港口裝卸技術(shù)交通部重點實驗室 評 估 工 作 總 結(jié)

1、現(xiàn)代港口起重機高效節(jié)能新技術(shù)及應(yīng)用,武漢理工大學(xué) 胡吉全,主 要 內(nèi) 容,,,1、起重機節(jié)能減排狀況概述,2、港口起重機節(jié)能新技術(shù),3、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,4、起重機節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前景,一、起重機節(jié)能減排狀況概述,1、國內(nèi)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(yán)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

2、用的起重機械有四百多萬臺套，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,2、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(shù)方面處于世界領(lǐng)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。

3、,一、起重機節(jié)能減排狀況概述,3、國內(nèi)起重機節(jié)能狀況我國針對起重機械的節(jié)能研究以企業(yè)為主，在技術(shù)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(shù)相對落后，針對性的研究工作開展不多。,1、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

4、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(nèi)燃驅(qū)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(shù),2、起重機能量回收及利用技術(shù)起重機的驅(qū)動方案： 直流驅(qū)動—由直流發(fā)電機供電或整流供電； 交流驅(qū)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(qū)動電機發(fā)電，燃料電池回收儲存（直流電） 由驅(qū)動電機發(fā)電，通過逆變回饋電網(wǎng)（交流電）能量利用方

5、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(gòu)的分配,二、港口起重機節(jié)能新技術(shù),二、港口起重機節(jié)能新技術(shù),2、起重機能量回收及利用技術(shù)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(fù)雜。 能量儲存裝置能—在不同電壓和電流工況下實現(xiàn)電流快充快放。 能量儲存裝置壽命—應(yīng)能正常工作5年以上。,2、起重機能量回收及利用技術(shù) 能量回收系統(tǒng)控制

6、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(shù),3、起重機能量回饋技術(shù) 變頻技術(shù)的發(fā)展推動了能量回饋節(jié)能技術(shù)的實現(xiàn)。 門座起重機的典型作業(yè)循環(huán)圖： 在負(fù)載滿載下放或空載下放階段都有勢

7、能的釋放并可以通過電動機發(fā)電形成再生電能。,二、港口起重機節(jié)能新技術(shù),3、起重機能量回饋技術(shù) 對于采用變頻驅(qū)動的起重機工作機構(gòu)的傳動方式為 外電網(wǎng)—變頻器—電動機—工作機構(gòu) 在負(fù)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(dǎo)通制動電阻將電能轉(zhuǎn)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

8、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?biāo)準(zhǔn)的交流電即可。,二、港口起重機節(jié)能新技術(shù),4、起重機能源替代技術(shù) 起重機能源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(shù)在于對內(nèi)燃機的改造。 2）油改電 通過電網(wǎng)供電取代內(nèi)燃機發(fā)電，實現(xiàn)工作場所的減排和降

9、低能源使用成本。,二、港口起重機節(jié)能新技術(shù),三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,1、集裝箱輪胎龍門起重機能量回收系統(tǒng)應(yīng)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(shù)應(yīng)用,1）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施方案,在RTG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)后仍能保持RTG的靈活性。,三、港口

10、起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,2）鋰電池能量回收系統(tǒng)實施效果,節(jié)能測試結(jié)果,試驗節(jié)能輪胎吊參數(shù) 起升電機：170kw 起升速度： 23/46 M/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(shù)應(yīng)用,3）其它優(yōu)點,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,2、港口輪胎起重機能量回收系統(tǒng)應(yīng)用,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,1）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施方案,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)

11、應(yīng)用,2）超級電容混合動力節(jié)能系統(tǒng)實施效果,常規(guī)驅(qū)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、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,3、港口門座起重機能量回饋系統(tǒng)應(yīng)用,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)能量向電網(wǎng)回饋

12、,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,1）在用門機節(jié)能改造實施方案,采用旁路回饋系統(tǒng)方案，該方案只考慮起升機構(gòu)的能量回饋,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,1）在用門機節(jié)能改造實施方案,采用整流回饋系統(tǒng)方案，該方案可實現(xiàn)最大能量回收和諧波治理,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,2）在用門機節(jié)能回饋改造效果,三、港口起重機節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用,2）在用門機節(jié)能回饋改造效果,實現(xiàn)通用起重機械向節(jié)能型產(chǎn)品方向發(fā)展，改變我國在該領(lǐng)域的能源利用和能耗政策。在港口機