本文針對港口集裝箱碼頭大量使用的RTG,，分析了適用的節能降耗技術，節能型RTG和電動RTG具有各自的優缺點。節能型RTG在節能降耗的前提下，充分保留了RTG機動靈活的優點；電動RTG則更著眼于節能降耗，運營成本低，環保效果好，但是轉場不便，而且要增加碼頭的電力基礎設施投資。因此，這就需要碼頭用戶和RTG制造商共同探討，根據各個集裝箱碼頭不同的使用環境和特點，提出適用的可行節能降耗方案。
1．引言

       輪胎式集裝箱門式起重機（RTG）是世界各大集裝箱專業化碼頭堆場的主力設備，它具有碼頭基礎的投資成本低、機動靈活可轉場作業、便于分期分批購置等優點，一直受到廣大集裝箱作業碼頭的歡迎，在用數量占場橋總數量的85％左右。但是，傳統RTG由柴油發電機組驅動，能量轉換效率低、能耗大、成本高。同時RTG在作業時排放的廢氣黑煙和柴油機運轉時產生的巨大噪音以及柴油存放與使用中的環境污染也與日益嚴格的環保要求有一定距離。伴隨著近年來全球經濟高速增長引起的以石油為代表的化石能源的日益短缺，國際油價不斷刷新歷史記錄，持續快速上漲，給各大擁有大量RTG的集裝箱碼頭的營運成本帶來了巨大的壓力。

       中國政府在“十一五”規劃中明確提出節能降耗和防污減排的目標，具有非常重要的戰略意義。近年來，世界各大港口機械制造商和配套商都投入了研發力量試圖改進傳統RTG的傳動技術。傳統RTG的節能降耗技術主要分為節能型RTG和電動RTG兩個研發方向。節能型RTG主要是采取提高柴油發電機組的能源利用效率和把RTG在下方重物和運行機構制動時產生的再生回饋能量儲存起來加以利用等技術措施，通過提高整機能源利用率實現節能降耗。電動RTG就是“油改電”運行，RTG的工作所需電力不再使用柴油發電機組，而是取自碼頭堆場提供的廉價市電；同時，由于采用市電驅動，RTG工作時的再生反饋能量也可采用成熟的能量回饋技術，整機的能源利用率很高。下面，就這兩種已經進入實際工程應用的RTG節能降耗技術作以詳細探討。
2．節能型RTG的技術分析

節能型RTG采用的主要技術有：

（1）提高柴油發電機組的能源利用效率。

        在普通RTG中，柴油機只有怠速與全速兩擋的工作速度：怠速用于待機工況；全速用于工作工況。由于RTG的系統載荷是變化的、非線性的，因此在載荷較輕時，柴油機一發電機組效率較低，造成能量浪費。柴油機特性決定了其在不同需求功率下有不同的經濟油耗，如果能通過某種方式找出這條在不同功率下的經濟油耗與轉速曲線，并對此進行控制，將可以大大提高柴油機一發電機組的效率，取得很好的節能效果。

        目前，實用的工程技術是以西門子公司的ECO節能技術為代表的發動機速度調節方式。此技術的關鍵是根據RTG不同工況對功率需求的不同，改變柴油機的轉速，調整輸出功率，實現精確的動態功率管理，從而實現節省油耗降低成本，提高整機能源利用率。

（2）把RTG在下方重物和運行機構制動時產生的再生回饋能量儲存起來加以利用。

        RTG的再生能量主要指的是起升機構下降過程、大車和小車機構減速過程中產生的再生能量，這部分能量占有整個運行循環的30％以上。由于再生能量無法回饋，普通RTG的做法是直接通過能耗電阻以發熱的形式白白消耗掉。對這部分能量進行再利用，不僅可以節能，而且可以彌補起升機構吊重載上升過程及各機構突然加速時的突加功率需求，從而使發動機可以基本工作在非過載狀態，容易熄火的現象將基本不存在，這將有效地提高發動機的使用壽命并達到良好的環保效果。解決這個問題的關鍵是要有一套儲能和回饋裝置，能夠快速吸收再生能量，并在系統需要時能立即投入使用。

        目前，實用的工程技術是以超級電容和飛輪儲能系統為代表的能量存儲與回饋方式。利用超級電容的能量存儲與回饋方式的典型代表是振華港機的綠色RTG，利用飛輪儲能系統的能量存儲與回饋方式的代表是VYCON公司的飛輪節能系統。

        超級電容的原理并非新技術，常見的超級電容大多是雙電層結構，同電解電容器相比，這種超級電容能量密度和功率密度都非常高。同傳統的電容器和二次電池相比，超級電容儲存電荷的能力比普通電容器高，并具有充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。 隨著社會經濟的發展，人們對于綠色能源和生態環境越來越關注，超級電容器作為一種新型的儲能器件,因為其無可替代的優越性，越來越受到人們的重視。在最近幾年中，超級電容器已經開始進入很多應用領域，如消費電子、工業和交通運輸業等領域。

