关于节能减排技术在港口起重设备节能中的讨论

2011-06-01鲍永国李敏

资源节约与环保 2011年2期

关键词：起重机轮胎港口

鲍永国李敏

（天津港汇盛码头有限公司，天津 300457）

一、前言

港口是交通运输的重要中转集散地，是能源消耗大户，因而节能减排已成为港口管理者的重要工作之一。因此研讨港口的节能减排对港口的节能减排工作至关重要。

二、港口起重设备能耗方式

1．势能损耗

起重搬运的负载质量大，一般都有数吨到数十吨重。由于负载质量大、位置高，因而具有很大的势能。尤其是岸边集装箱起重机，起升高度大，运行过程中产生很大的重力势能。

能源消耗是港口工程机械的经常性主要费用项目，降低能源消耗对降低装卸成本具有相当大的意义。特别是当今资源日益趋紧的形势下，企业在设计和购买新的工程机械时，将会越来越多地注意动力的选择和降低能源消耗的问题。

2.惯性制动能量损耗

在港口流动机械中，货物被提升后再下降，其下降运动是靠机械势能驱动的，但又不允许其自由下降，因此通过能耗制动把多余的机械能进行消耗。由于采用柴油机发电机组供电，在RTG负载下降的过程中回馈的能量只能通过变频器的制动电阻以发热的形式消耗掉，造成了能量的大量浪费。这是其他设备不具备的再生能量，经初步测算，可利用的能量占所消耗能量的比值高达42%（该值为考虑了机械和冲放电等因素后的数据），节能潜力巨大。

3.空闲运行能量损耗

以发动机作为动力源的工程机械,为满足不同工况的要求,特别是港口作业极端工况的要求,其发动机的功率配置都很大,造成其排量大,空耗耗能严重的缺点。如轮胎式起重机,根据其作业工况,设备无论是在作业还是在待机状态，无论从事何种动作，起重货物的重量如何，柴油发电机组都要一直以一个额定的转速运转，使大量的燃料白白浪费掉。因此,配置大容量发动机的系统存在较大节能空间。

4.安全性配置能量损耗

受技术限制，以发动机作为动力源的工程机械，为满足不同工况的要求，特别是港口作业极端工况的要求，其发动机的功率配置都很大，造成其排量大，空耗耗能严重的缺点。另外由于系统采用大容量发动机的配置，而起重机工作工况经常是吊运额定负载以下的货物，处于较小功率需求的情况，造成发动机处于较低的运行效率，造成能量的浪费，对环境的污染也较为严重。

三、目前常见的起重设备节能减排技术

1.双动力轮胎式起重机

随着国际原油市场的动荡及燃油价格的不断上扬，轮胎吊的运行成本不断攀升，给各码头公司带来沉重的负担。RTG“油改电”，在目前石油价格高昂的背景下，具有很大的成本优势。同时，电动RTG在作业过程中柴油发电机组处于关闭状态，没有柴油机组尾气排放和发出的噪声，也没有柴油机对RTG整机结构造成的振动，RTG司机的操作环境得到极大改善。RTG油改电原理是在保留原有柴油发电机组的情况下增加一套市电供电装置。在作业时采用外接电源供电，需要转场作业时，再启用柴油发电机组，该形式能够达到很好的节能效果。

2.带储能器的混合动力轮胎式起重机

常规RTG的起重机在放下集装箱时会释放势能能量，这一部分能量并没有在效地利用起来，而是浪费了。混合动力轮胎吊就是将起重机下放物体释放的能量收集起来，转化为电力，然后在需要时重新提供给起重机。再生能量采用超级电容进行存储。这种轮胎吊不仅节能环保，而且可以保持常规轮胎吊操作灵活的优势。这项技术的核心是在原有柴油发动机的基础上，让轮胎吊加装一台智能电气控制装置，该装置将时刻“监视”轮胎吊的工作情况。

混合动力轮胎吊工作原理见图1

图1 混合动力RTG的工作原理

混合动力系统主要由小功率柴油发电机组、超级电容和DC／DC控制器组成，超级电容和DC／DC控制器为关键设备。将超级电容储能系统通过双向DC—DC变换器系统并联在变频器的直流母线上，利用直流母线监测电压变化范围，在电压上升时充电，在电压下降时放电。混合动力轮胎吊的油耗成本仅为常规RTG的63%，节油率可达30%以上。经过混合动力改造的轮胎吊一年可节油几万升，成本大为降低，经济效益明显。此外混合动力RTG的尾气排放可下降50%以上；并且柴油机发电机的噪声也可减小不少；柴油机发电机的启动时间可减少，可有效地提高运作效率。具有较好的社会效益。

3.门式起重机上的变频回馈单元

门机调速经历了定子串电阻、直流、交流变频几个阶段，在过去的门机控制理念上对电机被反拖情况下所产生的反电动势采取的手段都是消耗在外接电阻上，来平衡电机的正常工作，这种情况下电机运行中所产生的能量被无偿地浪费在电阻上。

常用传统的门式起重机调速方法有：①绕线转子异步电动机转子串电阻调速；②绕线转子异步电动机晶闸管定子调压调速；③绕线转子异步电动机串级调速等。上述3种门式起重机采用传统交流调速方法的共同缺点是，调速系统的综合性能指标较差，效率较低；绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高。

变频器能在很宽范围内无级调速。可以根据需要自由设定加减速时间；基频以下可实现恒转矩调速，基频以上可实现恒功率调速；良好的低速力矩特性使电机在起动和加速时可获得足够大且平滑的加速度；制动单元采用能耗电阻的接入使电机在减速和停车时能够获得足够的制动力矩和实现零速抱闸。变频器的上述特性保证了变频调速系统具有很好的速度响应性能。

四、几种节能减排技术应用对比总结

轮胎吊双动力油改电高架滑触线方案和磁滞连轴器电缆卷筒方案节能效果相近。经过工程应用验证，电力驱动的RTG(ERTG)能耗下降30%以上，基本无废气排放，运行成本可下降65%，噪声可下降50%以上。因此，尽管当时集装箱码头“油改电”项目需要一次性投入较大的资金，但一般都可以在3年左右的时间里全部收回，并在今后创造更好的经济效益和社会效益。其缺点是双动力转换比较繁琐，不太适用于轮胎吊这样流动性强，转场频繁的起重设备。

混合动力节能方式能满足生产要求，比普通RTG标准箱节油约30%：同时减少废气排放，节能减排效果明显。由于频繁充放电影响电容寿命，目前仅对起升机构再生制动能量进行回收利用。混合动力RTG既节能又环保，对港口企业节能减排、增收节支具有积极的意义。

采用变频技术实现调速的无级和无触点控制，使门机平稳启动、制动，从而减轻了各个机构在机械起、制动时对门机机械部分造成的冲击，延长了门机机械部分的寿命，使门机的单耗下降20%左右。