二十七、集装箱门式起重机混合动力技术改造

1.技术概要

采用大容量锂电池作为RTG主要动力源，在不降低现有RTG各项技术指标（起重量、各机构运行速度等）的情况下，取消原有大柴油发电机组，采用较小的柴油发电机组作为锂电池的充电电源，也可采用外部电源给锂电池充电。同时势能可回馈至锂电池组进行回收。建立智能控制系统，实现充电用柴油发电机组的自动启停和调速，对蓄能单元实施智能充放电。

2.适用范围

该技术适用于各类集装箱港口或码头。

3.技术内容

常规RTG一般采用400KW左右的柴油发电机组供电，随着RTG的运行参数的进一步提高，柴油机的容量还要进一步加大。造成常规RTG油耗大，运营成本高的原因主要如下：

（1）柴油机功率配置过大

为了满足RTG在起升和小车两个机构都以最大负荷、额定速度和额定加速度运行时所需要的峰值功率，RTG制造厂家一般都采用400KW以上的大功率柴油发电机组，而RTG通常作业时的持续功率仅有60-80KW左右。

（2）柴油机低负荷时间比例过高

据统计：柴油机负荷低于20%的运转时间达75-80%，在此工况下柴油机仍全速运行，造成大量的燃油浪费。

（3）空载等候时间过长

由于码头作业性质决定，RTG不作业时间占总运行时间的45%-55%，也造成大量燃油空耗。

（4）重物下降和机构减速过程产生的电能没有得到利用

重物下降和机构减速过程中产生的再生电能被制动电阻白白消耗，无法得到回收利用。

开展集装箱龙门吊“混合动力技术”改造，采用大容量锂电池作为RTG的供电源，不降低现有RTG的各项技术指标（起重量、各机构运行速度等）的情况下，可大幅度将柴油发电机组功率配备从传统400kW降低至50kW或更低（仅做充电用），锂电池也可通过外部电源充电。既可满足机构运行的峰值功率需求和稳态运行的功率需求，且能充分吸收设备的势能回馈，在RTG待机状态下，锂电池能够提供较小的能量维持RTG辅助设备的长期运行（如照明、空调等）。

锂电池供电RTG的系统构成如下：高功率大容量锂电池模块组、小功率柴油机组、智能电池管理系统、辅助逆变供电装置等。

图1锂电池供电RTG系统构成

采用高功率大容量锂电池组和小功率柴油发电机组（充电用）取代了传统RTG上的大功率柴油机组，由电池组直接给整机变频器上的直流母排提供工作电源。辅助设备通过一组DC/AC逆变器供电，其工作电压范围可供选择。

常规运行状态下，小功率柴油发电机组不工作，直接由锂电池组驱动RTG。通过智能电池管理系统，实时监控每一组电池的状态(电压，温度)，并由PLC采集数据后控制小柴油机启停，给电池适当电量补偿，在起升下降和制动等动作时，所产生的电能都将回馈锂电池组，更好的起到了节能降耗的效果。

4.案例分析

（1）技术应用单位

上海国际港务（集团）股份有限公司开展

（2）技术应用情况

为精确了解集装箱门式起重机混合动力技术改造的节能低碳效果，上海港先期投入120万元，进行1台RTG改造，并进行能耗测试。测试方法及条件严格按照中华人民共和国国家标准GB/T14783-2009《轮胎式集装箱门式起重机》中第四项执行，此次测试由上海海事大学航运技术与控制工程交通部重点实验室共同完成。

（3）效益分析

为了精确测量油耗，测试采用电能平衡的方法：

①先采用小柴油发电机组将锂电池组充满电，再停止柴油发电机，仅用锂电池储存的电能完成RTG运行测试。

②用直流电度表进行准确测量用电量，再将实际用电量折算成柴油发电机组的等价油耗（实测50kW柴油发电机组的油电折算系数约为3.47kWh/L）。

各典型工况节油测试结果：

①待机工况：

关闭射灯、步道灯和吊具泵，电气房及司机室空调开启，控制不合，时间为半小时。

节能集装箱门式起重机油耗：取用电能3.3kWh，折合柴油0.95L

传统集装箱门式起重机油耗：5.35L

节油率：(5.35-0.95)/5.35=82.24%

②空载工况：

节能集装箱门式起重机油耗：取用电能17.14kWh，折合柴油4.94L

传统集装箱门式起重机油耗：13.25L

节油率：(13.25-4.94)/13.25=62.7%

③15T负载工况：

节能集装箱门式起重机油耗：取用电能16.38kWh，折合柴油4.72L

传统集装箱门式起重机油耗：13.9L

节油率：(13.9-4.72)/13.9=66.04%

④30T负载工况：

节能集装箱门式起重机油耗：取用18.04kWh，折合柴油5.2L

传统集装箱门式起重机油耗：15.44L

节油率：(15.44-5.2)/15.44=66.32%

⑤各工况加权平均节油率：

传统集装箱门式起重机实验总油耗：47.94L

节能集装箱门式起重机实验总油耗：15.81L

节油率：(47.94-15.81)/47.94=67.02%

据测试，大功率锂电池节能RTG与常规RTG相比，其节油效果可达65%以上。如按照每台常规RTG每年操作12万集装箱，每箱平均油耗按0.87L计，一年每台可节省燃油约6.8万升，折合82tce，CO2减排204t。按柴油价格5.5元/升计算，每年可获经济效益37万元。

根据估算，采用大功率锂电池节能集装箱门式起重机，与常规集装箱门式起重机相比，新机采购增加费用约70万元，旧机改造费用约120万元。新机采购2年即可收回，旧机改造3年内课收回投资。

5.推广建议

与目前较多采用的市电RTG（采用电缆卷筒或滑触线等供电）相比，大功率锂电池供电RTG减少了对码头基建以及码头配电系统的改造和扩建工作，初期投资显著降低，特别适用于一些场地不规则，配电能力不够，电力缺乏的码头；对于旧机改造，时间短，见效快，且该大功率锂电池供电RTG与市电RTG相比，保持了转场的机动性。

建议应用企业根据码头作业的实际情况及场地条件，科学选用该项技术。