徐旭麗 陸瑋 張乾能 徐燃燃

2007―2014年，寧波港集團北侖第三集裝箱有限公司（以下簡稱“北三集司”）積極響應(yīng)國家節(jié)能減排、創(chuàng)建綠色環(huán)保港口的號召，陸續(xù)完成旗下港區(qū)（寧波舟山港穿山港區(qū)）輪胎吊“油改電”，總共架設(shè)16條高架滑觸線。“油改電”輪胎吊有助于降低作業(yè)成本和減少污染物排放，經(jīng)濟效益和社會效益明顯;但由于“油改電”輪胎吊只能直線運行，轉(zhuǎn)場時仍需要柴油發(fā)動機提供動力。本文以寧波舟山港穿山港區(qū)為例，提出多種“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)解決方案并進行比較，以期為集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)優(yōu)化提供借鑒。寧波舟山港穿山港區(qū)原分屬寧波港吉碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“港吉”）、寧波意寧碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“意寧”）、寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營有限公司（以下簡稱“遠(yuǎn)東”）和北三集司，現(xiàn)由北三集司統(tǒng)一運營管理。

1 穿山港區(qū)泊位、堆場及輪胎吊設(shè)備情況

穿山港區(qū)經(jīng)一體化整合后，泊位配置更加合理，堆場利用率更高，靠泊能力和堆存能力明顯提升。由圖1可見：穿山港區(qū)共有10個泊位，單個泊位長約300 m;該港區(qū)共有11個堆場，0號堆場與1～6號堆場部分重合，7～9號堆場縱向長度較長，1～6號堆場縱向長度略短于7～9號堆場，10號泊位沒有對應(yīng)的堆場，11號堆場縱向長度較短。在輪胎吊設(shè)備方面：港吉場地有6條高架滑觸線，配備72臺輪胎吊;遠(yuǎn)東場地有10條高架滑觸線，配備62臺輪胎吊。

1.1? ? 港吉場地設(shè)備配置及作業(yè)情況

由圖2可見：港吉場地共有6個堆場（1～6號堆場）、6條高架滑觸線（1～6號）和72臺輪胎吊。1～3號高架滑觸線單線長度為2 260 m，覆蓋0～6號堆場，立塔分布在第1道與第6道之間的集卡備用車道上;4～6號高架滑觸線單線長度為1 980 m，覆蓋1～6號堆場，立塔分布在第7道與第D道之間的集卡備用車道上。單條高架滑觸線每側(cè)6臺輪胎吊，共可掛用12臺輪胎吊;6條高架滑觸線貫穿12個箱區(qū)，局部4個箱區(qū)可同時容納12臺輪胎吊作業(yè)。港吉場地每條高架滑觸線安排4～6臺“油改電”輪胎吊，整個場地安排 8臺柴油發(fā)動機輪胎吊。

1.2 遠(yuǎn)東場地設(shè)備配置及作業(yè)情況

由圖3可見：遠(yuǎn)東場地設(shè)有3個堆場（7～9號堆場）、10條高架滑觸線（1～10號）和62臺輪胎吊。1～10號高架滑觸線單線長1 060 m，覆蓋7～9號堆場，立塔分布在第1道與第K道之間的備用集卡車道上。單條高架滑觸線每側(cè)4臺輪胎吊，共可掛用8臺輪胎吊;10條高架滑觸線貫穿20個箱區(qū)，局部4個箱區(qū)可同時容納8臺輪胎吊作業(yè)。遠(yuǎn)東場地每條高架滑觸線安排3臺“油改電”輪胎吊，整個場地安排16臺柴油發(fā)動機輪胎吊。

2 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)存在的問題

（1）無法自主轉(zhuǎn)場?！坝透碾姟陛喬サ蹩梢匝赝粭l高架滑觸線路來回作業(yè)，但無法從一條線路自主轉(zhuǎn)場到另一條線路。“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場時，需要輪胎吊司機先到操作室平臺側(cè)手動拉下高架滑觸線集電桿并放至指定位置，再爬樓梯到輪胎吊發(fā)動機平臺啟動柴油發(fā)動機，使輪胎吊完成轉(zhuǎn)場;轉(zhuǎn)場作業(yè)完成后，需要人工掛上高架滑觸線集電桿，切換至高架滑觸線作業(yè)模式。

（2）人工切換作業(yè)模式存在安全隱患。“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場時人工切換作業(yè)模式工序復(fù)雜，司機不僅需要上下樓梯，而且要執(zhí)行拉集電桿、掛滑觸線等操作，面臨一定不安全因素。此外，惡劣天氣會增加人工切換作業(yè)模式的危險性。

