现代港口起重机高效节能 新技术及应用 武汉理工大学 胡吉全

主 要 内 容主 要 内 容 1 、起重机节能减排状况概述 2 、港口起重机节能新技术 3 、港口起重机节能新技术应用 4 、起重机节能技术应用前景

一、起重机节能减排状况概述 1 、国内能源利用现状  我国单位 GDP 的能耗是美国的 6 倍，是日本的 7 倍, 甚至是印度的 2.8 倍。  大气环境污染严重，环境保护和二氧化碳排放面 临巨大的压力， 2020 年我国碳排放的减排要达 到 2005 年的 40%~45% 。  我国在用的起重机械有四百多万台套，基本没用 采用节能系统或装置，其能源利用率不足 30% 。

一、起重机节能减排状况概述 2 、国外起重机节能状况  欧盟、特别是德国在通用起重机上都有节能系统 或装置，其能耗不到我国同类产品的 50% 。  日本是世界上最重视节能的国家。在起重机能量 回收、控制和管理技术方面处于世界领先。如住 友重机、三菱重工、安川电气等公司均各自开发 了节能系统。  住友轮胎式集装箱起重机的能量回收效率可达到 65% ，专用储能电池的寿命可达 6 年以上。

一、起重机节能减排状况概述 3 、国内起重机节能状况  我国针对起重机械的节能研究以企业为主 ，在技术上长期没有取得根本的突破。  没有针对起重机械工作要求的专用能量回 收储存装置，通用产品寿命较低。  能量控制和管理系统技术相对落后，针对 性的研究工作开展不多。

1 、港口起重机节能类型 现代港口起重机的节能主要分为三大类：  起重机工作过程中的能量回收 将起重机在工作过程中释放的再生能量回收、储 存及再利用。  起重机工作过程中的能量回馈 针对电网供电的起重机将起重机在工作过程中释 放的再生能量回馈给电网。  起重机工作的能源替代 对于内燃驱动的起重机，采用油改气或油改电。 二、港口起重机节能新技术

2 、起重机能量回收及利用技术  起重机的驱动方案： 直流驱动 — 由直流发电机供电或整流供电； 交流驱动 — 由电网直接供电或交流发电供电。  能量回收方案： 由驱动电机发电，燃料电池回收储存（直流电） 由驱动电机发电，通过逆变回馈电网（交流电）  能量利用方案： 能量的供给：正常能量的供给和回收能量的供给 能量的分配：回收能量向不同工作机构的分配 二、港口起重机节能新技术

2 、起重机能量回收及利用技术  能量储存装置： 采用超级电容 -- 释放电流功率大、存储能量大； 采用锂电池 — 寿命长、发展方向，充放电复杂。 能量储存装置能 — 在不同电压和电流工况下实现电流 快充快放。 能量储存装置寿命 — 应能正常工作 5 年以上。

2 、起重机能量回收及利用技术 能量回收系统控制和管理： 能量回收的控制管理：实现再生能量的高效回收。 能量的供给与分配的控制管理：实现能量的合理分配 和高效利用。 系统的安全控制管理：保证在能量的回收和利用过程 中系统的安全。 系统的可靠性管理：保证具有能量回收利用功能的系 统工作可靠。 二、港口起重机节能新技术

3 、起重机能量回馈技术 变频技术的发展推动了能量回馈节能技术的实现。 门座起重机的典型作业循环图： 在负载满载下放或空载下放阶段都有势能的释放并可 以通过电动机发电形成再生电能。 二、港口起重机节能新技术

3 、起重机能量回馈技术 对于采用变频驱动的起重机工作机构的传动方式为 外电网 — 变频器 — 电动机 — 工作机构 在负载下降过程中产生的电能可以有两个去向： 1 ）通过变频器制动单元导通制动电阻将电能转换为热能 消耗掉。 2 ）通过变频器的逆变部分对直流母线进行充电使得变频 器直流母线电压升高而将该电能回馈电网。 要实现再生电能的回馈，只需在原有的变频器中增加一 套可控的能量回馈装置，将再生能量逆变为标准的交流电 即可。 二、港口起重机节能新技术

4 、起重机能源替代技术 起重机能源代替的意义在于降低能源使用成本，减少 作业场所的排放，对于以燃油作为动力源的流动式起 重机，能源的替代方案主要有两种： 1 ）油改气 用液化石油气或天然气代替原油，可实现一定的减排 并降低原料使用成本。其主要技术在于对内燃机的改 造。 2 ）油改电 通过电网供电取代内燃机发电，实现工作场所的减排 和降低能源使用成本。 二、港口起重机节能新技术

