科技成果-集裝箱門式起重機(jī)混合動力改造技術(shù)

科技成果一一集裝箱門式起重機(jī)混合動力改造技術(shù)成果簡介采用大容量鋰電池作為RTG主要動力源，在不降低現(xiàn)有RTG各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（起重量、各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度等）的情況下，取消原有大柴油發(fā)電機(jī)組，采用較小的柴油發(fā)電機(jī)組作為鋰電池的充電電源，也可采用外部電源給鋰電池充電。同時勢能可回饋至鋰電池組進(jìn)行回收。建立智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)充電用柴油發(fā)電機(jī)組的自動啟停和調(diào)速，對蓄能單元實(shí)施智能充放電。適用范圍適用于各類集裝箱港口或碼頭關(guān)鍵技術(shù)常規(guī)RTG一般采用400KW左右的柴油發(fā)電機(jī)組供電，隨著RTG的運(yùn)行參數(shù)的進(jìn)一步提高，柴油機(jī)的容量還要進(jìn)一步加大。造成常規(guī)RTG油耗大，運(yùn)營成本高的原因主要如下：（1） 柴油機(jī)功率配置過大為了滿足RTG在起升和小車兩個機(jī)構(gòu)都以最大負(fù)荷、額定速度和額定加速度運(yùn)行時所需要的峰值功率，RTG制造廠家一般都采用400KW以上的大功率柴油發(fā)電機(jī)組，而RTG通常作業(yè)時的持續(xù)功率僅有60-80KW左右。（2） 柴油機(jī)低負(fù)荷時間比例過高據(jù)統(tǒng)計(jì)：柴油機(jī)負(fù)荷低于20%的運(yùn)轉(zhuǎn)時間達(dá)75-80%，在此工況下柴油機(jī)仍全速運(yùn)行，造成大量的燃油浪費(fèi)。（3） 空載等候時間過長由于碼頭作業(yè)性質(zhì)決定，RTG不作業(yè)時間占總運(yùn)行時間的45%-55%,也造成大量燃油空耗。（4） 重物下降和機(jī)構(gòu)減速過程產(chǎn)生的電能沒有得到利用重物下降和機(jī)構(gòu)減速過程中產(chǎn)生的再生電能被制動電阻白白消耗，無法得到回收利用。開展集裝箱龍門吊“混合動力技術(shù)”改造，采用大容量鋰電池作為RTG的供電源，不降低現(xiàn)有RTG的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（起重量、各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度等）的情況下，可大幅度將柴油發(fā)電機(jī)組功率配備從傳統(tǒng)400kW降低至50kW或更低（僅做充電用），鋰電池也可通過外部電源充電。既可滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)行的峰值功率需求和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的功率需求，且能充分吸收設(shè)備的勢能回饋，在RTG待機(jī)狀態(tài)下，鋰電池能夠提供較小的能量維持RTG輔助設(shè)備的長期運(yùn)行（如照明、空調(diào)等）。鋰電池供電RTG的系統(tǒng)構(gòu)成如下：高功率大容量鋰電池模塊組、小功率柴油機(jī)組、智能電池管理系統(tǒng)、輔助逆變供電裝置等。圖1鋰電池供電RTG系統(tǒng)構(gòu)成采用高功率大容量鋰電池組和小功率柴油發(fā)電機(jī)組（充電用）取代了傳統(tǒng)RTG上的大功率柴油機(jī)組，由電池組直接給整機(jī)變頻器上的直流母排提供工作電源。輔助設(shè)備通過一組DC/AC逆變器供電，其工作電壓范圍可供選擇。常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下，小功率柴油發(fā)電機(jī)組不工作，直接由鋰電池組驅(qū)動RTG。通過智能電池管理系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控每一組電池的狀態(tài)（電壓、溫度），并由PLC采集數(shù)據(jù)后控制小柴油機(jī)啟停，給電池適當(dāng)電量補(bǔ)償，在起升下降和制動等動作時，所產(chǎn)生的電能都將回饋鋰電池組，更好的起到了節(jié)能降耗的效果。典型案例（1） 應(yīng)用單位上海國際港務(wù)（集團(tuán)）股份有限公司開展（2） 應(yīng)用情況為精確了解集裝箱門式起重機(jī)混合動力技術(shù)改造的節(jié)能低碳效果，上海港先期投入120萬元，進(jìn)行1臺RTG改造，并進(jìn)行能耗測試。測試方法及條件嚴(yán)格按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14783-2009《輪胎式集裝箱門式起重機(jī)》中第四項(xiàng)執(zhí)行，此次測試由上海海事大學(xué)航運(yùn)技術(shù)與控制工程交通部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同完成。（3） 效益分析為了精確測量油耗，測試采用電能平衡的方法：先采用小柴油發(fā)電機(jī)組將鋰電池組充滿電，再停止柴油發(fā)電機(jī)，僅用鋰電池儲存的電能完成RTG運(yùn)行測試。用直流電度表進(jìn)行準(zhǔn)確測量用電量，再將實(shí)際用電量折算成柴油發(fā)電機(jī)組的等價油耗(實(shí)測50kW柴油發(fā)電機(jī)組的油電折算系數(shù)約為3.47kWh/L)。各典型工況節(jié)油測試結(jié)果：待機(jī)工況：關(guān)閉射燈、步道燈和吊具泵，電氣房及司機(jī)室空調(diào)開啟，控制不合，時間為半小時。節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)油耗：取用電能3.3kWh，折合柴油0.95L傳統(tǒng)集裝箱門式起重機(jī)油耗：5.35L節(jié)油率：(5.35-0.95)/5.35=82.24%空載工況：節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)油耗:取用電能17.14kWh，折合柴油4.94L傳統(tǒng)集裝箱門式起重機(jī)油耗：13.25L節(jié)油率：(13.25-4.94)/13.25=62.7%15T負(fù)載工況：節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)油耗:取用電能16.38kWh，折合柴油4.72L傳統(tǒng)集裝箱門式起重機(jī)油耗：13.9L節(jié)油率：(13.9-4.72)/13.9=66.04%30T負(fù)載工況：節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)油耗：取用18.04kWh，折合柴油5.2L傳統(tǒng)集裝箱門式起重機(jī)油耗：15.44L節(jié)油率：(15.44-5.2)/15.44=66.32%各工況加權(quán)平均節(jié)油率：傳統(tǒng)集裝箱門式起重機(jī)實(shí)驗(yàn)總油耗：47.94L節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)實(shí)驗(yàn)總油耗：15.81L節(jié)油率：(47.94-15.81)/47.94=67.02%據(jù)測試，大功率鋰電池節(jié)能RTG與常規(guī)RTG相比，其節(jié)油效果可達(dá)65%以上。如按照每臺常規(guī)RTG每年操作12萬集裝箱，每箱平均油耗按0.87L計(jì)，一年每臺可節(jié)省燃油約6.8萬升，折合82tce，CO2減排204t。按柴油價格5.5元/升計(jì)算，每年可獲經(jīng)濟(jì)效益37萬元。根據(jù)估算，采用大功率鋰電池節(jié)能集裝箱門式起重機(jī)，與常規(guī)集裝箱門式起重機(jī)相比，新機(jī)采購增加費(fèi)用約70萬元，舊機(jī)改造費(fèi)用約120萬元。新機(jī)采購2年即可收回，舊機(jī)改造3年內(nèi)課收回投資。推廣前景與目前較多采用的市電RTG(采用電纜卷筒或滑觸線等供電)相比，大功率鋰電池供電RTG減少了對碼頭基建以及碼頭配電系統(tǒng)的改造和擴(kuò)建工作，初