光伏新能源在港口机电工程中的应用研究

一、引言

港口机电工程涵盖集装箱岸桥、门座起重机、皮带输送机、冷藏箱供电系统及中控室设备等，其能耗占港口总能耗的 60% 以上，且以柴油、电网火电为主，年碳排放量大。随着“双碳”目标推进及《绿色港口等级评价标准》实施，港口需突破传统能源依赖。

光伏新能源具有资源分布广、发电过程零排放、适配港口开阔场地（屋顶、堆场、停车场）等特点，可直接为港口机电设备提供清洁电力。本文聚焦光伏新能源在港口机电工程中的具体应用，从场景适配、技术落地到效益验证展开分析，为港口能源结构优化提供实践参考[1]。

二、光伏新能源在港口机电工程中的适配应用场景

（一）装卸设备光伏供电

岸桥/门机顶部光伏布置：在设备主梁、驾驶室顶部安装柔性抗风光伏组件（功率 2-3kW/台），通过 DC/DC 转换器连接设备直流母线，直接为起升电机、行走电机提供辅助电力，降低电网或柴油机组的负荷；

堆高机移动光伏适配：在电动堆高机驾驶室顶部加装便携式光伏板（功率 500-800W），与车载锂电池组并联，延长续航时间——传统电动堆高机单次充电续航 4-5 小时，配套光伏后可延长至 6-7 小时，减少日间充电频次；

储能协同补能：在装卸设备作业区附近设置小型储能柜（容量 50-100kWh），与分布式光伏系统联动，当光伏出力不足（如阴天）时，储能柜为设备提供应急电力，避免因供电中断影响作业。

（二）运输系统光伏集成

皮带输送机光伏供电：在皮带输送机长廊顶部铺设光伏组件（单条长廊可装机 50-100kW），通过并网逆变器接入输送机供电回路，直接覆盖其 30%-40% 的能耗——典型皮带输送机日均耗电800-1000kWh，光伏系统可实现日供电 240-400kWh；

电动卡车光伏补能：在港口电动集装箱卡车停车场搭建光伏雨棚（装机容量 100-200kW），雨棚光伏板既为车辆遮阳，又通过充电桩为卡车充电，实现“停车即补能”，单个雨棚日均可为 15-20 台卡车补充电力，降低对港口主电网的依赖；

（三）辅助设施光伏全覆盖

港区照明光伏供电：在码头堆场、道路两侧的照明灯具顶部集成小型光伏板（功率 50-100W/盏），配套锂电池储能，实现“光储直供”，无需接入电网——单盏光伏路灯日均发电量 0.8-1.2kWh，完全覆盖夜间 8-10 小时的照明需求；

冷藏箱光伏补能：在集装箱堆场搭建光伏遮阳棚（装机 500-1000kW），光伏系统通过专用逆变器为冷藏箱供电，替代传统柴油发电机——单台冷藏箱日均耗电 40-50kWh，光伏遮阳棚可满足其 20%-30% 的能耗，减少柴油消耗 10-15L/天；

三、光伏新能源应用的关键技术要点

（一）抗恶劣环境光伏组件选型

港口光伏组件需针对性适配恶劣环境：抗盐雾类型选用表面镀膜（如 SiNx 减反射膜）、边框为 304不锈钢或厚度 ⩾2.0mm 铝合金的产品，盐雾测试需达 GB/T19285 标准 C5 级，确保潮湿盐雾环境下使用寿命超 25 年；支架采用热镀锌钢材，抗风等级 ⩾12 级（风压 gtrsim0.6kPa ），屋面组件还需考虑 ⩾0.5kPa 雪荷载，防止极端天气导致支架变形或组件脱落；同时选用表面疏水涂层的光伏玻璃，减少灰尘、油污堆积，每季度清洁 1 次即可维持 85% 以上发电效率，较常规组件降低 50%清洁成本[2]。

