關(guān)于輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)“油改電”技術(shù)的思考

鄭火碾

（廈門(mén)國(guó)際貨柜碼頭有限公司，福建廈門(mén) 361000）

0 引言

隨著低碳節(jié)約型社會(huì)的全面建設(shè)，交通運(yùn)輸行業(yè)也需要積極配合，對(duì)于運(yùn)輸港口來(lái)說(shuō)，有必要在此背景下加速實(shí)現(xiàn)場(chǎng)橋的“油改電”，促進(jìn)港口碼頭的節(jié)能減排，降低碼頭的運(yùn)營(yíng)成本。

輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)（Rubber-Tyred container Gantry crane，RTG）作為港口集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、保管以及交接的重要設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于其是將采油發(fā)電機(jī)組的驅(qū)動(dòng)作為主要?jiǎng)恿?lái)源，因此容易出現(xiàn)能源和成本的浪費(fèi)。以實(shí)際的電能轉(zhuǎn)化情況來(lái)看，目前還有著能耗和成本較大，然而能量轉(zhuǎn)換效率較低的不足。在燃油價(jià)格普遍較高的背景下，柴油機(jī)排放的一些廢氣、廢油以及廢水和噪聲等都會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成較大污染。因此需要實(shí)施輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)的“油改電”技術(shù)，促進(jìn)節(jié)能減排的同時(shí)來(lái)降低碼頭運(yùn)營(yíng)成本。

1 輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)存在的問(wèn)題

目前輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)力是柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組，由于間歇式工作狀態(tài)，因此其需要保持待機(jī)，就會(huì)形成空耗從而占據(jù)絕大多數(shù)的時(shí)間，存在實(shí)際能量轉(zhuǎn)換之間的效率過(guò)低、費(fèi)用成本過(guò)高的問(wèn)題，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。由于是柴油機(jī)提供動(dòng)力，一些氣體、噪聲和廢液污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成較大破壞，具體表現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：①資源浪費(fèi)，由于輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)一天中有不少于1/4的時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，這些無(wú)用功消耗是對(duì)成本和資源的巨大浪費(fèi)；②柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的能量轉(zhuǎn)化效率較低，一般在1/3 左右；③成本過(guò)高的原因主要有兩個(gè)，一是該機(jī)組的油耗過(guò)高，空轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)會(huì)引起成本增加，另一個(gè)就是受原油價(jià)格波動(dòng)影響；④在日常維護(hù)方面，柴油電機(jī)機(jī)組只有經(jīng)過(guò)頻繁的維修才能保證正常使用，并且一些零部件的更換和保養(yǎng)也是一筆很大的費(fèi)用，是不得不解決的問(wèn)題。

2 輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)“油改電”技術(shù)原理

首先，對(duì)于輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)電機(jī)的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)，就是利用柴油將一些化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后這些熱能就會(huì)再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能作為動(dòng)力來(lái)源，最后再轉(zhuǎn)化為電能供輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)使用。在這一過(guò)程中需要進(jìn)行多次的能量轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率非常低下。而通過(guò)“油改電”公共市電電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換來(lái)看，其轉(zhuǎn)換效率要比柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組效率高60%左右，在實(shí)施這種油改電以后，能夠讓輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)的電機(jī)直接外接市電電網(wǎng)，讓能耗得到明顯的降低。而且在集裝箱碼頭作業(yè)模式下，輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)在大部分的作業(yè)時(shí)間段內(nèi)，都會(huì)受到機(jī)構(gòu)正常動(dòng)作間隙以及輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)司機(jī)等待操作指令等因素的影響，這會(huì)浪費(fèi)一些能量。而通過(guò)“油改電”技術(shù)實(shí)施，輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)的柴油發(fā)電機(jī)組可以完全停止運(yùn)行，不進(jìn)行吊箱作業(yè)的時(shí)候基本上不會(huì)消耗能量，從而實(shí)現(xiàn)能源使用效率的最大化。

