1 研究背景 

改革開放以來, 我國經(jīng)濟取得了世界矚目的 成就, 但資源消耗量卻大大高于世界平均水平。 據(jù)統(tǒng)計, 我國電力、鋼鐵、有色、石化、建材、 化工、輕工、紡織 8 個行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗比 ******高 40%, 我國消耗每噸能源實現(xiàn)的 GDP 僅為世界平均水平的 30%。

 為此, 國家在“十一五”規(guī)劃綱要中明確提 出“必須加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式。要把節(jié)約資源 作為基本國策, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟, 保護生態(tài)環(huán)境, 加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會, 促進經(jīng) 濟發(fā)展與人口、資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)。推進國民經(jīng)濟和社會信息化, 切實走新型工業(yè)化道路, 堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展, 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?！?交通部也提出“加快建設**型交通行業(yè),走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型交通行業(yè)發(fā)展之路”,要求貫徹落實科學發(fā)展觀, 適應新形勢、新要求,著力增強**能力, 促進交通行業(yè)更好更快發(fā)展。

港口是為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供公益服務的基礎性產(chǎn)業(yè), 經(jīng)濟的快速增長為我國港口發(fā)展帶來了難得的機遇。隨著港口機械化、自動化程度不斷提高, 港口基本裝備和貨物吞吐量及衍生產(chǎn)業(yè)迅猛增長, 能源消耗也年年攀高。

上港集團是我國*大的港口集團之一, 截至2007 年 底 上 港 集 團 擁 有 萬 噸 級 以 上 碼 頭 泊 位80 個, 其中集裝箱泊位 35 個, 完成貨物吞吐量3.53億 t, 占上海港總吞吐量的 63%, 完成集裝箱吞吐量 2 615 萬 TEU, 名列世界**。同時, 上港集團也面臨著巨大的能耗壓力。為此, 上港集團積極響應國家“建設節(jié)約型企業(yè)” 的倡議, 組織開展了一系列節(jié)能降耗技術的研究工作, 并加以推廣應用, 以促進企業(yè)持續(xù)又好又快發(fā)展, 提高上海港作為國際樞紐大港的核心競爭力。

2 上海港能耗結(jié)構(gòu)

上海港擁有上港集團公用碼頭和企業(yè)專用碼頭兩部分, 以公用碼頭為主體。

2007 年上港集團能源消耗總量 384 857 t 標準煤, 同比增長 3.84%, 主要呈現(xiàn)以下特點[1]:

1) 按業(yè)務板塊分, 能耗從大到小依次為物流板塊、集裝箱板塊、散雜貨板塊、服務板塊, 分別為43%, 33%, 11%和 9%, 其他板塊僅占 4% ( 圖 1) 。

2) 按消耗能源類別分, 以柴油和電力為主,2007 年柴油消耗 140 561 t, 電消耗 24 709 kWh,同比增長 6.6%和 6.7%。

3) 從耗能主體看, 主要為集裝箱橋吊、件雜門機以及場地照明等電耗和集裝箱輪胎吊、集卡等油耗, 其中集裝箱輪胎吊的柴油消耗約占集團柴油總量的 1/4。的柴油發(fā)電機組提供電源進行工作。隨著國際原油市場的動蕩及燃油價格的不斷上揚, 輪胎吊的運行成本不斷攀升, 給各碼頭公司帶來沉重的負擔。同時, 輪胎吊排放廢氣黑煙和柴油機的巨大噪音也與環(huán)保要求有一定差距。RTG 油改電原理是在保留原有柴油發(fā)電機組的情況下增加一套市電供電裝置, 當 RTG 在堆場起吊貨物時采用市電供電方式, 當 RTG 轉(zhuǎn)場時, 采用原有柴油機供電方式。根據(jù)港區(qū)堆場的特點, 實踐中試驗了兩種改造方法:

1) 磁滯連軸器電纜卷筒方案。在 RTG 一側(cè)增加電纜卷盤, 電纜纏繞在電纜卷盤上, 電纜的一端與 RTG 的整機供電回路連接, 另一端沿著設于所述電纜卷盤下方的龍門架鞍梁處的電纜導向裝置后進入地面的電纜槽, 并沿著電纜槽引伸連接至電纜槽端部的一市電接線箱; RTG 行走時,電纜卷盤根據(jù) RTG 與市電接線箱的距離收放電纜( 圖 2) 。改造內(nèi)容分堆場和 RTG 兩部分: 即在港區(qū)堆場上增加變壓器、電纜溝、導纜體、電纜固定體、電纜夾和供電箱等組件; 在 RTG 本機上增加電纜卷筒及平臺、變頻器控制箱、導纜架及固定支架、電源切換箱等。