（二）光储协同与智能调度技术

储能系统需根据机电设备负荷特征匹配类型，短期波动适配响应时间 <10ms 的超级电容，中长期调峰（如夜间供电）适配循环寿命 >3000 次的磷酸铁锂电池，储能容量按光伏日发电量的 30%-50% 配置；同时开发“光伏-储能-机电负荷”协同调度系统，基于辐照传感器采集的实时光伏出力、电流传感器监测的设备负荷调整供电策略，光伏出力充足时优先为机电设备供电并将多余电量存入储能，出力不足时则通过储能与电网协同补能，保障设备供电稳定。

（三）低成本运维技术

远程监控系统：在光伏组件、逆变器、储能柜安装传感器，实时采集发电功率、电压、温度等数据，通过物联网平台实现远程监控，异常情况（如组件故障、逆变器跳闸）自动报警，运维人员可精准定位故障点；

模块化设计：光伏系统采用模块化组件与逆变器，单模块功率 5-10kW，故障时仅需更换单个模块，无需停机检修，减少对机电工程供电的影响；

运维机械化：配备光伏清洁机器人、无人机巡检设备，替代人工完成组件清洁与巡检，单座港口光伏系统运维人员可从 5-8 人减少至 2-3 人，运维成本降低 40%-50%₅ 。

（一）节能与环保效益

年均发电 120 万 kWh（有效光照 1200h），可替代标煤 384 吨、柴油 105 吨；年减少碳排放 1020吨、二氧化硫 3.6 吨、氮氧化物 1.8 吨，降低港口大气污染，助力达到绿色港口三星级标准[3]。

（二）经济效益

年节约电费 78 万元（工业电价 0.65 元/kWh），运维成本 8 万元，年净收益 70 万元；初始投资 800万元，静态回收期 11.4 年，叠加补贴后缩至 5-7 年；光伏组件寿命超 25 年，扣除回收期后剩余 13.6年净收益 952 万元，且收益随电价上涨递增。

（三）运营保障效益

光储系统可应急供电 2-4 小时，提升港口抗风险能力；光伏电力成本固定，规避燃油、火电价格波动；配套光伏可申报绿色港口等资质，获政策补贴与税收减免，增强市场竞争力。

五、面临挑战与优化方向

（一）现存挑战

部分老港口因堆场和屋顶空间有限，难以大规模铺设光伏组件；台风、暴雨等极端天气易损坏光伏组件，影响供电稳定性；同时，港口机电设备启停频繁产生的谐波干扰，也会影响光伏并网的稳定性。

（二）优化策略

可通过推广“光伏+堆场遮阳棚”“光伏+屋顶一体化”设计、探索港口码头周边闲置水域的水上光伏，高效利用现有空间实现光伏覆盖；同时采用抗震抗风（抗风等级 ⩾14 级）的光伏支架设计，为组件加装防雷装置，并在极端天气前通过智能系统切断并网，强化抗灾能力；还需加装主动式谐波滤波器与动态电压调节器，抑制机电设备启停产生的谐波，确保光伏并网功率因数 ⩾0.95 ，符合电网接入要求。

六、结论

光伏新能源在港口机电工程中的应用，可通过适配装卸设备、运输系统、辅助设施的场景化设计，结合抗恶劣环境技术、光储协同调度与低成本运维，实现清洁电力替代、碳排放降低与运营成本优化。实践表明，该应用不仅契合港口绿色转型需求，还能为机电工程提供稳定、低成本的能源保障，投资回收期可控制在 5-7 年，长期效益显著。

参考文献

[1]叶峻涵，杨平，屈博，等.新能源接入港口岸电系统设计与仿真[J].现代电子技术，2023，46（12）：101-108.

[2]蒋一鹏，袁成清，袁裕鹏，等.“双碳”战略下中国港口与清洁能源融合发展路径探析[J].交通信息与安全，2023，41（02）：139-146.

[3]周文峰，张凯，祖巧红，等.风电和光伏在绿色港口建设中的应用[J].港口装卸，2023，（02）：36-38.