輪胎式貨櫃門式起重機(簡稱RTG)所裝備的發動機採用發電用柴油機而非工業用柴油發動機，只有怠速和全速兩種速度。柴油發電機組的功率是按起吊重箱最大過載能力設計的，使得發電機組在起吊空箱、轉場等輕負荷情況下，柴油機依然保持全速運行，產生的能量不能完全用盡，其多餘能量只能消耗在電阻上。
基本介紹
- 中文名：RTG變速柴油發電機節能技術
- 外文名：Energy saving technology of RTG variable speed diesel generator
- 發布時間：2013-11-26
引言,柴油發動機的特性曲線,變速柴油發電機的節能原理,變速柴油發電機的節能效果,
引言
輪胎式貨櫃門式起重機(簡稱RTG)所裝備的發動機採用發電用柴油機而非工業用柴油發動機，只有怠速和全速兩種速度。柴油發電機組的功率是按起吊重箱最大過探糊照載能力設計的，使得發電機組在起吊空箱、轉場等輕負荷情況下，柴油機依然保持全速運行，產生的能量不能完全用盡，其多餘能量只能消耗在電阻上。
RTG的節能減排技術改造方案有“油改電”、電動RTG、超大容量電容組、增加待機柴油發電機組等幾種方式。“油改電”方案改造成本大，對電網擴容有很高要求，並且限制了RTG的靈活性；電動RTG方案是油電混合動力方案，在堆場作業時，採用地面導軌或滑觸線路由市電供電，該方案改造難度大，且轉場操作複雜；採用超大容量電容組可節油12%~30%，但因其改造成本大，使得性價比不高；增加待機柴油發電機組方案，有數據顯示可節約23%的燃油，但其對主機組的頻繁起停將使主發電機的故障率大大增加。
變速柴油發電機節能技術是一種既不改變RTG的靈活性，又能從根本上節省燃油、降低排放的技術，其主要裝置為變速柴油發電機，包括設有全程(從怠速到全速)調速器的柴油機和與之同軸連線的同步發電機。由能量轉換裝置將發電機發出的交流電(從低頻低壓到額定頻率額定電壓)轉變成可利用的直流電能，並通過對負載所需的實際功率的檢測以及直流儲能和緩衝單元，控制該系統輸出電源的電壓和頻率符合負載的要求，從而實現油量與負載的全程匹配。
柴油發動機的特性曲線
柴油發電機節油的最初構想來源於柴油發動機負載特性。柴油發動機的使用特性主要有負載特性、速度特性和調速特性。圖l為6135Q車用柴油機的負載特性(與試驗用柴油機特性類似)。從圖中可以看出，在相同負載功率下，轉速為1200r/min時的耗油率低於1800r/min時的耗油。
變速柴油發電機的節能原理
港口RTG一般採用300~600kW主柴油發電機組供電，只要處於工作狀態，無論是否起吊貨櫃，發電機組都處於運行狀態。某堆場統計數據表明：該種設備平均每月運行400h，而空載運行近200h，空載率約為50%。即使在非空載工況下，RTG也僅在重箱陵榜墓擔起升過程中需要提供額定功率，幾乎90%的運行時間處於輕負荷狀態。而柴油發動機不能跟隨負荷的大小改變供油量，時常處於“大馬拉小車”狀態。
分析柴油機的負載特性不難發現，獨特的工作特點和負荷狀態，為RTG的使用提供了節約油耗的可能，即給柴油發電機組調速，使柴油機組可以根據負載的變備院局化而改變柴油機組的轉速，達到節油的目的。
改變柴油發電機組轉速，意味著發電機發出電的頻率和電壓不能達到用電設備的額定要求。在我國的電力系統中，工頻交流電的標準頻率為50Hz，對於一般柴油發電機組，要求拖動發電機轉子旋轉的柴油發動機轉速基本恆定，因為同步發電機具有轉子轉速和交流電頻率之間保持嚴格不變的關係特點。如果乃匪訂潤轉子的轉速變化，將導致發電機輸出頻率和電壓不能滿足用電設備工況。
為使輸出的電壓和頻率滿足RTG用電要求，就需要增加一套逆變電路。
柴油機低速運轉時發出的電足以支持RTG除起升以外的所有用電(如照明、空調、行走等)需要外，還會有富餘的電量，這些富餘的能量一般通過電阻消耗掉。為了不浪費這些電能，本技術方案選用一組儲能元件將其收集起來，同時收集的還有下放箱子時勢能轉換的電能，用於補償提升重箱時使用。當系統判斷到負載增加時，自動將柴油機調速到所需轉速或額定轉速，令發電機發出足淋囑夠的電來完成起升重箱的任務。
