港口節能減排論文

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1港口節能減排新技術

1.1RTG油改電技術

油改電技術主要涉及RTG的外部電源（市電）的供電和RTG跨箱區轉場移動問題。可行的油改電方法是采用電纜卷筒供電、低架滑觸線供電和高架滑觸線供電3種方式。傳統RTG作業時產生大量廢氣和有害物質，油改電后RTG作業時無廢氣排放。高架滑觸線油改電方式。RTG油改電技術，在相同裝卸箱量下，節能30%以上，降低運行成本60%以上，實現零排放。

1.2混合動力RTG技術

為了既能保持RTG跨箱區轉場作業的機動性，又能實現RTG的節能減排，國內外已研制出由柴電機組和儲能單元（超級電容器組或鋰電池組）構成的RTG混合動力系統。柴電機組和超級電容組成的RTG混合動力系統，柴電機組仍作為主電源，而超級電容器則作為儲放能單元，回收RTG運行中起升機構集裝箱吊重降落時的位能性再生能量。上海振華重工于2005年研制出超級電容儲放能的混合動力RTG樣機。振華重工對普通柴電機組RTG和超級電容混合動力供電RTG的排放進行測試，前者在頻繁起制動時柴油機排氣管大量排冒黑煙，后者柴油機運行平穩，基本無黑煙排放。目前用于混合動力RTG的能量儲蓄單元主要有超級電容和鋰電池2種。超級電容在能量儲存過程中基本不產生化學反應，具有壽命長、充放電時間短等優點；但作為RTG的能量儲蓄單元，超級電容也有較大的弱點，如能量密度低，單位容積的電量存儲有限。另外，超級電容的放電電流不穩定，作為動力電源難以控制。鋰電池具有儲存容量大、放電電流穩定、無污染及安全性能好等優點，是RTG較理想的能量儲蓄單元。振華重工試制以大容量鋰電池作為主電源，小功率柴電機組為輔助電源的RTG。保持與常規RTG的起重量與起升速度不變，鋰離子動力電池組容量為640VDC/200Ah/128kW•h，輔助柴電機組裝機功率為50kW，節約燃油60%以上，RTG在動力電池供電狀態下實現廢氣零排放。

1.3RTG和集卡油改氣技術

近日，由上港集團所屬冠東公司、上海振華重工（集團）股份有限公司和上海海事大學在上海市科委項目“LNG動力的港口裝備技術研究及洋山港示范應用”（項目編號13dz1202800）和“混合動力輪胎式集裝箱起重機研制及應用”（編號12dz1200700）中，共同研發采用液化天然氣（LNG）燃氣機組供電的輪胎吊。RTG油改氣技術使RTG由柴油發電機供電改為LNG動力，顯著降低RTG的廢氣排放。

1.4岸基變頻供電技術

到港船舶停靠在碼頭需要燃燒大量重油（或柴油）發電，所產生的污染與上海城市環境保護的矛盾越來越突出。靠泊的郵輪和集裝箱班輪濃煙排放見圖6。集裝箱船舶靠港期間停用船舶柴油發電機組，改由港口供電，這種方式稱為“岸電”。由于國外船舶電網頻率大多為60Hz，而我國港口無法利用現有的50Hz岸電電網直接供電。因此，采用大功率變頻技術，將50Hz交流電變換成適合于60Hz交流電船舶的供電電源。2010年，全球首臺移動式岸基船用供電系統在上海港外高橋二期集裝箱碼頭試運行獲圓滿成功。

2成果推廣制約因素及解決途徑

油改電技術：油改電技術節能減排效果明顯，但洋山港由于高壓電纜過橋工程復雜性，電網容量受限，電費昂貴（約1.5元/kW•h，是普通工業用電的2倍），所以該技術不適合在洋山港推廣。油改電還有初期投資較大、堆場要求規則等限制，且RTG轉場不便。油改氣：技術上，由于LNG發動機的動力曲線與柴油機明顯不同，其扭矩相對要小一些，最大扭矩區間也比柴油要小，LNG動力RTG在吊起集裝箱的時候和LNG動力集卡在啟動的時候會動力不足，解決辦法是采用氣電混合的方式來加強RTG和集卡動力。氣電混合動力是下階段的研究重點。洋山港LNG運輸非常不便，現在每天只有2個小時可運輸LNG，且黃色預警天氣禁止運輸LNG。建議相關部門能再組織專家安全論證會，在安全的基礎上適當放寬東海大橋對液化氣體槽車的禁令，保障洋山港LNG的順利供應。理論分析與實際測試表明，LNG動力與柴油機相比，折算成標準煤并不占優勢。LNG動力RTG初步測試標準煤消耗是柴油機RTG的1.27倍，LNG動力集卡與柴油集卡能耗基本持平。建議有關部門擬定更全面的評價體系以適應社會的發展。混合動力技術：鋰電池混合動力RTG節油效果明顯，但鋰電池成本昂貴，降低鋰電池的成本應從2方面考慮。一方面，鋰電池不穩定性是在制作過程中所產生的，提高生產設備的自動化水平，將鋰電池的生產轉移到更為清潔干燥的環境中進行，鋰電池的成本就會逐步降下來；另一方面，提高鋰電池電控技術，通過對單體鋰電池參數的獨立檢測，動態調整各單體電池充放電的電壓（或電流）等參數的設定閥值。研究動力電池充電過程發現：對于串聯體，充電能量可從較高壓單體轉移到較低壓單體；對于并聯體，充電能量可從較大電流支路轉移到較小電流支路；對放電過程則反之。通過這種能量轉移控制方式進行混合動力RTG能源系統的動力鋰電池充放電自動均衡控制，提高動力電池組充放電效率及電池組使用壽命，從而降低成本。岸電項目：使用岸電后，由于運輸成本增加，會降低碼頭和船方的競爭力。目前這是制約“綠色港口”建設的一個重要因素，極大地影響著岸電改造和使用單位的積極性。目前，美國是通過立法形式及費用補貼政策推行節能減排的。例如，美國洛杉磯港口當局通過立法，強制要求轄區內所有碼頭采用岸電技術；2006年5月，歐盟委員會通過了法案2006／339／EC，提出歐盟港口靠泊船舶使用岸電。國外政府部門實施節能減排、保護環境的做法對我們很有借鑒意義。

3港口節能減排研究展望

混合動力RTG下一步研制重點為研制鋰電池-LNG混合動力RTG，由動力電池作為主動力電源，匹配小功率LNG發電機組，組成新型RTG混合動力供電系統，解決LNG動力不足的問題，同時也解決柴電機組排放問題。目前，國內已有港口采用岸電技術。2010年，全球首臺移動式岸基船用供電系統在上海港外高橋二期集裝箱碼頭試運行獲圓滿成功，岸電容量2000kVA。2011年，連云港港口集團有限公司采用高壓岸電方式對“中韓之星”客貨兩用滾裝船進行供電，岸電容量為1500kVA。但已有岸電技術遠不能滿足船舶的功率需求。岸電項目下一步工作重點為研制3~5MW的高壓變頻岸電系統，以滿足更大船舶靠港的功率需求。節能降耗是港口持續發展的有效手段，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。港口近年來在節能降耗創新技術方面深入研究和積累，取得了一些效果和成績，目前迫切需要將這些技術進一步全面推廣。

作者:金毅黃婷黃細霞單位:上海冠東國際集裝箱碼頭有限公司上海海事大學