1、現(xiàn)代港口起重機高效節(jié)能新技術及應用武漢理工大學武漢理工大學 胡吉全胡吉全主主 要要 內內 容容1、起重機節(jié)能減排狀況概述、起重機節(jié)能減排狀況概述2、港口起重機節(jié)能新技術、港口起重機節(jié)能新技術3、港口起重機節(jié)能新技術應用、港口起重機節(jié)能新技術應用4、起重機節(jié)能技術應用前景、起重機節(jié)能技術應用前景一、起重機節(jié)能減排狀況概述一、起重機節(jié)能減排狀況概述1 1、國內能源利用現(xiàn)狀、國內能源利用現(xiàn)狀 我國單位GDP的能耗是美國的6倍，是日本的7倍,甚至是印度的2.8倍。 大氣環(huán)境污染嚴重，環(huán)境保護和二氧化碳排放面臨巨大的壓力，2020年我國碳排放的減排要達到2005年的40%45%。 我國在用的起重機械有四

2、百多萬臺套，基本沒用采用節(jié)能系統(tǒng)或裝置，其能源利用率不足30%。一、起重機節(jié)能減排狀況概述一、起重機節(jié)能減排狀況概述2 2、國外起重機節(jié)能狀況、國外起重機節(jié)能狀況 歐盟、特別是德國在通用起重機上都有節(jié)能系統(tǒng)或裝置，其能耗不到我國同類產(chǎn)品的50%。 日本是世界上最重視節(jié)能的國家。在起重機能量回收、控制和管理技術方面處于世界領先。如住友重機、三菱重工、安川電氣等公司均各自開發(fā)了節(jié)能系統(tǒng)。 住友輪胎式集裝箱起重機的能量回收效率可達到65%，專用儲能電池的壽命可達6年以上。一、起重機節(jié)能減排狀況概述一、起重機節(jié)能減排狀況概述3 3、國內起重機節(jié)能狀況、國內起重機節(jié)能狀況 我國針對起重機械的節(jié)能研究以企

3、業(yè)為主，在技術上長期沒有取得根本的突破。 沒有針對起重機械工作要求的專用能量回收儲存裝置，通用產(chǎn)品壽命較低。 能量控制和管理系統(tǒng)技術相對落后，針對性的研究工作開展不多。1 1、港口起重機節(jié)能類型、港口起重機節(jié)能類型 現(xiàn)代港口起重機的節(jié)能主要分為三大類： 起重機工作過程中的能量回收 將起重機在工作過程中釋放的再生能量回收、儲 存及再利用。 起重機工作過程中的能量回饋 針對電網(wǎng)供電的起重機將起重機在工作過程中釋 放的再生能量回饋給電網(wǎng)。 起重機工作的能源替代 對于內燃驅動的起重機，采用油改氣或油改電。二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術2 2、起重機能量回收及利用技術、起重機能量回收及

4、利用技術 起重機的驅動方案： 直流驅動由直流發(fā)電機供電或整流供電； 交流驅動由電網(wǎng)直接供電或交流發(fā)電供電。 能量回收方案： 由驅動電機發(fā)電，燃料電池回收儲存（直流電） 由驅動電機發(fā)電，通過逆變回饋電網(wǎng)（交流電） 能量利用方案： 能量的供給：正常能量的供給和回收能量的供給 能量的分配：回收能量向不同工作機構的分配二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術2 2、起重機能量回收及利用技術、起重機能量回收及利用技術 能量儲存裝置： 采用超級電容-釋放電流功率大、存儲能量大； 采用鋰電池壽命長、發(fā)展方向，充放電復雜。 能量儲存裝置能在不同電壓和電流

5、工況下實現(xiàn)電流快充快放。 能量儲存裝置壽命應能正常工作5年以上。2 2、起重機能量回收及利用技術、起重機能量回收及利用技術 能量回收系統(tǒng)控制和管理： 能量回收的控制管理：實現(xiàn)再生能量的高效回收。 能量的供給與分配的控制管理：實現(xiàn)能量的合理分配和高效利用。 系統(tǒng)的安全控制管理：保證在能量的回收和利用過程中系統(tǒng)的安全。 系統(tǒng)的可靠性管理：保證具有能量回收利用功能的系統(tǒng)工作可靠。 二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術3 3、起重機能量回饋技術、起重機能量回饋技術 變頻技術的發(fā)展推動了能量回饋節(jié)能技術的實現(xiàn)。 門座起重機的典型作業(yè)循環(huán)圖： 在負載滿載下放或空載下放階段都有勢能的釋放并可以通

6、過電動機發(fā)電形成再生電能。二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術3 3、起重機能量回饋技術、起重機能量回饋技術 對于采用變頻驅動的起重機工作機構的傳動方式為 外電網(wǎng)變頻器電動機工作機構 在負載下降過程中產(chǎn)生的電能可以有兩個去向： 1）通過變頻器制動單元導通制動電阻將電能轉換為熱能消耗掉。 2）通過變頻器的逆變部分對直流母線進行充電使得變頻器直流母線電壓升高而將該電能回饋電網(wǎng)。 要實現(xiàn)再生電能的回饋，只需在原有的變頻器中增加一套可控的能量回饋裝置，將再生能量逆變?yōu)闃藴实慕涣麟娂纯伞６⒏劭谄鹬貦C節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術4 4、起重機能源替代技術、起重機能源替代技術 起重機能源