三、港口起重机节能新技术应用 常规轮胎式集装箱龙门起重机（简称轮胎吊或场桥） 消耗了码头燃油总消耗量的 65-70% 。 集装箱码头轮胎吊燃油单耗平均在 升 / 自然箱， 其有效燃油利用率仅为 20-30% 。 大功率锂电池作为主要动力源，柴 油发电机仅作充电用。 轮胎场桥节能重要途径之一： 1 、集装箱轮胎龙门起重机能量回收系统应用

PLC 蓄电池 充 / 放电升压 起升 变频器 小车 变频器 大车 1 变频器 大车 2 变频器 制动 单元 整流整流 发电机 或市电 直流母线 三、港口起重机节能新技术应用 1 ）锂电池能量回收系统实施方案 在 RTG 上加装锂电池节能系统，既可以通过柴油发电 系统充电，又可以通过外部充电。安装该系统后仍能保 持 RTG 的灵活性。

三、港口起重机节能新技术应用 2 ）锂电池能量回收系统实施效果 节能测试结果 测试方法 传统 RTG(L) 混合动力 RTG(L) 节油 (%) 怠速等待 (30min) 5.35L3.3kwh=0.95L 82.2% 空载 (10 循环 ) 13.25L17.14kwh=4.94L 62.7% 带载 15t (10 循环 ) 13.9L16.38kwh=4.72L 66.04% 带载 30t (10 循环 ) 15.44L18.04kwh=5.02L 66.32% 试验节能轮胎吊参数 起升电机： 170kw 起升速度： 23/46 M/mi 起升高度： 18M 小车电机： 15kw x 2

三、港口起重机节能新技术应用 减少污染 柴油机从 400 多 KW 降至 50KW 排放小， 不再冒黑烟 提高效率 与常规市电轮胎 吊比，减少转场 时的切换环节， 提高了工作效率， 减少故障点。 前景广阔 锂电池使用成本日 益降低。应用前景 广阔。 3 ）其它优点

三、港口起重机节能新技术应用 港口轮胎式起重机（简称轮胎吊）是件杂货码头堆场的主要装卸设备， 内燃机驱动，燃油消耗量大，是件杂货码头节能减排的重要对象。 大功率超级电容或锂电池作为主要 储能装置，柴油发电机和储能装置 混合供电。 轮胎吊节能方案之一 2 、 港口轮胎起重机能量回收系统应用 柴油发电机作为行走驱动供电、工 作过程由市电供电。 轮胎吊节能方案之二

三、港口起重机节能新技术应用 1 ）超级电容混合动力节能系统实施方案

三、港口起重机节能新技术应用 2 ）超级电容混合动力节能系统实施效果 常规驱动 30t 轮胎吊参数 起升电机： 60kw ；变幅电机： 37kw 柴油发动机： 151kw 节能型 30t 轮胎吊参数 主起升电机： 37kw ；辅助电机： 37kw 主变幅电机： 22kw ；辅助电机： 22kw 柴油发动机： 93kw 发动机功率下降近 40%

三、港口起重机节能新技术应用 3 、 港口门座起重机能量回馈系统应用 港口门座起重机是码头前沿的重要装卸设备，通 常由电网供电，变频调速，目前大多数在用门机 均无节能系统，再生能量多由电阻消耗 采用具有逆变功能的变频驱动系统，实现能量的 双向流动 新购置门机节能方案 轮胎吊节能方案之一 在用门机节能方案 通过改造增加可控的能量回馈装置，实现能量向 电网回馈

三、港口起重机节能新技术应用 1 ）在用门机节能改造实施方案 采用旁路回馈系统方案，该方案只 考虑起升机构的能量回馈

三、港口起重机节能新技术应用 1 ）在用门机节能改造实施方案 采用整流回馈系统方案，该方案可 实现最大能量回收和谐波治理

三、港口起重机节能新技术应用 2 ）在用门机节能回馈改造效果

三、港口起重机节能新技术应用 2 ）在用门机节能回馈改造效果

 实现通用起重机械向节能型产品方向发展，改 变我国在该领域的能源利用和能耗政策。  在港口机械领域，可将以内燃机驱动、消耗码 头燃油总消耗量 65-70% 的轮胎式集装箱龙门 起重机，轮胎式臂架起重机等机械的油耗降低 50% 以上，外网供电的起重机均具有能量回收 或能量回馈功能。  节能的研究成果可推广到同类型的工程机械等 其他领域。 四、起重机节能应用前景

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