1、概述
輪胎式集裝箱龍門起重機(簡稱“RTGC”)是集裝箱堆場裝卸作業的關鍵裝備，其靈活的裝卸特性深受用戶歡迎。但大量的燃油消耗和下降過程中的能量浪費一直成為這種設備的瑕疵。
我司自主研發了基于混合動力技術的RTGC節能系統，該系統充分考慮RTGC靈活移動的工作特性和集裝箱升降過程中位能的轉換，在RTGC上加裝了蓄電池和蓄電池充放電控制系統，與柴油發動機系統配合使用。在RTGC運行過程中，通過下降時貯存貨物釋放出的位能，上升時快速以儲存的能量補償到控制系統來提升貨物，從而降低柴油機的油耗；同時，由于蓄電池可以提供能量，從而可以大幅度減少原來機上配備的柴油發動機容量。
在通常的RTGC電氣系統中，起升機構電動機的功率大約200KW、能量需求也大，占RTGC總需求容量的65%。上升時由發電機組系統提供提升集裝箱的全部能量，當起升機構下降時，采用能耗電阻把集裝箱位能轉換的能量消耗到電阻上。由此造成能源浪費、污染環境。采用混合動力系統方案后：
采用蓄電池系統把下降過程中的能量進行存儲，在上升過程中儲存在蓄電池中的能量作為補充，與發電機組配合，共同為起升電動機提供能量。由于蓄電池儲存的能量可以提供大部分能量需求，混合動力的發電機組僅需要提供少量的能量就可以達到提升貨物的總能量需求。通?？梢韵拗瓢l電機組的能量輸出或更換小發電機組。
針對RTGC處于待機狀態時間很長，充分降低待機狀態的能量消耗是混合動力系統的另一個作用。 因此， 在混合動力系統中，為了提高節能效率，通常選用小容量的發電機組以降低待機油耗。同時發電機組可以根據蓄電池儲備的電量狀態對其進行能量補充，使蓄電池的能量始終處于就緒狀態，以備后續操作使用。在RTG的使用過程中，起升機構的功率大、能量的需求最大、工作頻繁，而且是位能性負載---- 即：上升時從系統吸收能量，下降時向系統釋放能量。
如下圖所示，當RTGC起升機構吊著貨物上升時，柴油發動機和蓄電池一起向起升電機提供電能將貨物提起（由紅色箭頭表示）；當起升機構吊著貨物下降時，位能轉變為電能，起升電機通過充/放電控制系統將重物下降的能量儲存到蓄電池中（由藍色箭頭表示）。由于蓄電池的儲能作用，重物下降過程中的巨大勢能全部由蓄電池儲存，為下一個循環的上升提供能量。
l 減少現有柴油發動機約66%的功率,原480KW發電機組降低為160KW，采購柴油發電機組的成本大大降低；
l 在直流母線與蓄電池間采用充放電控制器，母線與蓄電池不是直接連接，這樣可以為蓄電池增加一道保護，當充放電回路出現故障或電流過大時，充放電控制器可以很好的保護蓄電池并阻止大電流對蓄電池的損壞；
l 蓄電池是發熱部件，我公司設計時每個電池箱采用風冷結構， 當溫度達到設定溫度時啟動電池風扇冷卻， 使每個蓄電池能夠處于幾乎相同的溫度環境中，有助于提高蓄電池的一致性，不會引起蓄電池之間差異大造成有些電池早衰，從而延長電池系統使用壽命；
l BMS對每個單體電池電壓及電池箱溫度實時監控，有電池過壓，欠壓，過流，高溫，低溫，單體壓差過大，漏電流，采集斷線等保護配置全面，通過CAN通訊快速把信息傳送給PLC，從而系統可作出判斷；
l 減小發電機組輸出到RTGC電氣系統的電纜截面積；
l 采用技術成熟的充放電裝置，提高RTGC運行的穩定性；
l 減少發動機噪音污染和廢氣排放；
l 保持了RTGC靈活轉場作業的特性 ；
l 大幅度降低油耗；
下圖是改造前后在相同工作情況下的平均耗油比較。這個數據是打開射燈，步道燈和吊具油泵，并且分別采用30T、15T、空吊具負載從第1排到第6排再回到第1排，重復10個周期取得的。由圖可以看到采用蓄電池儲能方式后對RTG裝卸作業時的節能效果是非常明顯的。
l 增加升壓變流器，為了將直流電壓抬高減小電流，同時可以限制發動機的輸出功率；
l 增加充電放電變流器，控制電池的充電和放電過程；
l 增加高充放電倍率的儲能電池，將能量儲存在電池內；
l 增加電池管理系統（BMS），監視蓄電池儲存的電量，每個串聯單體電池的電壓，蓄電池溫度及均衡電池等；
l 增加PLC及監控系統：用于混合動力系統控制，與RTG主控系統的聯鎖、故障處理和讀取BMS數據；監控系統用于充放電控制系統監控，蓄電池充放電流顯示，母線電壓及電池電壓顯示，故障記錄等。
對于混合動力系統在RTGC上的應用，最大程度上回收了重力勢能的能量，并作為重物提升時的能量。不僅大大減少了柴油機的供電功率，節約燃油成本，而且對港口的節能減排，減少廢氣污染，噪音污染等具有積極的作用。
