油改电eRTG技术比较和探讨文档格式.docx
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柴油机涮速、大小柴油发电机、柴油双速发电机、混合动力减小柴油机容量等等。
它们的目的是提高柴油发电机的效率或使用率(通常也就10%—30%效率的提升),但与使用市电的大型发电机组相比效率仍然很低,成本也高。
比较而言,最彻底的方法是采用电网供电来代替柴油发电机,即“油改电”技术。
电网供电可以根据需要开关电源和调节电量供给,目前“油改电”节约营运成本可达到60%—80%。
最初的“油改电”技术更多从单纯吊装节能效果来考虑,当初也将“RTG油改电描述为需要在RTG上增加一个供电系统。
当RTG在堆场上进行正常堆垛作用时,关闭柴油发电机组,将供电选择开关切换到岸电供电;
当RTG需要转场时,分离岸电,供电切换到柴油发电机组”。
而电源的分离和切合、柴油发电机的启动和停止往往为轮胎吊带来很大的不方便性。
而实际中,特别是对于现代规模化集装箱码头,不仅仅是利用“油改电”的节能减排特点,同时还需要充分利用保留轮胎吊“灵活机动”的特点。
因此,在油改电方案之初就应该更加注重轮胎吊的转场问题、驾驶问题,最理想的是尽可能“带电转场”,减少电源插拔和柴油机启停,同时又不会对驾驶带来大的影响。
3“油改电”岸电上机方式和特点比较
目前已有的“油改电”方法是采用电缆卷筒、低空滑触线、高架跨箱区滑触线三种方案。
3.1电缆卷筒供电方式(单箱区移动)
该技术是最早得到应用的“油改电”技术,在国外个别有环保要求的小型集装箱场地,如挪威奥斯陆港,自2003年初开始使用。
国内2003年末也在东北一边贸集装箱堆场使用。
随后在深圳招商港和上海沪东集装箱码头分别使用。
最近由于“油改电”技术的推广应用,部分码头开始大规模地推广,如天津,深圳等地的部分码头年内会有40—50台投入使用。
该技术就是通过将电缆卷筒安装在轮胎吊上,利用供电电缆将市电采集到轮胎吊上(见图1),其典型特点是:
●在原RTG基础上,再增加一套市电供电装置,主要有机载变压器(如,1000V/460V,460kVA);
电缆卷筒驱动控制柜(电缆卷筒控制电源,PLC,变频器);
电缆卷筒(如,卷筒外径4m,内径2m),卷筒驱动电机和支持支架和维修平台;
整机重最增加约3.5t,会增加轮胎磨损和电能驱动。
●轮胎吊跑道上通常需要挖设电缆沟,操作需要防止车辆或者轮胎吊压到供电电缆,从而导致供电电缆受损。
往往还需要在轮胎吊加装防撞装置和减速运行。
一旦发生碰撞,维护成本较高。
●由于电缆卷筒的局限,系统增加一定的电缆和变压器损耗,约是总功率的10%—15%。
●移动受限,目前只能单箱区内运行,换箱区工作需要切换电源,启动柴油发电机,需要增加额外的时间。
相邻间箱区转场通常在20—30rain。
●电源插头由于需安全防水,插拔电源有一定安全性,目前大多需要工程技术部来人帮助。
●电源插头需要能方便快捷进行电缆插拔,目前主要还采用国外进口部件,可控性差。
●电缆卷筒需要占用宝贵的运行安全空间(约30-40cm,如安装在门架内,可能被吊具和集装箱碰撞,如安装在门架外,可能影响轮胎吊行驶安全)。
●在已有的应用中表明,防碰撞系统是非常重要的配置,但由于不象低空滑触线可以用固定板做为基准,目前常用的方法(如激光、超声波)还没有很好的解决方案。
●另外,防碰撞系统仅仅可以减少碰撞事故,但驾驶不方便性仍然存在,往往通过牺牲驾驶速度来完成,这样也影响效率,目前针对该问题已有自动驾驶技术(如GPS,图像处理技术)推出,需要一定的支出。
