曾毅

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

1 系統(tǒng)簡介和優(yōu)點

傳統(tǒng)的輪胎式起重機（Rubber Tyre Gantry Crane，簡稱RTG）是通過柴油發(fā)電機組供電給整個RTG 電氣系統(tǒng)來實現(xiàn)集裝箱的裝卸作業(yè)，而在裝卸集裝箱的空閑中，僅僅是空調(diào)、控制系統(tǒng)、照明（夜間）在工作，這些輔助設(shè)備和控制系統(tǒng)功率遠遠低于柴油機組功率，因此，導(dǎo)致大功率柴油機低負荷工作、使用效率較低。如果加裝蓄電池輔助供電系統(tǒng)，在未進行集裝箱吊裝時柴油機組停止運行，通過蓄電池輔助供電系統(tǒng)來為必要的照明、空調(diào)及相關(guān)控制等設(shè)備來供電，而當(dāng)輪胎吊重新吊裝集裝箱時司機啟動主柴油發(fā)電機組，系統(tǒng)則又切換到柴油機供電。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、減排、降噪的目的。

圖1 輪胎吊

2 可行性分析

2.1 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的常規(guī)應(yīng)用

風(fēng)光互補發(fā)電已有廣泛的應(yīng)用。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機（將交流電轉(zhuǎn)化為直流電）將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶負載處。是風(fēng)力發(fā)電機和太陽電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。目前，風(fēng)光互補發(fā)電主要用在道路、小區(qū)、景觀、照明、航標(biāo)指示供電、攝像頭監(jiān)控電源、通信應(yīng)用、抽水蓄能等。

2.2 RTG 上的應(yīng)用可行性

常規(guī)的帶蓄電池系統(tǒng)的RTG 是利用原來的柴油機組作為充電的設(shè)備，節(jié)能效果還有很大的提升空間。在RTG 的小車架上可以鋪設(shè)太陽能電池板。風(fēng)機的安裝基準(zhǔn)高度一般是25m，而RTG 的大梁高度接近25m，在端部具備安裝小型風(fēng)力發(fā)電機的空間。因此，在RTG 上安裝風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)方案可行，通過離網(wǎng)風(fēng)光互補供電系統(tǒng)來為設(shè)備進行輔助供電，可以大大減少柴油機的運行時間。

3 市場需求分析

在中東和非洲地區(qū)，具備豐富的太陽能資源和風(fēng)力資源，如何利用好當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)光資源對振華重工、碼頭用戶都是一個新課題。而該地區(qū)的RTG 的小車架上通常有遮陽板，這又給太陽能電池板的鋪設(shè)提供了便利。如果這一套系統(tǒng)研發(fā)成功，將會給用戶帶來良好的節(jié)能效益和環(huán)保示范效應(yīng)，也給振華重工的改造市場帶來廣闊的前景，這將是一個多方共贏的項目。

4 技術(shù)方案分析

4.1 資源條件

經(jīng)過對中東某地專業(yè)氣象數(shù)據(jù)查詢，在水平放置的條件下，太陽能輻射資源平均月輻射為4.68kWh/m2/d。

再考慮到風(fēng)速與時間的概率分布，根據(jù)風(fēng)機的風(fēng)速功率曲線圖和實際項目經(jīng)驗，現(xiàn)場2kW 風(fēng)機年平均輸出功率約為450W，因此，結(jié)合上述數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源和風(fēng)力資源都十分豐富，適合風(fēng)光互補發(fā)電來組成輔助風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)方案

4.2.1 供電容量

蓄電池輔助供電系統(tǒng)的配置與負載容量以及用電量有關(guān)，根據(jù)用戶需求負載供電方式具體為：（1）PLC 電源和控制電源：單相，AC460V 供電，功率為AC460V/3600VA；（2）電氣房1#空調(diào)（24000BTU）和燈，功率分別為AC220V，2300W，AC220，150W；（3）司機室空調(diào)（12000BUT）和燈，功率分別為AC220V，1200W，AC220，75W；（4）小車架4個投光燈，功率為AC220V/500W?？傆秒娦枨蠹s為8900VA。

4.2.2 輔助供電系統(tǒng)

整個輪胎吊風(fēng)光互補輔助供電系統(tǒng)包含小型風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏陣列、風(fēng)光互補控制器、鋰電池組、離網(wǎng)逆變器、鋰電池充電器、配電柜及用電系統(tǒng)。

（1）風(fēng)力發(fā)電機：項目地風(fēng)力資源豐富，安裝風(fēng)力發(fā)電機是經(jīng)濟和理想的方案，可以安裝在輪胎吊大梁的頂端位置，風(fēng)機的三相輸出通過風(fēng)光互補控制器給蓄電池充電。

