1 概述
全球燃油價(jià)格飛漲，各國(guó)對(duì)環(huán)保、節(jié)能要求的不斷提高，使得 “油改電 ”ｅＲＴＧ技術(shù)得到迅猛發(fā)展和提高。 “油改電 ”ｅＲＴＧ是指用電力驅(qū)動(dòng)來(lái)代替原來(lái)用柴油驅(qū)動(dòng)的輪胎吊，它既利用了電力“清潔能源 ”環(huán)保低耗的優(yōu)點(diǎn)，又具有輪胎吊靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 “油改電 ”ｅＲＴＧ以其無(wú)比的優(yōu)越性成為國(guó)家交通部近期在港口推廣 “節(jié)能減排 ”技術(shù)的帶頭兵。
“油改電 ”ｅＲＴＧ是新近發(fā)展的技術(shù)，其發(fā)展和完善本身具有一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，人們對(duì)新技術(shù)的認(rèn)識(shí)和要求也在不斷提高和完善。本文對(duì)不同形式的 “油改電 ”技術(shù)特點(diǎn)作一個(gè)分析和比較，以期對(duì)各個(gè)碼頭選擇合適自己的方案提供一些幫助。
2 ＲＴＧ和 ｅＲＴＧ的發(fā)展過(guò)程
目前世界港口 90％以上的集裝箱堆場(chǎng)龍門吊是人們熟悉的 ＲＴＧ?它以柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力，柴油發(fā)電機(jī)是安裝在輪胎吊上自成一體的，所以它具有 “靈活轉(zhuǎn)場(chǎng) ”的優(yōu)點(diǎn)。與輪胎吊同期存在的還有一種是軌道吊，它是在軌道上行走的，采用電網(wǎng)供電的形式，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。但是由于集裝箱堆場(chǎng)龍門吊須 “靈活轉(zhuǎn)場(chǎng) ”，人們更加愿意選擇輪胎吊。
輪胎吊利用柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力，“喝油 ”厲害，有其先天的 “效率低下 ”問(wèn)題。輪胎吊柴油發(fā)電機(jī)的容量必須覆蓋吊機(jī)的*大功率，而吊機(jī)的*大功率僅僅當(dāng)提升重載集裝箱加速運(yùn)行的一瞬間，使用時(shí)間往往只持續(xù)幾秒，還不到吊機(jī)工作時(shí)間的 1％，而其它用不到*大功率時(shí)候的柴油發(fā)電機(jī)也必須滿速運(yùn)轉(zhuǎn)，效率非常低下。人們也發(fā)展了不少技術(shù)來(lái)提高柴油發(fā)電機(jī)的效率，如：柴油機(jī)調(diào)速、大小柴油發(fā)電機(jī)、柴油雙速發(fā)電機(jī)、混合動(dòng)力減小柴油機(jī)容量等等。它們的目的是提高柴油發(fā)電機(jī)的效率或使用率 （通常也就 10％ －30％效率的提升 ），但與使用市電的大型發(fā)電機(jī)組相比效率仍然很低，成本也高。比較而言，*徹底的方法是采用電網(wǎng)供電來(lái)代替柴油發(fā)電機(jī)，即 “油改電 ”技術(shù)。電網(wǎng)供電可以根據(jù)需要開關(guān)電源和調(diào)節(jié)電量供給，目前 “油改電 ”節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本可達(dá)到 60％ －80％。