●需要有效的换向装置,以确保使用较少的电缆和对电缆弯曲疲劳的影响。
●机上东西较复杂,使用寿命有限(部分主要部件寿命仅5—10年),如电缆弯曲疲劳和老化,变频电缆卷筒寿命等,有一定的维护成本。
●改造费用估算:
2台RTG在2×
250m堆场范围内,地面供电部分改造费用160万,机上改造部分100万,平均每台改造费用为130万人民币。
造价较高。
●由于其电缆和变压器的损耗,以及轮胎吊重量的增加,在可比条件下,年耗油55万元的工作频率下,平均每台节约营运成本为在66%(上海沪东单位标箱油耗1.0lkg=4.55元,单位标箱电耗2度=1.54元),节约效率较低。
投资回报期约为3.5—4年。
由于系统的寿命较短,按l0年计算,投资回报期占系统寿命约35%—40%。
●该技术地面工作较少,轮胎吊改造可以不占用工作场地,对堆场影响较小。
●使用该技术的轮胎吊相对完整独立,可以分批分期单独改造,轮胎吊今后转场和利用比较容易。
●应用面广,适合于不同大小、形状的场地,特别是对小码头,轮胎吊数量少(10台以内)、密度小(平均每台覆盖2、3个箱区以上),有较高的性价比。
●该技术相对应用时间较长,且深受主机厂欢迎并积极推广,在市场上有一定的影响力。
图l电缆卷筒供电方式的轮胎吊
3.2低空滑触线供电(单箱区移动)
该技术是2006年中由青岛港提出和开始使用,并且快速进行大面积推广,在青岛完成60多台轮胎吊改造,是最先完成批量使用、得到系统使用经验的。
随后盐田国际和香港HIT分别有小批量10—20台轮胎吊使用。
最近由于“油改电”技术的推广应用,部分码头开始大规模地推广,如盐田年内会有70—80台使用。
低空滑触线供电是采用刚体滑触线作为RTG供电的导体(见图2),其特点:
●一般架设高度为2~3m,每隔3m左右,须有一个电线杆作滑触线支撑,由于高度有限,滑触线须采用安全滑触线,供电电压通常是机上电压(如460V)。
●轮胎吊跑道上必须架设安全滑触线支架,操作需防止车辆或者轮胎吊撞到供电支架,从而导致供电滑触受损,往往在轮胎吊需要加装防撞装置和减速运行。
一旦发生碰撞,维护成本极高。
●移动受限,目前只能单箱区内运行,换箱区工作需要切换电源,启动柴油发电机,需要增加额外的时间,相邻间箱区转场通常在10—20min。
●由于安全需要,插拔电源必须先切断线路电源开关,目前大多需要工程技术部来人帮助。
●滑触线的集电装置需要保证安全供电和牵引,较为复杂,长度必须可以调节,质量要求高,目前主要采用进口部件。
●安全滑触线支架需要占用相当宝贵的运行安全空间,通常在50—100cm,非常影响驾驶安全。
在已有的应用中,防碰撞系统(如激光、超声波)几乎成为必须的配置,如在青岛和盐田,增加一定的成本。
●另外,防碰撞系统仅仅可以减少碰撞事故,但驾驶不方便性仍然存在,往往通过牺牲驾驶速度来完成,这样也影响效率。
目前针对该问题已有自动驾驶技术(如CPS,图像处理技术)推出,需要一定的支出。
●由于该技术源自于工业行车供电方式,为节约成本,通常采用铝滑线,与铜滑线相比,线损耗较大,同时寿命也短很多。
目前国产低空滑触线约2500元/m。
进口低空滑触线4000元/m,考虑到同比采用铜滑线,每米需增加l000元,2台RTG在250m堆场范围内,同时考虑必须的防碰撞系统,投资费用:
平均每台改造费用为45—60万人民币。
造价较低。
●由于铝滑线的损耗较大,目前报道平均每台节约营运成本为在61%(青岛港单位标箱5.9元下降为2.3元),在可比条件下,年耗油55万元的工作频率下,投资回报期约为1.3—1.4年。
由于铝滑线的寿命限制,和系统在地面的安全性等问题的影响,按15年使用寿命计算,投资回报期占系统寿命约8.5%—9.5%。
