锂电池在轮胎式集装箱起重机(RTG)上的应用
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上海振华（集团）股份有限公司上海市200125
摘要：随着全球集装箱运输业的快速发展，集装箱机械也得到了前所未有的跨越式发展。对于，轮胎式集装箱起重机因通常使用柴油机驱动。其能耗高、噪音大、废气污染大，严重影响当地环境。本文介绍了新型锂电池在我集团轮胎式集装箱起重机上的应用现状。
关键词：锂电池；轮胎式集装箱起重机；节能；环保
Abstract: With the development of global shipping of containers, the container machines also get the great growing. For the power of rtg usually use diesel engine. The high energy consumption, noise, air pollution, the serious influence the local environment. This article introduces the status of the new type of lithium battery use on RTG, that on our company.
Keywords：Lithium battery ;Rubber tyre gantry container cranes; Energy saving; Environmental protection
随着集装箱运输业的快速发展，集装箱堆场用的轮胎式龙门集装箱起重机（RTG）使用量剧增。由于经常转场的需要，无一例外的使用柴油发电机组为动力源。这种RTG存在燃油高消耗，对环境造成严重污染问题。
如何在保持RTG原有的机动性和使用特点的前提下，实现节能RTG，绿色RTG，正是我们锂电池供电轮胎吊能解决的问题。
该锂电池供电RTG不仅保留了常规轮RTG的机动性和原有使用特点，而且其节能效果远远大于目前市场上其他的一些采用储能设备的节能RTG。
1. 节能原理
常规RTG一般采用400KW以上的柴油发电机组供电，随着RTG的运行参数的进一步提高，柴油机的容量还要进一步加大。这样的话常规RTG油耗大，能耗越来越高，对环境污染越来越大。随之运营成本高也将逐步提高。
而锂电池供电的RTG在不降低现有RTG的各项技术指标（起重量、各机构运行速度等）的情况下，可以大幅度地将柴油发电机组的功率配备。
当RTG机构电动作功时，能量从锂电池中涌出，满足机构运行的峰值功率需求和稳态运行的功率需求。在重物下降和机构制动产生再生能量时，锂电池能够大部分吸收，循环使用。
2. 技术方案
主要技术内容和实施方案
采用大容量锂电池作为RTG的主要供电源，取消原400KW以上的大柴油发电机组，采用50KW或更小的柴油发电机组作为锂电池的充电电源，或取消小柴油发电机组。
系统构成主要包括：高功率大容量锂电池模块组，小功率柴油机组（或外部电源装置），智能电池管理系统，辅助逆变供电装置等。
常规运行状态下，小功率柴油发电机组不工作，直接由锂电池组驱动轮胎吊。通过智能电池管理系统，实时监控每一组电池的状态(电压，温度)，由PLC采集数据后控制小柴油机启停，给电池适当电量补偿。在起升下降和制动等动作时，所产生的电能都将回馈锂电池组，更好的起到了节能降耗的效果。
3. 应用现状
该锂电池供电节能RTG对硬件设备要求不高，不仅能装备新购RTG，而且能实现旧机改造。
与目前市场上现有的一些采用类似储能设备（超级电容，其他类型的电池）的节能RTG相比，这些RTG都只将储能设备作为柴油发电机组的功率补偿，其配置的柴油发电机组的容量一般都在200KW以上，且必须长期运行。而该大功率锂电池供电RTG完全将锂电池作为主要电源，小柴油发电机组仅作为充电用，在需要的时候运行给锂电池充电，其节能效果大大好于现有的一些节能RTG。
4. 效益分析
4.1. 节能效益
对大功率锂电池供电节能型RTG进行能耗测试，测试方法及条件严格按照中华人民共和国国家标准 GBT_14783_2009《轮胎式集装箱门式起重机》中第四项执行。
4.1.1. 为了精确测量油耗，测试采用电能平衡的方法：
（1）先采用小柴油发电机组将锂电池组充满电，再停止柴油发电机，仅用锂电池储存的电能完成RTG运行测试。
（2）用直流电度表进行准确测量用电量，再将实际用电量折算成柴油发电机组的等价油耗（实测45kW柴油发电机组的油电折算系数约为3.47kwh/L）。
（3）测试过程中，RTG的每个工作循环运行
4.1.2. 测试机型参数：
（1）大功率锂电池供电节能型轮胎吊参数：
起升电机功率：170 kW 小车电机功率：15 kW 2
起升速度：23/46米/分 小车速度：70米/分
（2）传统轮胎吊参数：
起升电机功率：170 kW 小车电机功率：15 kW 2
起升速度：23/46米/分 小车速度：70米/分
柴油机功率：410 kW（1500rpm）
4.1.3. 各典型工况节油测试结果：
（1）待机工况：
节能轮胎吊油耗：取用电能3.3kwh，折合柴油0.95 L
传统轮胎吊油耗：5.35L
节油率：(5.35-0.95) / 5.35 = 82.24%
（2）空载工况：
节能轮胎吊油耗：取用电能17.14kwh，折合柴油4.94L
传统轮胎吊油耗：13.25L
节油率：(13.25-4.94) / 13.25 = 62.7%
（3）15T负载工况：
节能轮胎吊油耗：取用电能16.38kwh，折合柴油4.72L
传统轮胎吊油耗：13.9L
节油率：(13.9-4.72) / 13.9 = 66.04%
（4）30T负载工况：
节能轮胎吊油耗：取用18.04kwh，折合柴油5.2L
传统轮胎吊油耗：15.44L
节油率：(15.44-5.2) / 15.44 = 66.32%
（5）各工况加权平均节油率：
传统轮胎吊实验总油耗：47.94L
节能轮胎吊实验总油耗：15.81L
节油率：(47.94-15.81) 100 / 47.94 = 67.02%
根据测试结果，大功率锂电池节能RTG与常规RTG相比，其节油效果可达65%以上。如按照每台常规RTG每年操作10万集装箱，每箱平均油耗按1.2L计，一年每台节能轮胎吊能节省燃油7.8万升。
4.2. 经济效益
根据估算，就目前锂电池的市场价格，采用大功率锂电池节能轮胎吊，与常规轮胎吊相比，新机采购增加费用约70万元，旧机改造费用约120万元。
按照每台RTG每年节省燃油7.8万升计，采用大功率锂电池所增加的投资新机约能在14月内收回投资，旧机改造约能在24个月内收回投资。
按照锂电池目前保证的寿命为5年计，每台新机可节省燃油费用共209万，每台旧机改造可以节省燃油费用160万。
且随着锂电池寿命的进一步延长和成本的进一步下降，以及国际原油价格的进一步上升，采用锂电池供电的节能轮胎吊所取得的经济效益将大大提高。
5. 总结
目前来看，锂电池的高价格一直是锂电池供电RTG的一个瓶颈。但是，上海振华重工（集团）股份有限公司这次研发成功的大功率锂电池节能轮胎吊，已经通过内部测试和相关专业机构的测试和认可，并在逐步降低锂电池供电RTG的生产成本。其突出的节能减排效果将产生巨大的经济效益和社会效益。