3 輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)“油改電”技術(shù)方案

3.1 低架公共直流母線滑觸線方案

低架公共直流母線滑觸線方案的實(shí)施中，公共直流母線系統(tǒng)作為使用方案的主體，具體使用過(guò)程中包括電網(wǎng)能量反饋和自動(dòng)取斷電等技術(shù)。從該方法的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，目前有著明顯的優(yōu)勢(shì)，如：有著較好的節(jié)能性，與其他兩種技術(shù)方案相比，能節(jié)省將近一成的能耗。不過(guò)，其在使用過(guò)程中也受到一些因素的制約，比如：該技術(shù)初期應(yīng)用對(duì)場(chǎng)地有著較高的要求，并且往往需要更大的成本投入；在設(shè)備改造上，還會(huì)花費(fèi)高昂的改造費(fèi)用；這種滑觸線在供電過(guò)程中，一旦電滑車(chē)發(fā)生故障將對(duì)其產(chǎn)生較大影響。在該方案的后期應(yīng)用中，一些受電小車(chē)往往需要很高的成本對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，工作量比較大，并且在對(duì)起重機(jī)司機(jī)的操作技能要求比較高等。

在該方法的應(yīng)用過(guò)程中，在實(shí)施“油改電”之前，輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組就需要為相應(yīng)的交流電來(lái)提供能量，然后再在輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)上設(shè)置出技術(shù)系統(tǒng)。并且當(dāng)輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)都在發(fā)電狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，一些再生電能需要讓公共直流母線電壓升高至730 V 以上。為了達(dá)到這一目的，需要在技術(shù)方案實(shí)施過(guò)程中設(shè)置出一種能耗電阻器來(lái)消耗再生電能，這樣就可以讓輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)在單獨(dú)作業(yè)過(guò)程中，避免一些能源的消耗。并且為了具體使用中將這種再生電能的利用率達(dá)到最大，還需要將輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)上的一些小型公共直流母線系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián)，這樣就可以讓多臺(tái)場(chǎng)橋同時(shí)運(yùn)行，提高整體作業(yè)效率。而當(dāng)公共直流母線電網(wǎng)下的多臺(tái)“油改電”輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)工作過(guò)程中出現(xiàn)了再生發(fā)電狀態(tài)，并且這些再生能量不能夠在該段公共母線內(nèi)完全消耗完成，此時(shí)在應(yīng)對(duì)措施上需要注重直流電的整改，將晶體管變流單元轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定直流電，因?yàn)橹绷麟娍梢愿玫胤答伒焦材妇€當(dāng)中。并且在這一過(guò)程架設(shè)中，還需要在集裝箱堆場(chǎng)相鄰的箱區(qū)內(nèi)來(lái)架設(shè)出低架滑觸線和側(cè)滑供電線路，并且對(duì)一些自動(dòng)伸縮受電器進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，然后將其安裝在海陸側(cè)鞍梁上。確保其能夠和一些輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)大車(chē)進(jìn)行同步移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)的移動(dòng)供電。如果場(chǎng)橋有著轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)的需求，此時(shí)司機(jī)就可以按照實(shí)際工況，直接用按鈕來(lái)做出合理控制。并且適時(shí)的對(duì)一些外接直流電源進(jìn)行切斷，能夠讓整個(gè)發(fā)電機(jī)組有著穩(wěn)定的供電狀況。并且實(shí)施之后的轉(zhuǎn)場(chǎng)工作。等轉(zhuǎn)到指定場(chǎng)以后，在對(duì)受電器接觸滑觸網(wǎng)進(jìn)行控制，讓柴油發(fā)電機(jī)組停止工作，轉(zhuǎn)化為外部直流電源來(lái)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)“油轉(zhuǎn)電”模式的運(yùn)行。