●该技术地面工作较多,对堆场影响较大。
轮胎吊改造需要有一定的小批量同时进行。
●适用面较广,对于中等规模(10—20台),中等工作密度(平均每台覆盖2、3个箱区)的堆场有较高的性价比。
图2低空滑触线供电方式的轮胎吊
●该技术有批量应用业绩,目前在批量推广中有一定的市场。
3.3高空跨箱区滑触线供电方式(跨箱区移动)
该技术是2007年初由上海港(与上海海得共同推出)率先开始使用,并且是后来居上,最快得到大面积推广应用的。
在上海目前已经完成80多台轮胎吊改造,并且在宁波、广州、妈湾、扬州等港口开始批量和大批量使用,近期上述码头和上海港还会有100—120台使用。
高空跨箱区滑触线供电方式是以电车铜滑触线作为载流导体,架设在RTG的顶上,以承重钢绞线作为铜滑触线的承载装置,承受滑触线的重量并保证铜滑线的水平,加上其它辅助措施,保证轮胎吊的可靠供电(见图3),其特点:
●供电铜滑线电压通常是机上电压(如460V),架设高度在25m以上,由于高度超过轮胎吊和其它码头运动设备的高度,对港口设备没有妨碍,避免由于碰撞可能引起的高额维修费。
●轮胎吊司机无需改变操作习惯,可操作性很好,安全性也强。
●在直线箱区间移动自由(即“带电转场”),保证了绝大部分轮胎吊转场机动性的要求。
因此,可以结合其它简单方法,彻底让轮胎吊从柴油发电机中解放出来(是前述两种方法无法做到的),并省去相当大的柴油机维护成本。
另外,由于卸掉柴油机,可以减轻数吨的重量,对轮胎吊的轮胎磨损和轮胎吊行走节能都有帮助。
●轮胎吊切换供电时,由于电源开关的安全距离达2米,系统安全性很高。
但操作需要爬到吊车顶部,不很方便,不过好在这种需要在大堆场的机会很少,另外如需要可以引入自动切换系统。
●高空滑触线的架线依靠高杆塔来完成,塔高35~45m,间隔1130~300m,因此,可选择相当次要的空间来安装,保证不影响运行,没有碰撞危险。
●没备使用寿命很长,主要部件在30—50年以上寿命,维护成本低,所以部件均为国内生产。
目前以l200m计算,每米造价为8000元,可以提供10—12台,一次性投资费用平均每台改造费用为80—96万人民币,价格中等。
●由于采用铜滑线,损耗较小,也没有变压器损耗,甚至还可以省掉柴油机的重量,是目前节约营运成本最多的,平均每台为77%(上海港振东码头单位标箱耗油0.87升=4.47元,单位标箱电耗1.36度=1.02元),在可比条件下,年耗油55万元的工作频率下,投资回报期约为1.9—2.2年。
由于系统的安全性高,使用寿命长,按30年使用寿命计算,投资回报期占系统寿命约6.5%—8%系统综合经济性最好。
●该技术地面工作中等,对堆场影响中等。
轮胎吊改造需要有一定的批量同时进行。
●适用面有一定要求,对于规整和狭长的场地,中大规模(10—20台以上),中大工作密度(平均每台覆盖2个箱区以下)的堆场有较高的性价比。
●该技术是投人应用最晚的,批量应用业绩刚刚开始,市场影响力小,但成长最快。
●另外,由于高架滑触线,不利的一方面它必然存在防雷、防台风、防伏冰问题,它们都可以在设计中专门处理解决;
但有利的一方面是它的架线塔可以与照明和监控塔公用,等效于大大降低制造成本。
图3高空滑触线供电方式的轮胎吊
●电网供电的轮胎吊还可以进一步引入电网反馈和公共直流母线技术来均衡电能(由于起重机下放重量时有位能负载转化成电能,现在eRTG是通过电阻损耗掉,利用电网反馈和公共直流母线技术可以把发的电给其它用电单元利用。