3 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)解決方案

鑒于“油改電”輪胎吊人工切換轉(zhuǎn)場作業(yè)模式的不安全性，有必要將人工切換作業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣忧袚Q作業(yè)模式。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，安排指定輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)。港吉場地安排R12、R14、R24、R43、R65、R66、R67和R68等8臺輪胎吊完成轉(zhuǎn)場和日常作業(yè)（見圖2）。遠(yuǎn)東場地安排RT1、RT4、RT5、 RT13、RT17等16臺輪胎吊完成轉(zhuǎn)場和日常作業(yè)（見圖3）;“油改電”輪胎吊掛靠1～10號高架滑觸線，每條線路掛靠3臺“油改電”輪胎吊，高架滑觸線橫跨7～9號堆場，縱向覆蓋2個箱區(qū)和4條車道;4個箱區(qū)內(nèi)同時有6臺輪胎吊進行裝卸作業(yè)。指定轉(zhuǎn)場輪胎吊主要分為400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊、300 kW混合動力輪胎吊和120 kW混合動力輪胎吊。

3.1 400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊

400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的動力由安裝在設(shè)備本體的柴油發(fā)動機組提供，發(fā)電機組空載或輕載運行時間較長，有效功率較低;負(fù)載從高處到低處產(chǎn)生的勢能通過制動電阻消耗，能量浪費較大。圖2中港吉場地用于轉(zhuǎn)場的400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊為R12、R14、R24和R43，圖3中遠(yuǎn)東場地用于轉(zhuǎn)場的400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊為RT1、RT4、RT5、 RT13、RT17、RT18、RT21、RT22、RT23、RT24、RT25、RT26、RT30、RT32、RT35和RT36。

3.2 300 kW混合動力輪胎吊

混合動力輪胎吊的混合動力裝置由柴油發(fā)動機組、可控整流單元模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池儲能單元、電池智能管理系統(tǒng)、DC-AC逆變器等組成。在混合動力輪胎吊運行過程中，電氣控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器收到電池智能管理系統(tǒng)發(fā)出的電池電量低的信號后，立即啟動柴油發(fā)動機組;收到柴油發(fā)動機組正常運行的信號后，啟動DC-AC整流器和DC-DC轉(zhuǎn)換器，對電池組充電;收到電池智能管理系統(tǒng)發(fā)出的電池電量高的信號后，停止DC-AC整流器和柴油發(fā)動機組工作?；旌蟿恿ο到y(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎吊全天候作業(yè)，并能通過能量回饋儲存、發(fā)動機組控制等方法有效降低能耗。圖2中港吉場地用于轉(zhuǎn)場的300 kW混合動力輪胎吊有R65、R66、R67和R68。

3.3 120 kW混合動力輪胎吊

在保持常規(guī)輪胎吊原有功能的基礎(chǔ)上，將柴油發(fā)動機組改成120 kW柴油發(fā)動機組，并使其可自動為鋰電池儲能單元充電。同時，對原供電系統(tǒng)進行“發(fā)動機組+鋰電池組”系統(tǒng)改造，使輪胎吊在混合動力狀態(tài)下能正常工作，并且在滿載情況下能夠同時起動起升機構(gòu)和小車機構(gòu)以最高速度加速至全速運行，在實現(xiàn)輪胎吊全天候作業(yè)的同時，還能通過能量回饋儲存、發(fā)動機組控制等方式有效降低能耗。圖3中遠(yuǎn)東場地用于轉(zhuǎn)場的混合動力輪胎吊為RT25和RT26。

4 “油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)解決方案比較

4.1 指定轉(zhuǎn)場輪胎吊作業(yè)空閑時間比較

2018年7―8月穿山港區(qū)指定轉(zhuǎn)場輪胎吊作業(yè)數(shù)據(jù)見表1。按照指定轉(zhuǎn)場輪胎吊的類型，整理同時期各類指定轉(zhuǎn)場輪胎吊的平均作業(yè)數(shù)據(jù)（見表2）。