*初的 “油改電 ”技術(shù)更多從單純吊裝節(jié)能效果來(lái)考慮，當(dāng)初也將 “ＲＴＧ油改電描述為需要在 ＲＴＧ上增加一個(gè)供電系統(tǒng)。當(dāng) ＲＴＧ在堆場(chǎng)上進(jìn)行正常堆垛作用時(shí)，關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組，將供電選擇開關(guān)切換到岸電供電；當(dāng) ＲＴＧ需要轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，分離岸電，供電切換到柴油發(fā)電機(jī)組 ”。而電源的分離和切合、柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)和停止往往為輪胎吊帶來(lái)很大的不方便性。
而實(shí)際中，特別是對(duì)于現(xiàn)代規(guī)?；b箱碼頭，不僅僅是利用 “油改電 ”的節(jié)能減排特點(diǎn)，同時(shí)還需要充分利用保留輪胎吊 “靈活機(jī)動(dòng) ”的特點(diǎn)。因此，在油改電方案之初就應(yīng)該更加注重輪胎吊的轉(zhuǎn)場(chǎng)問(wèn)題、駕駛問(wèn)題，*理想的是盡可能“帶電轉(zhuǎn)場(chǎng) ”，減少電源插拔和柴油機(jī)啟停，同時(shí)又不會(huì)對(duì)駕駛帶來(lái)大的影響。
3 “油改電 ”岸電上機(jī)方式和特點(diǎn)比較目前已有的 “油改電 ”方法是采用電纜卷筒、低空滑觸線、高架跨箱區(qū)滑觸線三種方案。
3．1 電纜卷筒供電方式 （單箱區(qū)移動(dòng) ）該技術(shù)是*早得到應(yīng)用的 “油改電 ”技術(shù)，在國(guó)外個(gè)別有環(huán)保要求的小型集裝箱場(chǎng)地，如挪威奧斯陸港口自 2003年初開始使用。國(guó)內(nèi) 2003年末也在東北一邊貿(mào)集裝箱堆場(chǎng)使用。隨后在深圳招商港和上海滬東集裝箱碼頭分別使用。*近由于 “油改電 ”技術(shù)的推廣應(yīng)用，部分碼頭開始大規(guī)模地推廣，如天津，深圳等地的部分碼頭年內(nèi)會(huì)有40－50臺(tái)投入使用。
該技術(shù)就是通過(guò)將電纜卷筒安裝在輪胎吊上，利用供電電纜將市電采集到輪胎吊上 （見圖1），其典型特點(diǎn)是：
● 在原 ＲＴＧ基礎(chǔ)上，再增加一套市電供電裝置，主 要 有 機(jī) 載 變 壓 器 （如，1000Ｖ／460Ｖ，460ｋＶＡ）；電纜卷筒驅(qū)動(dòng)控制柜 （電纜卷筒控制電
源，ＰＬＣ，變頻器 ）；電纜卷筒 （如，卷筒外徑 4ｍ?內(nèi)徑 2ｍ），卷筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)和支持支架和維修平臺(tái)；整機(jī)重量增加約 3．5ｔ，會(huì)增加輪胎磨損和電能驅(qū)動(dòng)。
● 輪胎吊跑道上通常需要挖設(shè)電纜溝，操作需要防止車輛或者輪胎吊壓到供電電纜，從而導(dǎo)致供電電纜受損。往往還需要在輪胎吊加裝防撞裝置和減速運(yùn)行。一旦發(fā)生碰撞，維護(hù)成本較高。
● 由于電纜卷筒的局限，系統(tǒng)增加一定的電纜和變壓器損耗，約是總功率的 10％ －15％。
● 移動(dòng)受限，目前只能單箱區(qū)內(nèi)運(yùn)行，換箱區(qū)工作需要切換電源，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，需要增加額外 的 時(shí) 間。相 鄰 間 箱 區(qū) 轉(zhuǎn) 場(chǎng) 通 常 在 20－30ｍｉｎ。
● 電源插頭由于需安全防水，插拔電源有一定安全性，目前大多需要工程技術(shù)部來(lái)人幫助。
● 電源插頭需要能方便快捷進(jìn)行電纜插拔，目前主要還采用國(guó)外進(jìn)口部件?可控性差。
● 電纜卷筒需要占用寶貴的運(yùn)行安全空間（約 30－40ｃｍ?如安裝在門架內(nèi)，可能被吊具和集裝箱碰撞，如安裝在門架外，可能影響輪胎吊行駛安全）。