它们是未来“油改电”技术的必然发展方向,因为可以进一步节约电能25%—30%),他们需要同一个供电点有3—5台以上的轮胎吊工作,而前述两种“油改电”方法同一个供电点仅有一台或两台轮胎吊工作,很难均衡电能。
上述三种“油改电”方法不仅适用于老的堆场,对于新的堆场也同样有效。
4主要性能比较表:
(见表I)
表1三种供电方式的主要性能比较表
方式
项目
电缆卷筒供电
低空滑触线
高架滑触线
场地占用
必须铺设电缆沟,占用一定的场地。
需要占用重要稀缺的安全距离
由于每各三米必须架设电线杆,占用场地多,需要占用重要稀缺的安全距离
架设电线杆数量少,占用场地极少,而且占用的不是特别重要稀缺的安全距离
供电效率
较低,66%(由于线损、变压器和自重等原因)
(铝材料)低,61%,(铜材料)好
(铜材料)好,77%
维护工作
由于电缆在场地上拖动,易损坏,机上设备寿命短,工作量大
平常只需定时更换碳刷,工作量低,由于安全性,需要一定维护工作
平常只需定时更换碳刷,工作量低,系统寿命长,安全,其它没有需求
系统可靠性
供电质量高,但由于电缆拖在场地上,容易引起事故
供电质量高,但电线杆数量很多,易碰撞,安全性差
供电质量高,塔高需防雷、防台风、防覆冰,系统需有较高地设计水平
驾驶操作性
较差,易碰撞,且防碰撞实施困难,可采用自动驾驶(GPS,图像技术),费用高
差,特易碰撞,防碰撞装载是必须的,另外,自动驾驶(GPS,图像技术)也是非常需要的
好,与原来操作一样
机上复杂性
复杂
简单
转场性能
不好
20-30min
需要增加15%吊车
10-20min
需要增加10%吊车
较好
现场施工
影响小,但吊车改造工作很大
影响大
影响中
设备成本
一次投入高(单台130万),
使用成本高,
维护工作量大,
但可以单台投入
一次投入低(单台45—60万)
(铝滑线),
使用成本中,
维护工作中,
需要多台投入
一次投入中(单台80-96万),
使用成本低,
维护成本低,
需要多台同时投入
投资收回期/设备寿命
3.5-4年/10年
差
1.3-1.4年/15年
1.9-2.2年/30年
很好
适用场合
适用面广,特别适合于小码头,轮胎吊数量少(10台以内)、密度小(平均每台覆盖2、3个箱区以上),有较高的性价比
适用面中,对于中等规模(10-20台),中等工作密度(平均每台覆盖2、3个箱区)的堆场有较高的性价比。
适用面有一定要求,对于规整和狭长的场地,中大规模(10—20台以上),中大工作密度(平均每台覆盖2个箱区以下)的堆场有较高的性价比。
未来发展电网反馈和直流母线技术
很难
较难
非常合适,可以进一步节电25%-30%,非常可观。
未来发展资源利用
无
防撞和自动驾驶可以参照
铁塔可以用作照明和监控,大大降低码头综合投资成本,约15%
未来发展柴油机
必须保留
须保留
可省略,进一步节约30%投资和10%运营成本
未来发展综合经济性
一次投入高(单台130万)
一次投入低(单台60—80万)(铜滑线)
一次投入中(单台40-50万)
未来发展运营成本
降66%
降70%
降85%
3总结
●“油改电”技术是目前RTG最有效的“节能减排”技术,值得大力发展和推广,有条件的港口应该尽快应用该技术。
●目前三种方法各有其特点和应用场合,无法完全取代,码头应该根据自己的条件选用合适自己的技术。
●总体来讲,对于小码头较适合用电缆卷筒方案,中小规模的可选用低空滑触线方案,中大规模的更适合用高架滑触线方案。
●由于总体性能是高架滑触线最优,低空滑触线居中,电缆卷筒较低。
因此,在满足资金、场地、运行条件的情况下,应该按上述顺序选择应用方案。
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