2) 高架滑觸線方案。本方案采用大跨距高架鐵塔架空滑線, 吊車集電器采用支撐辮子和滑導受電的形式, 由自立鐵塔 ( 端塔和中塔) 、承重索、懸掛固定架及滑觸線組成一個整體結(jié)構(gòu)體系。鐵塔*上端為避雷索, 中間為承重索, *下端為滑觸線, 滑觸線上每 10 m 安裝 1 個吊線器, 以保證滑觸線基本水平; 在滑觸線端部設配重橫擔,防止滑觸線在室外溫度隨季節(jié)變化而導致的熱脹冷縮作用下發(fā)生下垂度的變化; 同時設有防搖橫擔, 以便在大風情況下盡量減少滑觸線的擺動幅度 ( 圖 3) 。供電設施布置在中間位置, 供電電壓為 460 V/AC。

3.2 混合動力 RTG[2]

混合動力 RTG 就是將常規(guī) RTG 起重機下放物體釋放的能量收集起來, 轉(zhuǎn)化為電力, 采用超級電容進行存儲, 然后在需要時重新提供給起重機,以降低現(xiàn)有柴油機發(fā)電機機組容量。這種 RTG 不僅節(jié)能環(huán)保, 而且可以保持常規(guī) RTG 操作靈活的優(yōu)勢。其技術核心是在原有柴油發(fā)動機的基礎上,讓輪胎吊加裝 1 臺智能電氣控制裝置, 時刻“監(jiān)視”輪胎吊的工作情況。

混合動力 RTG 改造主要是動力系統(tǒng)的改造,由小功率柴油發(fā)電機組、超級電容和 DC/DC 控制器組成, 超級電容和 DC/DC 控制器為關鍵設備。這些設備由先進的 PLC 可編程序控制器控制, 配有超速保護和超負荷保護裝置大車還配備只有手動糾偏功能等的各類安全保護裝置, 以確保起重機安全、可靠的使用 ( 圖 4) 。目前在冠東公司推廣使用 30 臺。

3.3 門機變頻改造[3]

目前, 上港集團還有近 50 臺常規(guī)門機仍在使用。對常規(guī)門機進行變頻改造, 是上港集團節(jié)能降耗又一技術措施, 其基本節(jié)能原理如下。

1) 常規(guī)控制常用繞線電機, 繞線電機轉(zhuǎn)子回路串電阻將一部分電能轉(zhuǎn)換成熱能; 變頻控制采用變頻鼠籠電機, 不存在轉(zhuǎn)子串電阻耗能問題。

2) 常規(guī)控制為獲得低速常用能耗制動、渦流制動、單相制動、反接制動、自激動力制動; 采用變頻控制后低速運行基本不消耗上述幾種制動過程所需的無用有功電能。

3) 常規(guī)控制系統(tǒng)平均功率因數(shù)小, 在 0.6～0.8之間; 而變頻器控制系統(tǒng)功率因數(shù)大于 0.85。功率因數(shù)的提高可減少無功損耗, 在不加電容補償柜的情況下, 提高了供配電系統(tǒng)帶負載的能力。

4) 帶能量回饋的整流逆變控制系統(tǒng)不用制動單元和制動電阻, 減少了器件數(shù)量, 提高了可靠性, 節(jié)省了空間, 還能將位能負載下降時的能量和停車時的能量回饋到電網(wǎng)。但其成本高, 投資回報周期長。

5) 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用變頻控制后可以回避有些司機常習慣打反車這一**操作, 減少了因打反車時為克服這一運動慣性而造成起動電流過大所導致的電能的額外消耗。

6) 對于電壓不穩(wěn)的供配電系統(tǒng), 常規(guī)控制在電壓較低時, 起動電流大, 起動時間長, 線路壓降大; 在電壓較高時, 空載和輕載運行電流大,因此常規(guī)控制的有功損耗大。使用變頻控制時由于變頻器的 IGBT 工作在開關狀態(tài), 變頻器本身對電壓的波動適應范圍寬, 正常工作受影響較小,有功和無功損耗大大減少。

7) 變頻電機不存在轉(zhuǎn)子外接線問題, 變頻器本身保護功能強, 一旦檢測到所控電機回路有對地漏電、匝間短路、三相輸出不平衡時, 變頻器立即保護停機, 并且報故障原因, 這不僅消除了安全隱患, 而且不會造成不必要的電能損耗。

3.4 高桿節(jié)能燈[4]