（2）太陽能光伏組件陣列：根據(jù)蓄電池組系統(tǒng)電平特點，選擇合適的組件串聯(lián)電壓，通過匯流箱將光伏組件并聯(lián)輸出后輸入風(fēng)光互補控制器來為蓄電池充電。

（3）柴油機在工作時，柴油機的輸出可以通過專用鋰電池充電器為蓄電池補充充電。

（4）電池組：在系統(tǒng)中，由于風(fēng)光互補給電池充電功率較大，且考慮負載輸出功耗較大的影響，選擇192V 電壓的鋰電池電池系統(tǒng)，根據(jù)儲電容量選擇合適的鋰電池模組串并組合。

（5）風(fēng)光互補控制器：風(fēng)光互補控制器在整個系統(tǒng)中是核心設(shè)備，其可以將風(fēng)力發(fā)電機的三相交流輸出和太陽能電池組的直流輸出轉(zhuǎn)換為直流電壓為蓄電池組進行充電，風(fēng)光互補控制器可以根據(jù)所選擇的蓄電池種類選擇相符的充電控制程序。

（6）逆變器：此處選擇的是三相交流逆變器，逆變器的輸出能力根據(jù)負載的特性需要考慮余量。通常情況下，所負責(zé)的負載正常情況由外部電源即柴油發(fā)電機發(fā)出的電能供應(yīng)，當(dāng)外部電源消失后，立即切換到逆變器供電，而當(dāng)柴油機啟動后，重新切換到柴油機供電，從而實現(xiàn)節(jié)能。

（7）供電負載：供電負載主要為PLC 相關(guān)控制設(shè)備（原來通過AC460V/110VAC 變壓器供電，現(xiàn)改造為通過380VAC/110VAC 變壓器供電），電氣房1#空調(diào)和照明和司機房空調(diào)和照明、小車架投光燈等。

4.3 工作原理

（1）整個輪胎吊的負載分為集裝箱操作主負載和輔助負載，柴油機組工作時，全部負載由配電柜切換為柴油機供電。

（2）柴油發(fā)電機由于長時間無集裝箱操作任務(wù)時，則停止工作，此時，輔助負載則經(jīng)過配電柜切換為逆變器供電。

（3）在輔助系統(tǒng)供電中，兩組風(fēng)力發(fā)電機、太陽能陣列和鋰電池充電器都可以為電池組充電。其中，風(fēng)機和太陽能電池組可以通過風(fēng)光互補控制器對鋰電池組進行充電，與專用鋰電池充電器相互獨立。在柴油機停機時，逆變器則開始為輔助負載供電。

（4）逆變器最大工作時長與輔助負載功率和電池容量相關(guān)，在該方案中，鋰電池容量設(shè)計為56.8kWh，在充滿電情況下，可支持8.9kVA 的負載最大工作4h。當(dāng)電池容量較低處于警戒線時，風(fēng)光互補控制器則可以為柴油發(fā)電機提供啟動信號以便及時啟動柴油發(fā)電機，通過配電柜切換到柴油機供電確保輔助負載的供電。

（5）當(dāng)柴油發(fā)電機組開始供電時，配電柜自動將負載切換為柴油發(fā)電機供電。

4.4 關(guān)于設(shè)備安裝與組件清洗

設(shè)備的安裝主要是風(fēng)力發(fā)電機組的安裝和太陽能組件的安裝。風(fēng)力發(fā)電機組的安裝可以根據(jù)機組的接口和輪胎吊平臺上設(shè)置相應(yīng)的連接桿裝置。而太陽能組件可以根據(jù)小車架的遮陽棚設(shè)計相應(yīng)的組件支架。

項目當(dāng)?shù)卦谙奶焐硥m暴天氣比較多，由于風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電組件都為密封，因此，沙塵暴不會對風(fēng)力發(fā)電機組造成影響，而太陽能電池組件則因為灰塵的遮擋會影響其發(fā)電量，需要進行處理，具體的方案是在組件表面安裝清掃裝置。實現(xiàn)過程如下：清掃裝置無須對光伏組件進行任何改造，能直接依附于光伏組件自動行走、自動清掃，并可以設(shè)定不同的工作模式，清掃完畢時，可以自動離開光伏組件，不對光伏組件造成遮擋陰影?？梢允謩涌刂破溟_啟清掃模式，也可以根據(jù)需求設(shè)置自動清掃周期，最終實現(xiàn)清掃裝置全過程的自動控制。

5 結(jié)語

綜上所述，在一些具有豐富的太陽能資源和風(fēng)力資源的地區(qū)，在RTG 上應(yīng)用風(fēng)光互補輔助供電系統(tǒng)，技術(shù)上完全可行，并且在日益提倡節(jié)能環(huán)保和持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境的今天，在RTG 上，應(yīng)用風(fēng)光互補輔助供電系統(tǒng)更加具有現(xiàn)實意義。