● 在已有的應(yīng)用中表明，防碰撞系統(tǒng)是非常重要的配置，但由于不象低空滑觸線可以用固定板做為基準(zhǔn)，目前常用的方法 （如激光、超聲波 ）還沒(méi)有很好的解決方案。
● 另外，防碰撞系統(tǒng)僅僅可以減少碰撞事故，但駕駛不方便性仍然存在，往往通過(guò)犧牲駕駛速度來(lái)完成，這樣也影響效率，目前針對(duì)該問(wèn)題已有自動(dòng)駕駛技術(shù) （如 ＧＰＳ，圖像處理技術(shù) ）推出?需要一定的支出。
● 需要有效的換向裝置，以確保使用較少的電纜和對(duì)電纜彎曲疲勞的影響。
● 機(jī)上東西較復(fù)雜，使用壽命有限 （部分主要部件壽命僅 5－10年 ），如電纜彎曲疲勞和老化，變頻電纜卷筒壽命等，有一定的維護(hù)成本。
● 改造費(fèi)用估算：2臺(tái) ＲＴＧ在2×250ｍ堆場(chǎng)范圍內(nèi)，地面供電部分改造費(fèi)用 160萬(wàn)?機(jī)上改造部分 100萬(wàn)，平均每臺(tái)改造費(fèi)用為 130萬(wàn)人民幣。
造價(jià)較高。
● 由于其電纜和變壓器的損耗，以及輪胎吊重量的增加，在可比條件下，年耗油 55萬(wàn)元的工作頻率下，平均每臺(tái)節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本為在 66％ （上海滬東單位標(biāo)箱油耗 1．01ｋｇ＝4．55元，單位標(biāo)箱電耗 2度 ＝1．54元 ），節(jié)約效率較低。投資回報(bào)期約為 3．5－4年。由于系統(tǒng)的壽命較短，按 10年計(jì)算，投資回報(bào)期占系統(tǒng)壽命約35％ －40％。
● 該技術(shù)地面工作較少，輪胎吊改造可以不占用工作場(chǎng)地，對(duì)堆場(chǎng)影響較小。
● 使用該技術(shù)的輪胎吊相對(duì)完整獨(dú)立，可以分批分期單獨(dú)改造，輪胎吊今后轉(zhuǎn)場(chǎng)和利用比較容易。
● 應(yīng)用面廣，適合于不同大小、形狀的場(chǎng)地，特別是對(duì)小碼頭，輪胎吊數(shù)量少 （10臺(tái)以內(nèi) ）、密度小 （平均每臺(tái)覆蓋 2、3個(gè)箱區(qū)以上 ），有較高的性價(jià)比。
● 該技術(shù)相對(duì)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，且深受主機(jī)廠歡迎并積極推廣，在市場(chǎng)上有一定的影響力。
3．2 低空滑觸線供電 （單箱區(qū)移動(dòng) ）
該技術(shù)是 2006年中由青島港提出和開始使用，并且快速進(jìn)行大面積推廣，在青島完成 60多臺(tái)輪胎吊改造，是*先完成批量使用、得到系統(tǒng)使用經(jīng)驗(yàn)的。隨后鹽田國(guó)際和香港 ＨＩＴ分別有小批量 10－20臺(tái)輪胎吊使用。*近由于 “油改電 ”技術(shù)的推廣應(yīng)用，部分碼頭開始大規(guī)模地推廣，如鹽田年內(nèi)會(huì)有 70－80臺(tái)使用。低空滑觸線供電是采用剛體滑觸線作為ＲＴＧ供電的導(dǎo)體 （見圖 2），其特點(diǎn)：
● 一般架設(shè)高度為 2～3ｍ?每隔 3ｍ左右，須有一個(gè)電線桿作滑觸線支撐，由于高度有限，滑觸線須采用安全滑觸線，供電電壓通常是機(jī)上電壓（如 460Ｖ）。
● 輪胎吊跑道上必須架設(shè)安全滑觸線支架，操作需防止車輛或者輪胎吊撞到供電支架，從而導(dǎo)致供電滑觸受損，往往在輪胎吊需要加裝防撞裝置和減速運(yùn)行。一旦發(fā)生碰撞，維護(hù)成本極高。