目前, 國內(nèi)集裝箱碼頭作業(yè)箱區(qū)普遍采用高桿燈集中照明方式, 電力負荷特性決定其照明設備長期處在電壓偏高的狀態(tài)下運行, 電能消耗大,并且減損電器器件的使用壽命。

高桿節(jié)能燈原理為: 安裝節(jié)能裝置對照明供電系統(tǒng)電壓進行優(yōu)化處理, 通過電壓采樣系統(tǒng)進行智能分析, 動態(tài)調(diào)整電壓、濾波、補償, 三管齊下,在不影響照明設備正常使用和照明效果的前提下,自動選擇輸出一個*優(yōu)的照明功率, 減少由于電壓過高和電網(wǎng)中的高次諧波所產(chǎn)生的熱能, 達到既節(jié)約電能又延長用電設備使用壽命的雙重功效。

4 節(jié)能降耗技術應用及效果

結(jié)合港區(qū)生產(chǎn)對研究開發(fā)的節(jié)能降耗新技術進行了試驗和推廣, 經(jīng)實踐檢驗, 效果明顯。

4.1 RTG 油改電[1]

RTG 油改電高架滑觸線方案和磁滯連軸器電纜卷筒方案節(jié)能效果相近。在外二期和外四期分別試驗比較顯示: 采用高架滑觸線供電方案, 可供多臺 RTG 同時使用, 設備的運營和維護成本較低, 鐵塔和鋼索壽命都在 20 年以上; 人員操作幾乎沒有變化, 基本不需要額外的培訓和管理成本;而且改造施工基本不影響堆場日常作業(yè)。為此,確定對外高橋港區(qū) RTG 分步實施高架滑觸線供電改造。目前, 外二期 1 條作業(yè)線已改造完成并投入使用, 另有 10 條作業(yè)線正在實施之中, 其中外二期 5 條、外四期 4 條、外五期 1 條, 每條作業(yè)線可供 8 臺輪胎吊使用。根據(jù)改造后實際運行記錄, 對應用效果進行了測算比較, 見表 1。

4.2 混合動力 RTG[2]

上海盛東集裝箱碼頭有限公司 ( 洋山一期)對#160RTG 進行了混合動力改造并于 2006 年 11月20 日投入運行, 目前運行正常。與普通輪胎吊比可以看出, 混合動力輪胎吊與其他輪胎吊相比, 節(jié)能率在 36%以上。

4.3 門機變頻改造[3]

上港集團門機變頻改造首先是在**路碼頭試驗取得經(jīng)驗后推廣至龍吳等港區(qū)。2007 年以來,集團投資 920 萬元, 對 14 臺門機的電控系統(tǒng)進行較, 耗油情況如表 2 示。

改造, 優(yōu)化設計變頻控制系統(tǒng), 采用變頻技術實現(xiàn)調(diào)速的無級和無觸點控制, 使門機平穩(wěn)啟動、制動, 從而減輕了各個機構(gòu)在機械起、制動時對門機機械部分造成的沖擊, 延長了門機機械部分的壽命, 使門機的單耗下降 20%左右。2008 年, 對集團下屬公司具備條件的 18 臺門機安排改造, 這樣集團**完成門機變頻改造任務。

4.4 高桿節(jié)能燈

2006 年, 振動分公司對港區(qū)堆場高桿燈節(jié)能裝置進行實際效果測試, 測試數(shù)據(jù)表明: 使用節(jié)能裝置后, 功率因素接近“1”, 電網(wǎng)損耗下降,提高了電網(wǎng)利用率; 同時, 輸入每個燈的電壓控制在 200 V×( 1±2%) , 工作電流明顯減少, 發(fā)光達到規(guī)定照度, 節(jié)能明顯。

在 24 座高桿燈推廣應用后, 我們對節(jié)能裝置抽樣 3 臺進行連續(xù) 3 天以上數(shù)據(jù)采集和綜合節(jié)能率分析, 證明可以達到 20%以上節(jié)能率的預期目標。目前, 集團計劃在外四、外五、洋山等有條件的集裝箱港區(qū)推廣使用。

5 結(jié)語

節(jié)能降耗是港口持續(xù)發(fā)展的有效手段, 是港口文明與進步的重要標志, 是提高港口國際競爭力的重要保障。上港集團經(jīng)過幾年來在節(jié)能降耗技術方面的研究、試驗和積累, 取得了一些效果和成績, 目前正將這些技術在港區(qū)**推廣。我們將通過項目的應用繼續(xù)展開完善、優(yōu)化的工作,不斷結(jié)合實際尋找突破點, 虛心向兄弟港學習,借鑒好經(jīng)驗、好方法, 真正把節(jié)能降耗工作做細做實, 以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。