关于集装箱码头装卸工艺改造的供电方案可行性研究

2014-02-27中交第四航务勘察设计院有限公司

智能建筑与智慧城市 2014年2期

文│中交第四航务勘察设计院有限公司熊亮

中交四航局港湾工程设计院有限公司刘庆中

1 引言

轮胎式集装箱门式起重机（RTG）是世界各大集装箱专业化码头堆场的主力设备，它具有投资成本低、机动灵活可转场作业、便于分期分批购置等优点，一直受到广大集装箱作业码头的欢迎。近几年“油改电”技改措施的大力推进，使得过去能耗大、成本高的柴油式RTG已经普遍改为交流电驱动的ERTG。

以我院为广州集装箱码头有限公司（简称GCT）的集装箱码头装卸工艺系统做改造的可行性报告为例。限于当时的论证周期、业主指导思想等制约，我院为其做的“油改电”技改方案，主要从可靠性、维护保养的便捷性等传统的角度去考虑设计的，但是随着近几年的技术进步，许多当时看来不可靠、不经济的设备、方案，也逐步得到用户的认可。因此，有必要结合当下新技术条件重新思考，为今后的工作提供一个与时俱进的新思路。

2 直流滑触线供电分析

起初我院按照传统可靠的方式为GCT“油改电”方案设计构思了一个传统供电的方案，简略构思如下：采用460V交流电源；采用3.5m高安全式交流滑触线为ERTG供电；在变电所内集中设置无功功率补偿柜。

整个方案中规中矩。但是，我们注意到，由于采用交流供电，在供电线路阻抗的影响下，变电所的供电半径有限。也就是说，总供电功率在一定的条件下，为了满足整个堆场的需要，我们不得不多设置几处变电所。这样一来势必会增加高压配电柜、高压电缆、变压器方面的投资，同时也占用了过多的堆场空间。

近几年，采用直流滑触线的形式供电，供电半径将扩大不少。但当时在做GTC“油改电”技改时，直流滑触线的安全性还达不到要求，只能做到6m高的高空滑触线。随着近年科学的发展，直流滑触线供电技术日趋成熟，以现今的技术已经可以做到3.5m高的安全型低空滑触线，安全性不再成为制约条件。

如果采用直流供电，那么将具备以下几点优势：

（1）由于直流供电只需要考虑纯电阻性阻抗，供电半径将显著增大。

（2）供电半径增大后，可以通过增大箱变容量的方式，减少箱变个数。降低整个高压供、配电环节的一次投资。

（3）仅需要2条直流滑触线，与过去5条交流滑触线相比，明显节省投资成本。

（4）用于直流供电，计入电网的功率因数相当高，实践中甚至达到95%以上，省去了低压集中电容补偿柜的投资。

但必须注意的是，直流供电也需要在箱式变电站内增设1台整流柜，以便将交流电变成直流电，同时在ERTG上也需增加相应逆变装置。不过根据上海振华港机提供的数据显示，采用直流滑触线供电后的ERTG和滑触线的总投资额不会比传统交流ERTG大。

3 馈电式节能技术分析

油改电以后，设备对油的依赖减小，但另一方面对电的需求却增大。近年来，中国社会高速发展，高峰期用电缺口越来越大，电费也呈现逐年上涨的趋势。在这个前提下，怎样节约用电，如何节省一次投资成本以及运营成本，针对这些问题，我院近期研发出了一种新的节电技术。

我们知道，当集装箱上升时，ERTG电机处于电动状态，电能转化为集装箱的势能；当集装箱下降时，ERTG电机处于制动状态，集装箱的势能转化为电能。过去这部分再生能量无法回馈，只能直接通过能耗电阻以发热的形式白白消耗掉。

若我们能够将这部分能量进行再利用，不仅可以实现节能，同时还可以弥补起升机构吊重载上升过程及各机构突然加速时的突加功率需求，从而使发动机可以在非过载状态下工作，容易熄火的现象也将不复存在，有效地提高了发动机的使用寿命，并达到良好的环保效果。解决这个问题的关键是要有一套储能和回馈装置，能够快速吸收再生能量，并在系统需要时立即投入使用。

近年来发展出了几种方式可利用电机制动而回馈的电能，如下：

（1）采用超级电容的形式

将电机制动过程中发出的电能储存在超级电容里，需要时再拿出来使用。超级电容具备能量密度和功率密度非常高、充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，在实践中已被大量运用。

（2）飞轮储能系统

飞轮储能是一种机械能存储方式，是指利用电动机带动飞轮高速旋转，从而将电能转化成动能储存起来，在需要时再用飞轮带动发电机发电的储能方式。

图1 直流母线馈电节能技术工程图

（3）直流母线馈电节能技术

为了直观表述，该技术工程如图1所示。

既然我们前面考虑了直流滑触线供电，那么很显然我们的低压母线已经具备直流母线的条件。当有ERTG下降重物状态时，产生的电能就变为直流电，通过直流滑触线、直流母线进入处于提升重物状态的ERTG中，以达到节能的效果。当堆场中起、降越频繁时，馈电的作用发挥得越好，越能达到更高的节能效果。至于超级电容和制动电阻，均是为了储存和消耗多数ERTG 在下降时生产的电能。