         當然，上述兩類技術不是孤立的，可以結合起來使用，節能降耗的效果會更加明顯。下面就市場上出現的幾種新型節能型RTG作以簡要介紹。

2．1 Siemens的經濟節能型RTG(ECO－RTG)

        ECO－RTG與普通型RTG最大的不同在于它的柴油發電機組。它運用最新的驅動技術，在達到普通型RTG操作效率的基礎上，最大限度地降低柴油機油耗。Siemens針對RTG的控制要求，研發了節能機型RTG(ECO－RTG)，相對于普通RTG，它有幾個關鍵技術特點：① 增速齒輪箱；② 水冷高速同步永磁發電機；③ 水冷式變頻器及其配套電氣元器件；④ DICO發動機控制裝置。其原理體現了系統功率和能量需求的綜合管理，它基于成熟的已市場化的汽車行業成功應用的混合動力電氣驅動技術。ECO —RTG通過所有元件準確的動態功率管理、發動機待機控制，發動機的輸出功率由電動機消耗功率直接控制，且控制系統無延遲，從而使發動機總是處于最佳運行區域或怠速狀態。

       普通RTG啟動柴油機后，就始終保持在全速運轉的狀態下，即使不進行吊箱作業也要浪費一部分能量，而ECO－RTG采用兩臺單機容量180KW的新型發電機，在柴油機怠速的情況下，就能滿足RTG輔助功能的用電需求。當RTG進行吊箱作業時，控制系統根據實際的負荷大小調整并優化發動機的轉速，使其工作在高效運轉速度范圍內，具體如下：操作主令手柄將給定的速度傳遞給PLC，PLC根據速度和負載情況，將需要的電流、功率等信息傳遞給柴油機控制PLC，柴油機控制PLC相應地提高柴油機轉速，從而提高發電機輸出功率以滿足機構動作的需要。當一個機構動作結束后，柴油機馬上由高速狀態切換到怠速狀態，響應時間不會超過2秒鐘。ECO－RTG的節能關鍵在于能夠根據負載的大小，調整柴油機轉速，在滿足RTG功率需求的同時，最大程度地減少能源浪費。

        根據西門子公司發布的測試結果（數據來源：馬士基西班牙Algeciras]，在系統無超級電容的情況下，對比油料消耗測量值，可節約柴油48%~50%；在系統加裝超級電容的情況下，對比油料消耗測量值，可節約柴油69%~70%。國內的廈門嵩嶼集裝箱碼頭已有新型ECO-RTG在2007年投入實際使用，從現場反映的情況看，節能環保效果明顯。

       從實際應用看，如對普通的RTG進行技術改造，需要從發電機組至控制元器件整套更新，整機改造范圍大，費用高。此項技術主要應用于港口機械制造商研發的新產品。

2．2 TM GE—RTG

       TM GE(東芝、三菱、通用電氣)，針對RTG的節能控制要求，研發了獨特的節能電控系統Fuel Efficient-RTG。該系統既可應用于新采購的RTG，也可用于舊RTG的電控系統改造，適用范圍廣。它的主要設計理念是通過合理地改變柴油發動機的轉速，達到經濟提供電源的目的。該系統關鍵的技術特點如下：① 可變速發動機；② 變流器；③ 逆變器；④ 超級電容和DC／DC變換器。

        該系統中增加了逆變器、變流器，同時也改變了原來發動機的恒速要求。整套系統的設計僅對直流母線進行了處理，對于直流母線以下的電機控制均沒有任何變化。因此，它保持了原RTG的控制模式，使原有的優良特性得到繼承。

        可變速發動機對于可變速柴油發動機的精確調速控制是TM GE—RTG系統的精髓。當RTG載荷需求功率較小時，可通過使發動機工作在額定速度以下，達到降低柴油的消耗、噪音和維護成本的目的。TM GE—RTG系統根據速度和電流測量值，計算出實際需要的轉矩，再經過柴油機轉矩與轉速的轉換，確定柴油機的噴油量。由于負載電流的變化非常迅速，突加突降負載給發動機的轉速變化提出很高的要求。實踐證明，采用電噴的可變速發動機完全能夠滿足要求。

        DC—DC變換器是變頻器直流母線和超級電容之間的電能轉換裝置。當RTG的起升機構下降、大車和小車機構減速時，電動機會向直流母線上回饋電能。直流母線電壓升高到一定限值時，DC—DC變換器可以將電能注入到超級電容。當母線電壓下降，系統中需要電能補給時，超級電容中的能量能適時的進行補充；能量不足時，可以由可調速發電機調整轉速，進一步注入能量。在重物下降結束后，超級電容會積聚充足的能量。同時，如果長時間待機，由于發動機同樣有多余的能量輸出，也可以由DC—DC變換器注入到超級電容。

Fuel Efficient RTG理想狀態的節能效率可以達到30％左右。TM GE還提供