7、代替的意義在于降低能源使用成本，減少作業(yè)場所的排放，對于以燃油作為動力源的流動式起重機，能源的替代方案主要有兩種： 1）油改氣 用液化石油氣或天然氣代替原油，可實現(xiàn)一定的減排并降低原料使用成本。其主要技術在于對內燃機的改造。 2）油改電 通過電網(wǎng)供電取代內燃機發(fā)電，實現(xiàn)工作場所的減排和降低能源使用成本。二、港口起重機節(jié)能新技術二、港口起重機節(jié)能新技術三、港口起重機節(jié)能新技術應用三、港口起重機節(jié)能新技術應用常規(guī)輪胎式集裝箱龍門起重機（簡稱輪胎吊或場橋）常規(guī)輪胎式集裝箱龍門起重機（簡稱輪胎吊或場橋）消耗了碼頭燃油總消耗量的消耗了碼頭燃油總消耗量的65-70%。集裝箱碼頭輪胎吊燃油單耗平均在1.2-

8、1.5升/自然箱，其有效燃油利用率僅為20-30%。大功率鋰電池作為主要動力源，柴油發(fā)電機僅作充電用。輪胎場橋節(jié)能重要途徑之一：1 1、集裝箱輪胎龍門起重機能量回收系統(tǒng)應用、集裝箱輪胎龍門起重機能量回收系統(tǒng)應用PLC蓄電池充/放電升壓起升變頻器小車變頻器大車1變頻器大車2變頻器制動單元整流發(fā)電機或市電直流母線三、港口起重機節(jié)能新技術應用三、港口起重機節(jié)能新技術應用1 1）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施方案）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施方案 在在RTGRTG上加裝鋰電池節(jié)能系統(tǒng)，既可以通過柴油發(fā)電上加裝鋰電池節(jié)能系統(tǒng)，既可以通過柴油發(fā)電系統(tǒng)充電，又可以通過外部充電。安裝該系統(tǒng)后仍能保系統(tǒng)充電，又可以通過外部充

9、電。安裝該系統(tǒng)后仍能保持持RTGRTG的靈活性。的靈活性。三、港口起重機節(jié)能新技術應用三、港口起重機節(jié)能新技術應用2 2）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施效果）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施效果節(jié)能測試結果測試方法傳統(tǒng)RTG(L)混合動力RTG(L)節(jié)油節(jié)油(%)怠速等待(30min)5.35L3.3kwh=0.95L82.2%空載(10 循環(huán))13.25L17.14kwh=4.94L62.7%帶載15t (10循環(huán))13.9L16.38kwh=4.72L66.04%帶載30t (10循環(huán))15.44L18.04kwh=5.02L66.32%試驗節(jié)能輪胎吊參數(shù) 起升電機：170kw 起升速度： 23/46 M/

10、mi起升高度： 18M 小車電機： 15kw x 2三、港口起重機節(jié)能新技術應用三、港口起重機節(jié)能新技術應用減少污染柴油機從400多KW降至50KW排放小，不再冒黑煙提高效率與常規(guī)市電輪胎吊比，減少轉場時的切換環(huán)節(jié)，提高了工作效率，減少故障點。前景廣闊鋰電池使用成本日益降低。應用前景廣闊。3 3）其它優(yōu)點）其它優(yōu)點三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術應用港口輪胎式起重機（簡稱輪胎吊）是件雜貨碼頭堆場的主要裝卸設備，港口輪胎式起重機（簡稱輪胎吊）是件雜貨碼頭堆場的主要裝卸設備，內燃機驅動，燃油消耗量大，是件雜貨碼頭節(jié)能減排的重要對象。內燃機驅動，燃油消耗量大，是件雜貨碼頭節(jié)能減排

11、的重要對象。大功率超級電容或鋰電池作為主要儲能裝置，柴油發(fā)電機和儲能裝置混合供電。輪胎吊節(jié)能方案之一2 2、港口輪胎起重機能量回收系統(tǒng)應用港口輪胎起重機能量回收系統(tǒng)應用柴油發(fā)電機作為行走驅動供電、工作過程由市電供電。輪胎吊節(jié)能方案之二三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術應用1 1）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施方案）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施方案三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術應用2 2）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施效果）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施效果常規(guī)驅動30t輪胎吊參數(shù) 起升電機：60kw；變幅電機：37kw柴油發(fā)動機：151kw節(jié)能型30t輪胎吊參

12、數(shù)主起升電機：37kw；輔助電機：37kw主變幅電機：22kw；輔助電機：22kw柴油發(fā)動機：93kw 發(fā)動機功率下降近40%三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術應用3 3、港口門座起重機能量回饋系統(tǒng)應用港口門座起重機能量回饋系統(tǒng)應用港口門座起重機是碼頭前沿的重要裝卸設備，港口門座起重機是碼頭前沿的重要裝卸設備，通常由電網(wǎng)供電，變頻調速，目前大多數(shù)在用通常由電網(wǎng)供電，變頻調速，目前大多數(shù)在用門機均無節(jié)能系統(tǒng)，再生能量多由電阻消耗門機均無節(jié)能系統(tǒng)，再生能量多由電阻消耗采用具有逆變功能的變頻驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)能量采用具有逆變功能的變頻驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)能量的雙向流動的雙向流動新購置門機節(jié)能方案新購置門機節(jié)能方案輪胎吊節(jié)能方案之一在用門機節(jié)能方案在用門機節(jié)能方案通過改造增加可控的能量回饋裝置，實現(xiàn)能量通過改造增加可控的能量回饋裝置，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋向電網(wǎng)回饋三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術應用1 1）在用門機節(jié)能改造實施方案）在用門機節(jié)能改造實施方案采用旁路回饋系統(tǒng)方案，該方案只采用旁路回饋系統(tǒng)方案，該方案只考慮起升機構的能量回饋考慮起升機構的能量回饋三、三、港口起重機節(jié)能新技術應用港口起重機節(jié)能新技術