● 移動(dòng)受限，目前只能單箱區(qū)內(nèi)運(yùn)行，換箱區(qū)工作需要切換電源，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，需要增加額外的時(shí)間，相鄰間箱區(qū)轉(zhuǎn)場(chǎng)通常在 10－20ｍｉｎ。
● 由于安全需要，插拔電源必須先切斷線路電源開關(guān)，目前大多需要工程技術(shù)部來(lái)人幫助。
● 滑觸線的集電裝置需要保證安全供電和牽引，較為復(fù)雜，長(zhǎng)度必須可以調(diào)節(jié)，質(zhì)量要求高，目前主要采用進(jìn)口部件。
● 安全滑觸線支架需要占用相當(dāng)寶貴的運(yùn)行安全空間，通常在 50－100ｃｍ，非常影響駕駛安全。在已有的應(yīng)用中，防碰撞系統(tǒng) （如激光、超聲波 ）幾乎成為必須的配置，如在青島和鹽田，增加一定的成本。
● 另外，防碰撞系統(tǒng)僅僅可以減少碰撞事故，但駕駛不方便性仍然存在，往往通過(guò)犧牲駕駛速度來(lái)完成，這樣也影響效率。目前針對(duì)該問(wèn)題已有自動(dòng)駕駛技術(shù) （如 ＧＰＳ?圖像處理技術(shù) ）推出?需要一定的支出。
● 由于該技術(shù)源自于工業(yè)行車供電方式，為節(jié)約成本，通常采用鋁滑線，與銅滑線相比，線損耗較大，同時(shí)壽命也短很多。
● 改造費(fèi)用估算：目前國(guó)產(chǎn)低空滑觸線約2500元／ｍ，進(jìn)口低空滑觸線 4000元／ｍ，考慮到同比采用銅滑線，每米需增加 1000元，2臺(tái) ＲＴＧ在 250ｍ堆場(chǎng)范圍內(nèi)，同時(shí)考慮必須的防碰撞系統(tǒng)，投資費(fèi)用：平均每臺(tái)改造費(fèi)用為 45－60萬(wàn)人民幣。造價(jià)較低。
● 由于鋁滑線的損耗較大，目前報(bào)道平均每臺(tái)節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本為在 61％ （青島港單位標(biāo)箱 5．9元下降為 2．3元 ），在可比條件下，年耗油 55萬(wàn)元的工作頻率下，投資回報(bào)期約為 1．3－1．4年。由于鋁滑線的壽命限制，和系統(tǒng)在地面的安全性等問(wèn)題的影響，按 15年使用壽命計(jì)算，投資回報(bào)期占系統(tǒng)壽命約 8．5％ －9．5％。
● 該技術(shù)地面工作較多，對(duì)堆場(chǎng)影響較大。輪胎吊改造需要有一定的小批量同時(shí)進(jìn)行。
● 適用面較廣，對(duì)于中等規(guī)模 （10－20臺(tái) ），中等工作密度 （平均每臺(tái)覆蓋 2、3個(gè)箱區(qū) ）的堆場(chǎng)有較高的性價(jià)比。
● 該技術(shù)有批量應(yīng)用業(yè)績(jī)，目前在批量推廣中有一定的市場(chǎng)。
3．3 高空跨箱區(qū)滑觸線供電方式 （跨箱區(qū)移動(dòng) ）
該技術(shù)是2007年初由上海港 （與上海海得共同推出 ）率先開始使用，并且是后來(lái)居上，*快得到大面積推廣應(yīng)用的。在上海目前已經(jīng)完成 80多臺(tái)輪胎吊改造，并且在寧波、廣州、媽灣、揚(yáng)州等港口開始批量和大批量使用，近期上述碼頭和上海港還會(huì)有 100－120臺(tái)使用。
高空跨箱區(qū)滑觸線供電方式是以電車銅滑觸線作為載流導(dǎo)體，架設(shè)在 ＲＴＧ的頂上，以承重鋼絞線作為銅滑觸線的承載裝置，承受滑觸線的重量并保證銅滑線的水平，加上其它輔助措施，保證輪胎吊的可靠供電 （見圖 3），其特點(diǎn)：
● 供電銅滑線電壓通常是機(jī)上電壓 （如460Ｖ），架設(shè)高度在 25ｍ以上，由于高度超過(guò)輪胎吊和其它碼頭運(yùn)動(dòng)設(shè)備的高度，對(duì)港口設(shè)備沒(méi)有妨礙，避免由于碰撞可能引起的高額維修費(fèi)。