由表2可見，400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的空閑時間較長，不同作業(yè)場地此類輪胎吊的平均空閑時間不同：港吉場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均空閑時間占發(fā)動機平均運行時間的52.30%，而遠(yuǎn)東場地同類輪胎吊的空閑時間占發(fā)動機平均運行時間的61.67%。相比之下，300 kW混合動力輪胎吊的空閑時間相對較短，其中，R68的空閑時間為 16 h，占發(fā)動機運行時間的 2.76%，其原因是：部分裝卸作業(yè)是在發(fā)動機停止運行的情況下靠鋰電池儲存的電能完成的，而電能是由輪胎吊下降過程中產(chǎn)生的勢能轉(zhuǎn)換而來的。港吉場地300 kW混合動力輪胎吊的平均空閑時間占發(fā)動機平均運行時間的8.13%。由于120 kW混合動力輪胎吊部分裝卸作業(yè)也是在發(fā)動機停止運行的情況下靠鋰電池儲存的電能完成的，與400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊相比，前者的空閑時間相對較短;而由于混合動力輪胎吊的功率較小，與300 kW混合動力輪胎吊相比，前者的空閑時間相對較長。遠(yuǎn)東場地120 kW混合動力輪胎吊的平均空閑時間占發(fā)動機平均運行時間的57.87%。

4.2 指定轉(zhuǎn)場輪胎吊油耗和成本比較

按照指定轉(zhuǎn)場輪胎吊的類型，整理2018年7―8月各類指定轉(zhuǎn)場輪胎吊的平均油耗和單箱成本等數(shù)據(jù)（見表3）。

由表3可見，400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的單箱油耗和單箱成本較高，不同作業(yè)場地此類輪胎吊的平均單箱油耗和單箱成本不同：港吉場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均單箱油耗為0.92 kg/TEU，遠(yuǎn)東場地同類輪胎吊的平均單箱油耗為1.30 kg/TEU，港吉場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均單箱油耗是遠(yuǎn)東場地的70.76%。從平均單箱成本來看，港吉場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均單箱成本為6.67元/TEU，遠(yuǎn)東場地同類輪胎吊的平均單箱成本為9.47元/TEU，兩者相差2.80元/TEU。港吉場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊平均單箱油耗和單箱成本比遠(yuǎn)東場地低的原因是：港吉場地高架滑觸線線路橫向距離較長而縱向距離較短，輪胎吊轉(zhuǎn)向次數(shù)少于遠(yuǎn)東場地。

與400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊相比，300 kW混合動力輪胎吊的單箱油耗和單箱成本較低：港吉場地300 kW混合動力輪胎吊的平均單箱油耗為0.64 kg/TEU，比該場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均單箱油耗（0.92 kg/TEU）少 0.28 kg/TEU;300 kW混合動力輪胎吊的平均單箱成本是4.65元/TEU，僅為該場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊平均單箱成本（6.67元/TEU）的69.71%。

遠(yuǎn)東場地120 kW混合動力輪胎吊的平均單箱油耗為0.60 kg/TEU，比該場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊的平均單箱油耗（1.30 kg/TEU）少0.70 kg/TEU;120 kW混合動力輪胎吊的平均單箱成本是4.36元/TEU，僅為該場地400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊平均單箱成本（9.47元/TEU）的46.04%。

4.3 指定轉(zhuǎn)場輪胎吊作業(yè)噪聲比較

300 kW混合動力輪胎吊發(fā)動機間斷性工作，且功率和運行時間均不及400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊;因此，其作業(yè)噪聲小于400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊。由于120 kW混合動力輪胎吊的功率最小，其作業(yè)噪聲是三者中最小的。

5 結(jié)束語

北三集司通過從柴油發(fā)動機輪胎吊到混合動力輪胎吊、從大功率輪胎吊到小功率輪胎吊的不斷應(yīng)用和實踐，開發(fā)多個“油改電”輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)方案。經(jīng)實踐驗證：400 kW柴油發(fā)動機輪胎吊轉(zhuǎn)場作業(yè)空閑時間長，油耗大且成本高;300 kW混動動力輪胎吊可實現(xiàn)油電自動切換作業(yè)模式，轉(zhuǎn)場綜合性能優(yōu)于柴油發(fā)動機輪胎吊;120 kW混合動力輪胎吊也可實現(xiàn)油電自動切換作業(yè)模式，且轉(zhuǎn)場作業(yè)空閑時間較短，節(jié)能效果好，噪聲污染小，值得進一步推廣應(yīng)用。目前，寧波舟山港穿山港區(qū)新增10臺小功率混合動力輪胎吊，用于不同箱區(qū)的轉(zhuǎn)場作業(yè)，在為輪胎吊司機提供安全、便利的工作環(huán)境的同時，進一步促進港區(qū)節(jié)能降耗。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-01-28）