แรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง โดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟเอาท์พุตสำหรับเรือกำลังสูง 6.6 กิโลโวลต์หรือ 11 กิโลโวลต์ เพื่อลดกระแสไฟและความสูญเสียของสายเคเบิลตลอดระยะการเชื่อมต่อบริเวณท่าเรือ

จากสถานีไฟฟ้าย่อย พลังงานจะถูกส่งไปยัง กล่องเชื่อมต่อฝั่ง (SCB) หรือแท่นติดตั้งที่หน้าท่าเทียบเรือ SCB จัดให้มีจุดเชื่อมต่อทางกายภาพ สวิตช์เกียร์ป้องกัน (เบรกเกอร์และการป้องกันข้อผิดพลาดของดิน) การวัดแสง และระบบการจัดการสายเคเบิล ไม่ว่าจะเป็นม้วนเก็บสายแบบยืดหดได้ ตะกร้าเก็บสายไฟ หรือเครนขนย้ายสายเคเบิลจากฝั่งถึงเรือสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูงขนาดใหญ่

อุปกรณ์ข้างเรือ

ตัวเรือมีการติดตั้งก แผงทางเข้าพลังงานฝั่ง - โดยทั่วไปจะตั้งอยู่บนดาดฟ้าหลักหรือชั้นบนใกล้กับบริเวณท่อร่วม - ประกอบด้วยสวิตช์เกียร์ไฟฟ้าแรงสูงของบอร์ดเรือ หม้อแปลงแยก (ในการกำหนดค่าบางอย่าง) ตัวควบคุมการจัดการพลังงาน และเต้ารับทางเข้ามาตรฐาน เมื่อเชื่อมต่อแล้ว ระบบการจัดการพลังงานของเรือจะทำการตรวจสอบการซิงโครไนซ์เพื่อจับคู่เฟสการจ่ายไฟฝั่ง แรงดันไฟฟ้า และความถี่กับบัสบาร์ภายในของเรือ ก่อนที่จะถ่ายโอนโหลดและปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสริม การถ่ายโอนนี้ได้รับการจัดการโดยอัตโนมัติโดย ระบบการจัดการพลังงาน (PMS) เพื่อป้องกันการหยุดชะงักของโหลดที่สำคัญ

ไฟฟ้าแรงดันต่ำบริเวณชายฝั่งสำหรับเรือขนาดเล็กและท่าจอดเรือ

สำหรับเรือเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ เรือเฟอร์รีขนาดเล็ก และเรือทำงาน พลังงานชายฝั่งจะถูกส่งด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำ — โดยทั่วไป 230V เฟสเดียวหรือ 400V 3 เฟส ที่ 50 Hz หรือ 120V/240V ที่ 60 เฮิรตซ์ ในท่าจอดเรือในอเมริกาเหนือ ฐานของท่าจอดเรือมีช่องจ่ายไฟแยกตามมิเตอร์ซึ่งมีพิกัดตั้งแต่ 16A ถึง 125A ซึ่งเพียงพอสำหรับเรือที่มีน้ำหนักบรรทุกในโรงแรมสูงสุดประมาณ 50 kW การเชื่อมต่อทำผ่านสายไฟชายฝั่งแบบยืดหยุ่นพร้อมปลั๊กและเต้ารับแบบล็อคเกลียวหรือ ไออีซี 60309 (อุตสาหกรรม) สำหรับการใช้งานกลางแจ้งและบริเวณที่อยู่ติดน้ำเค็ม

มาตรฐานกำลังไฟฟ้าฝั่งและประเภทตัวเชื่อมต่อ

การทำงานร่วมกันระหว่างเรือจากรัฐที่มีธงต่างกันและท่าเรือทั่วโลกจำเป็นต้องมีข้อกำหนดการเชื่อมต่อที่เป็นมาตรฐาน มาตรฐานสากลหลักที่ควบคุมโครงสร้างพื้นฐานการรีดผ้าด้วยความเย็นกำลังสูงคือ IEC/ISO/IEEE 80005-1:2019 ซึ่งครอบคลุมระบบเชื่อมต่อชายฝั่งไฟฟ้าแรงสูงสำหรับเรือที่มีความต้องการพลังงานตั้งแต่ 1 เมกะวัตต์ขึ้นไป มาตรฐานเสริมกล่าวถึงการเชื่อมต่อสาธารณูปโภค โปรโตคอลการสื่อสาร และการเชื่อมต่อด้านความปลอดภัย

มาตรฐาน IEC 80005-1 ไม่เพียงระบุพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังระบุถึงพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าด้วย โปรโตคอลการสื่อสาร ระหว่างเรือและฝั่ง (ตามมาตรฐาน IEC 61850) ลำดับการเชื่อมต่อเพื่อความปลอดภัย ข้อกำหนดการจัดการสายเคเบิล และรูปทรงของตัวเชื่อมต่อสำหรับปลั๊กชายฝั่งไฟฟ้าแรงสูง ลำดับตัวเชื่อมต่อที่กำหนดไว้ — โดยที่หมุดสายดิน (กราวด์) ทำก่อนและขาดครั้งสุดท้าย — เป็นข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่ไม่สามารถต่อรองได้ ซึ่งป้องกันการเกิดประกายไฟบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าระหว่างการเชื่อมต่อและการตัดการเชื่อมต่อภายใต้โหลด

ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมและการปฏิบัติงานของ Shore Power

กรณีด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับพลังงานชายฝั่งได้รับการพิสูจน์และระบุปริมาณอย่างดี เรือสำราญขนาดใหญ่ที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลเสริมที่ท่าเทียบเรือผลิตได้ประมาณ CO₂ 450 กิโลกรัมต่อชั่วโมง พร้อมด้วย NOₓ และอนุภาคในปริมาณมากในระดับท่าเรือ ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อพนักงานท่าเรือ ผู้อยู่อาศัยในบริเวณใกล้เคียง และคุณภาพอากาศในเมือง การแทนที่สิ่งนี้ด้วยพลังงานกริดชายฝั่ง แม้จะมาจากกริดที่มีความเข้มข้นของคาร์บอนปานกลาง โดยทั่วไปแล้วจะลดการปล่อย CO₂ ลง 50–90% ต่อการเรียกพอร์ต และกำจัดการปล่อย NOₓ และ PM เกือบทั้งหมดที่ตำแหน่งท่าเทียบเรือโดยสิ้นเชิง

ประโยชน์ในการปฏิบัติงานสำหรับผู้ปฏิบัติงานเรือก็มีความสำคัญเช่นกัน การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลเสริมจะสะสมชั่วโมงการทำงาน ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของระยะเวลาการยกเครื่องและการใช้ชิ้นส่วนอะไหล่ เรือที่ทำการเรียกเข้าท่าเรือ 100 ครั้งต่อปี แต่ละครั้งใช้เวลาเฉลี่ย 12 ชั่วโมงสะสม ชั่วโมงเครื่องยนต์เสริม 1,200 ชั่วโมงต่อปี ที่ท่าเทียบเรือคนเดียว การรีดผ้าด้วยความเย็นช่วยขจัดชั่วโมงเหล่านี้ ยืดระยะเวลาการยกเครื่องใหม่ และลดการใช้เชื้อเพลิง สำหรับผู้ปฏิบัติงานบนเส้นทางที่อัตราภาษีไฟฟ้าชายฝั่งแข่งขันกับต้นทุนเชื้อเพลิงบังเกอร์ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในท่าเรือยุโรปมากขึ้น การรีดผ้าด้วยความเย็นยังช่วยประหยัดต้นทุนการเดินทางโดยตรงอีกด้วย

ผู้ประกอบการท่าเรือจะได้รับประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานริมฝั่งในฐานะที่สร้างความแตกต่างทางการค้าและเป็นเครื่องมือในการดึงดูดปริมาณการขนส่งที่มีการควบคุมสิ่งแวดล้อม ท่าเรือที่ไม่สามารถให้บริการเครื่องรีดผ้าแบบเย็นได้ต้องเผชิญกับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นจากการถูกแยกออกจากแผนการเดินทางของท่าเรือ เนื่องจากกฎระเบียบด้านการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในตลาดสำคัญๆ โดยเฉพาะสหภาพยุโรป แคลิฟอร์เนีย และจีน ทำให้ข้อกำหนดสำหรับเรือที่จอดเทียบท่าเข้มงวดขึ้น การลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานชายฝั่งจึงเปลี่ยนจากความคิดริเริ่มด้านความยั่งยืนไปสู่ข้อกำหนดด้านความสามารถในการแข่งขันของท่าเรือเชิงกลยุทธ์ในตลาดตู้คอนเทนเนอร์และเรือสำราญหลักๆ

แหล่งจ่ายไฟฝั่งสำหรับเรือขนาดเล็กและการใช้งานในท่าจอดเรือ

นอกเหนือจากการขนส่งเชิงพาณิชย์แล้ว แหล่งจ่ายไฟฝั่งยังเป็นสาธารณูปโภคมาตรฐานในท่าจอดเรือ ท่าเรือยอร์ช และท่าจอดเรือเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก สำหรับเรือเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจและเรือพาณิชย์ขนาดเบา ระบบไฟฟ้าฝั่งประกอบด้วย แท่นมิเตอร์ ที่แต่ละท่าเทียบเรือจะมีปลั๊กไฟอย่างน้อยหนึ่งช่องที่ 16A, 32A หรือ 63A ซึ่งเพียงพอสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ เครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์ในห้องครัว และระบบท้องเรือโดยไม่ต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรืออินเวอร์เตอร์

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าฝั่งเรือขนาดเล็ก ได้แก่:

• ขั้วไฟฟ้าและการรั่วไหลของดิน — ขั้วที่ไม่ถูกต้องในการเชื่อมต่อไฟฟ้าฝั่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัย ควรติดตั้งเครื่องแสดงขั้วหรือเครื่องตรวจวัดกำลังชายฝั่งไว้ที่แผงของเรือ
• การแยกกัลวานิก — ตัวแยกกระแสไฟฟ้าหรือหม้อแปลงแยกป้องกันการกัดกร่อนของกระแสเล็ดลอดบนอุปกรณ์โลหะใต้น้ำที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านตัวนำสายดินชายฝั่งระหว่างเรือที่ใช้ระบบท่าจอดเรือเดียวกัน
• ระดับสายไฟฝั่ง — สายเคเบิลต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสโหลดสูงสุดและสำหรับบริการกลางแจ้งที่อยู่ติดกับน้ำเค็ม สายไฟขนาดเล็กที่มีฉนวนเสียหายเป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดเพลิงไหม้ทางไฟฟ้าที่ท่าจอดเรือ
• ความเข้ากันได้ของความถี่ — เรือที่เคลื่อนที่ระหว่างภูมิภาคที่มีความถี่กริดต่างกัน (50 Hz และ 60 Hz) ต้องตรวจสอบว่าโหลดที่เชื่อมต่อทั้งหมด โดยเฉพาะมอเตอร์ AC และเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ ได้รับการจัดอันดับสำหรับความถี่ทั้งสองก่อนทำการเชื่อมต่อ