3.2 低架交流安全滑觸線方案

低架交流安全滑觸線方案一般采用440 V 交流電源的三相四線制供電方式，以取代電滑車(chē)形式向起重機(jī)供電。這種方案，電路比較簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的整體改造量也比較小，在架設(shè)過(guò)程中高度比較低，線路維修也比較方便。不過(guò)，與低架公共直流母線滑觸線方案相同，這種方法在初期應(yīng)用過(guò)程中對(duì)場(chǎng)地有著較高的要求，而且往往還需要對(duì)場(chǎng)地地面做出大量改造。由于是低架形式，箱區(qū)之間的滑觸線連接始終是一個(gè)需要面對(duì)的重要問(wèn)題。所以在起重機(jī)跑偏時(shí)，非常容易出現(xiàn)拉壞滑觸線的現(xiàn)象，這也是該方法在應(yīng)用中比較明顯的缺點(diǎn)。最后，在其應(yīng)用過(guò)程中，還必須考慮技術(shù)方案的維護(hù)工作量。一般來(lái)講，該方案的維護(hù)工作量很大，導(dǎo)致線路電壓也比較大，一些再生能量不能很好地回饋到電網(wǎng)當(dāng)中，往往只能以能耗電阻器的形式被消耗。

3.3 電纜卷盤(pán)方案

電纜卷盤(pán)方案也是輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)“油改電”技術(shù)方案實(shí)施的重要途徑，其主要由電纜卷盤(pán)、控制系統(tǒng)、供電電纜、地面接線箱、電纜插頭、導(dǎo)纜架等部分組成。以電纜卷盤(pán)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，其在一些單機(jī)改造上有著更大的使用空間。對(duì)于場(chǎng)地也沒(méi)有很高的要求，相應(yīng)地場(chǎng)地工作改造量也比較小。另外，由于該方案采用電纜供電，供電故障率比較低，不需要進(jìn)行過(guò)多的維護(hù)。利用該方案時(shí)需要注意，當(dāng)改造規(guī)模較大時(shí)投入的成本也較高。另外，在對(duì)機(jī)上改動(dòng)時(shí)往往工作量較大，需要增加設(shè)備的整體自重。而且一些再生能量通過(guò)能耗電阻器的消耗，還不能很好的反饋到電網(wǎng)當(dāng)中，也是該方案應(yīng)用中需要重視的問(wèn)題?？傊恍﹫?chǎng)地面積小且起重機(jī)數(shù)量比較少的小型碼頭，比較適用這種技術(shù)方案。

3.4 高架滑觸線方案

高架滑觸線供電方式的系統(tǒng)組成主要包括滑觸線饋電系統(tǒng)、輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)取電裝置。具體應(yīng)用：將電車(chē)銅滑觸線作為主要的載流導(dǎo)體架設(shè)到輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)頂上，一般來(lái)說(shuō)主要的架設(shè)高度為25 m 以上，而塔架之間的距離則大約為150 m。與其他方案相比，這種高架滑觸線方案不僅架設(shè)的電線桿數(shù)量比較少，場(chǎng)地空間占用也比較節(jié)省，平時(shí)也不需要刻意維護(hù)，另外供電質(zhì)量相對(duì)較高，復(fù)雜性也比較簡(jiǎn)單。不過(guò)對(duì)適用面也有著一定的要求，對(duì)于一些狹長(zhǎng)的場(chǎng)地，一般需要中大規(guī)模10～20 臺(tái)，設(shè)備密度也需要保持中等，這些都是高架滑觸線方案需要注意的地方。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)相比，“油改電”技術(shù)方案能大大改善輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)電源質(zhì)量，對(duì)于設(shè)備整體故障率的降低有著積極作用。當(dāng)輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)過(guò)街或者轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，提前啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，能夠在斷開(kāi)市電后仍能保持交流電源的不間斷，并較好地解決起重機(jī)夜間作業(yè)時(shí)因?yàn)殡娫辞袚Q造成照明間斷的問(wèn)題，有著極高的應(yīng)用價(jià)值。