變速柴油機節能方案直接以負載變化實現柴油機調節，最大化節省了柴油機消耗，同時採用電力電子開關器件實現能量轉換，傳遞效率很高，從整體的觀點考慮系統，實現了控制過程的效率的最最佳化。
能量轉換器的作用是不管柴油機轉速如何(即使是怠速)，同步發電機發出的低頻率低壓電也能通過能量變換器泵升至滿足用電設備可使用的額定電壓額定頻率要求的電源。實現手段為：通過電力電子設備將非工頻交流電整流和對發電機的轉矩進行控制，負載的變化引起的直流母線的功率的變化，該功率變化員永譽動態地提供了柴油機組供油量的調節信號，油量供給執行機構根據信號調節油門大小，從而實現燃油的最優控制。
外加的超級電容主要用於能量緩衝。
該控制模式實現了油量同負載的全程匹配。改變以往RTG發電機組在輕負荷狀態時仍工作於全速狀況下造成的高耗油的狀況。
變速柴油發電機的節能效果
與單純使用超級電容儲存釋放能量等其他節能方案相比，該變速柴油機節能方法直接以負載變化對柴油機進行調節多蘭戶，最大化節省了柴油機的能量消耗。
這套新的能量轉換控制裝置完成試驗室試驗後，交通部節能檢測中心對該裝置進行了現場測試，記錄了100%負載的試驗過程和節油數據。在20min內起升、下放35t重箱5次，耗油僅2．8L。
在廣州港南沙貨櫃碼頭進行的RTG現場模擬試驗證明，在生產效率相同的情況下，1h耗油為：
20英尺貨櫃提吊10次，原耗油16．5L，採用新的控制裝置耗油8L，節油率50%；
40英尺貨櫃提吊10次，原耗油18L，採用新的控制裝置耗油11L，節油率接近40%。
本次試驗使用的貨櫃RTG為進口新設備，配備卡特柴油機。在此種情況下，試驗結果還是很鼓舞人心的。該系統可用於改造現有RTG，也可安裝在新造RTG上。它將不僅僅適用於貨櫃RTG，在所有具備類似工況的起重機械上均可以採用。
柴油機低速運轉時發出的電足以支持RTG除起升以外的所有用電(如照明、空調、行走等)需要外，還會有富餘的電量，這些富餘的能量一般通過電阻消耗掉。為了不浪費這些電能，本技術方案選用一組儲能元件將其收集起來，同時收集的還有下放箱子時勢能轉換的電能，用於補償提升重箱時使用。當系統判斷到負載增加時，自動將柴油機調速到所需轉速或額定轉速，令發電機發出足夠的電來完成起升重箱的任務。
變速柴油機節能方案直接以負載變化實現柴油機調節，最大化節省了柴油機消耗，同時採用電力電子開關器件實現能量轉換，傳遞效率很高，從整體的觀點考慮系統，實現了控制過程的效率的最最佳化。
能量轉換器的作用是不管柴油機轉速如何(即使是怠速)，同步發電機發出的低頻率低壓電也能通過能量變換器泵升至滿足用電設備可使用的額定電壓額定頻率要求的電源。實現手段為：通過電力電子設備將非工頻交流電整流和對發電機的轉矩進行控制，負載的變化引起的直流母線的功率的變化，該功率變化動態地提供了柴油機組供油量的調節信號，油量供給執行機構根據信號調節油門大小，從而實現燃油的最優控制。
外加的超級電容主要用於能量緩衝。
該控制模式實現了油量同負載的全程匹配。改變以往RTG發電機組在輕負荷狀態時仍工作於全速狀況下造成的高耗油的狀況。
變速柴油發電機的節能效果
與單純使用超級電容儲存釋放能量等其他節能方案相比，該變速柴油機節能方法直接以負載變化對柴油機進行調節，最大化節省了柴油機的能量消耗。
這套新的能量轉換控制裝置完成試驗室試驗後，交通部節能檢測中心對該裝置進行了現場測試，記錄了100%負載的試驗過程和節油數據。在20min內起升、下放35t重箱5次，耗油僅2．8L。
在廣州港南沙貨櫃碼頭進行的RTG現場模擬試驗證明，在生產效率相同的情況下，1h耗油為：
20英尺貨櫃提吊10次，原耗油16．5L，採用新的控制裝置耗油8L，節油率50%；
40英尺貨櫃提吊10次，原耗油18L，採用新的控制裝置耗油11L，節油率接近40%。
本次試驗使用的貨櫃RTG為進口新設備，配備卡特柴油機。在此種情況下，試驗結果還是很鼓舞人心的。該系統可用於改造現有RTG，也可安裝在新造RTG上。它將不僅僅適用於貨櫃RTG，在所有具備類似工況的起重機械上均可以採用。
