1、概述
輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)(簡稱“RTGC”)是集裝箱堆場裝卸作業(yè)的關(guān)鍵裝備，其靈活的裝卸特性深受用戶歡迎。但大量的燃油消耗和下降過程中的能量浪費(fèi)一直成為這種設(shè)備的瑕疵。
我司自主研發(fā)了基于混合動力技術(shù)的RTGC節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分考慮RTGC靈活移動的工作特性和集裝箱升降過程中位能的轉(zhuǎn)換，在RTGC上加裝了蓄電池和蓄電池充放電控制系統(tǒng)，與柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)配合使用。在RTGC運(yùn)行過程中，通過下降時貯存貨物釋放出的位能，上升時快速以儲存的能量補(bǔ)償?shù)娇刂葡到y(tǒng)來提升貨物，從而降低柴油機(jī)的油耗；同時，由于蓄電池可以提供能量，從而可以大幅度減少原來機(jī)上配備的柴油發(fā)動機(jī)容量。
在通常的RTGC電氣系統(tǒng)中，起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的功率大約200KW、能量需求也大，占RTGC總需求容量的65%。上升時由發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)提供提升集裝箱的全部能量，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)下降時，采用能耗電阻把集裝箱位能轉(zhuǎn)換的能量消耗到電阻上。由此造成能源浪費(fèi)、污染環(huán)境。采用混合動力系統(tǒng)方案后：
采用蓄電池系統(tǒng)把下降過程中的能量進(jìn)行存儲，在上升過程中儲存在蓄電池中的能量作為補(bǔ)充，與發(fā)電機(jī)組配合，共同為起升電動機(jī)提供能量。由于蓄電池儲存的能量可以提供大部分能量需求，混合動力的發(fā)電機(jī)組僅需要提供少量的能量就可以達(dá)到提升貨物的總能量需求。通?？梢韵拗瓢l(fā)電機(jī)組的能量輸出或更換小發(fā)電機(jī)組。
針對RTGC處于待機(jī)狀態(tài)時間很長，充分降低待機(jī)狀態(tài)的能量消耗是混合動力系統(tǒng)的另一個作用。 因此， 在混合動力系統(tǒng)中，為了提高節(jié)能效率，通常選用小容量的發(fā)電機(jī)組以降低待機(jī)油耗。同時發(fā)電機(jī)組可以根據(jù)蓄電池儲備的電量狀態(tài)對其進(jìn)行能量補(bǔ)充，使蓄電池的能量始終處于就緒狀態(tài)，以備后續(xù)操作使用。在RTG的使用過程中，起升機(jī)構(gòu)的功率大、能量的需求最大、工作頻繁，而且是位能性負(fù)載---- 即：上升時從系統(tǒng)吸收能量，下降時向系統(tǒng)釋放能量。
如下圖所示，當(dāng)RTGC起升機(jī)構(gòu)吊著貨物上升時，柴油發(fā)動機(jī)和蓄電池一起向起升電機(jī)提供電能將貨物提起（由紅色箭頭表示）；當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊著貨物下降時，位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽鹕姍C(jī)通過充/放電控制系統(tǒng)將重物下降的能量儲存到蓄電池中（由藍(lán)色箭頭表示）。由于蓄電池的儲能作用，重物下降過程中的巨大勢能全部由蓄電池儲存，為下一個循環(huán)的上升提供能量。
l 減少現(xiàn)有柴油發(fā)動機(jī)約66%的功率,原480KW發(fā)電機(jī)組降低為160KW，采購柴油發(fā)電機(jī)組的成本大大降低；
l 在直流母線與蓄電池間采用充放電控制器，母線與蓄電池不是直接連接，這樣可以為蓄電池增加一道保護(hù)，當(dāng)充放電回路出現(xiàn)故障或電流過大時，充放電控制器可以很好的保護(hù)蓄電池并阻止大電流對蓄電池的損壞；
l 蓄電池是發(fā)熱部件，我公司設(shè)計(jì)時每個電池箱采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)， 當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時啟動電池風(fēng)扇冷卻， 使每個蓄電池能夠處于幾乎相同的溫度環(huán)境中，有助于提高蓄電池的一致性，不會引起蓄電池之間差異大造成有些電池早衰，從而延長電池系統(tǒng)使用壽命；
l BMS對每個單體電池電壓及電池箱溫度實(shí)時監(jiān)控，有電池過壓，欠壓，過流，高溫，低溫，單體壓差過大，漏電流，采集斷線等保護(hù)配置全面，通過CAN通訊快速把信息傳送給PLC，從而系統(tǒng)可作出判斷；
l 減小發(fā)電機(jī)組輸出到RTGC電氣系統(tǒng)的電纜截面積；
l 采用技術(shù)成熟的充放電裝置，提高RTGC運(yùn)行的穩(wěn)定性；
l 減少發(fā)動機(jī)噪音污染和廢氣排放；
l 保持了RTGC靈活轉(zhuǎn)場作業(yè)的特性 ；
l 大幅度降低油耗；
下圖是改造前后在相同工作情況下的平均耗油比較。這個數(shù)據(jù)是打開射燈，步道燈和吊具油泵，并且分別采用30T、15T、空吊具負(fù)載從第1排到第6排再回到第1排，重復(fù)10個周期取得的。由圖可以看到采用蓄電池儲能方式后對RTG裝卸作業(yè)時的節(jié)能效果是非常明顯的。
l 增加升壓變流器，為了將直流電壓抬高減小電流，同時可以限制發(fā)動機(jī)的輸出功率；
l 增加充電放電變流器，控制電池的充電和放電過程；
l 增加高充放電倍率的儲能電池，將能量儲存在電池內(nèi)；
l 增加電池管理系統(tǒng)（BMS），監(jiān)視蓄電池儲存的電量，每個串聯(lián)單體電池的電壓，蓄電池溫度及均衡電池等；
l 增加PLC及監(jiān)控系統(tǒng)：用于混合動力系統(tǒng)控制，與RTG主控系統(tǒng)的聯(lián)鎖、故障處理和讀取BMS數(shù)據(jù)；監(jiān)控系統(tǒng)用于充放電控制系統(tǒng)監(jiān)控，蓄電池充放電流顯示，母線電壓及電池電壓顯示，故障記錄等。
對于混合動力系統(tǒng)在RTGC上的應(yīng)用，最大程度上回收了重力勢能的能量，并作為重物提升時的能量。不僅大大減少了柴油機(jī)的供電功率，節(jié)約燃油成本，而且對港口的節(jié)能減排，減少廢氣污染，噪音污染等具有積極的作用。