● 輪胎吊司機(jī)無(wú)需改變操作習(xí)慣，可操作性很好，安全性也強(qiáng)。
● 在直線箱 區(qū) 間 移 動(dòng) 自 由 （即 “帶 電 轉(zhuǎn)場(chǎng) ” ），保證了絕大部分輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)性的要求。因此，可以結(jié)合其它簡(jiǎn)單方法，徹底讓輪胎吊從柴油發(fā)電機(jī)中解放出來(lái) （是前述兩種方法無(wú)法做到的 ），并省去相當(dāng)大的柴油機(jī)維護(hù)成本。另外，由于卸掉柴油機(jī)，可以減輕數(shù)噸的重量，對(duì)輪胎吊的輪胎磨損和輪胎吊行走節(jié)能都有幫助。
● 輪胎吊切換供電時(shí)，由于電源開關(guān)的安全距離達(dá) 2米，系統(tǒng)安全性很高。但操作需要爬到吊車頂部，不很方便，不過(guò)好在這種需要在大堆場(chǎng)的機(jī)會(huì)很少，另外如需要可以引入自動(dòng)切換系統(tǒng)。
● 高空滑觸線的架線依靠高桿塔來(lái)完成，塔高35～45ｍ，間隔100～300ｍ，因此，可選擇相當(dāng)次要的空間來(lái)安裝，保證不影響運(yùn)行，沒(méi)有碰撞危險(xiǎn)。
● 設(shè)備使用壽命很長(zhǎng)，主要部件在 30－50年以上壽命，維護(hù)成本低，所以部件均為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。
● 改造費(fèi)用估算：目前以 1200ｍ計(jì)算，每米造價(jià)為8000元，可以提供10－12臺(tái)，一次性投資費(fèi)用平均每臺(tái)改造費(fèi)用為80－96萬(wàn)人民幣，價(jià)格中等。
● 由于采用銅滑線，損耗較小，也沒(méi)有變壓器損耗，甚至還可以省掉柴油機(jī)的重量，是目前節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本*多的，平均每臺(tái)為 77％ （上海港振東碼頭單位標(biāo)箱耗油 0．87升 ＝4．47元，單位標(biāo)箱電耗 1．36度 ＝1．02元 ），在可比條件下，年耗油 55萬(wàn)元的工作頻率下?投資回報(bào)期約為 1．9－2．2年。由于系統(tǒng)的安全性高，使用壽命長(zhǎng)，按 30年使用壽命計(jì)算，投資回報(bào)期占系統(tǒng)壽命約6．5％－8％系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)性*好。
● 該技術(shù)地面工作中等，對(duì)堆場(chǎng)影響中等。輪胎吊改造需要有一定的批量同時(shí)進(jìn)行。
5 總結(jié)
● “ 油改電 ”技術(shù)是目前 ＲＴＧ*有效的 “節(jié)能減排 ”技術(shù)，值得大力發(fā)展和推廣，有條件的港口應(yīng)該盡快應(yīng)用該技術(shù)。
● 目前三種方法各有其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)法完全取代，碼頭應(yīng)該根據(jù)自己的條件選用合適自己的技術(shù)。
● 總體來(lái)講，對(duì)于小碼頭較適合用電纜卷筒方案，中小規(guī)模的可選用低空滑觸線方案，中大規(guī)模的更適合用高架滑觸線方案。
● 由于總體性能是高架滑觸線*優(yōu)，低空滑觸線居中，電纜卷筒較低。因此，在滿足資金、場(chǎng)地、運(yùn)行條件的情況下，應(yīng)該按上述順序選擇應(yīng)用方案。
