風光互補輔助供電系統在RTG 上的應用研究

曾毅

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

1 系統簡介和優點

傳統的輪胎式起重機（Rubber Tyre Gantry Crane，簡稱RTG）是通過柴油發電機組供電給整個RTG 電氣系統來實現集裝箱的裝卸作業，而在裝卸集裝箱的空閑中，僅僅是空調、控制系統、照明（夜間）在工作，這些輔助設備和控制系統功率遠遠低于柴油機組功率，因此，導致大功率柴油機低負荷工作、使用效率較低。如果加裝蓄電池輔助供電系統，在未進行集裝箱吊裝時柴油機組停止運行，通過蓄電池輔助供電系統來為必要的照明、空調及相關控制等設備來供電，而當輪胎吊重新吊裝集裝箱時司機啟動主柴油發電機組，系統則又切換到柴油機供電。通過該系統實現節能、環保、減排、降噪的目的。

圖1 輪胎吊

2 可行性分析

2.1 風光互補發電系統的常規應用

風光互補發電已有廣泛的應用。風光互補發電系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機（將交流電轉化為直流電）將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電。目前，風光互補發電主要用在道路、小區、景觀、照明、航標指示供電、攝像頭監控電源、通信應用、抽水蓄能等。

2.2 RTG 上的應用可行性

常規的帶蓄電池系統的RTG 是利用原來的柴油機組作為充電的設備，節能效果還有很大的提升空間。在RTG 的小車架上可以鋪設太陽能電池板。風機的安裝基準高度一般是25m，而RTG 的大梁高度接近25m，在端部具備安裝小型風力發電機的空間。因此，在RTG 上安裝風光互補發電系統方案可行，通過離網風光互補供電系統來為設備進行輔助供電，可以大大減少柴油機的運行時間。

3 市場需求分析

在中東和非洲地區，具備豐富的太陽能資源和風力資源，如何利用好當地的風光資源對振華重工、碼頭用戶都是一個新課題。而該地區的RTG 的小車架上通常有遮陽板，這又給太陽能電池板的鋪設提供了便利。如果這一套系統研發成功，將會給用戶帶來良好的節能效益和環保示范效應，也給振華重工的改造市場帶來廣闊的前景，這將是一個多方共贏的項目。

4 技術方案分析

4.1 資源條件

經過對中東某地專業氣象數據查詢，在水平放置的條件下，太陽能輻射資源平均月輻射為4.68kWh/m2/d。

再考慮到風速與時間的概率分布，根據風機的風速功率曲線圖和實際項目經驗，現場2kW 風機年平均輸出功率約為450W，因此，結合上述數據可以看出，當地的太陽能資源和風力資源都十分豐富，適合風光互補發電來組成輔助風光互補發電系統。

4.2 系統方案

4.2.1 供電容量

蓄電池輔助供電系統的配置與負載容量以及用電量有關，根據用戶需求負載供電方式具體為：（1）PLC 電源和控制電源：單相，AC460V 供電，功率為AC460V/3600VA；（2）電氣房1#空調（24000BTU）和燈，功率分別為AC220V，2300W，AC220，150W；（3）司機室空調（12000BUT）和燈，功率分別為AC220V，1200W，AC220，75W；（4）小車架4個投光燈，功率為AC220V/500W。總用電需求約為8900VA。

4.2.2 輔助供電系統

整個輪胎吊風光互補輔助供電系統包含小型風力發電機、太陽能光伏陣列、風光互補控制器、鋰電池組、離網逆變器、鋰電池充電器、配電柜及用電系統。

（1）風力發電機：項目地風力資源豐富，安裝風力發電機是經濟和理想的方案，可以安裝在輪胎吊大梁的頂端位置，風機的三相輸出通過風光互補控制器給蓄電池充電。

（2）太陽能光伏組件陣列：根據蓄電池組系統電平特點，選擇合適的組件串聯電壓，通過匯流箱將光伏組件并聯輸出后輸入風光互補控制器來為蓄電池充電。

（3）柴油機在工作時，柴油機的輸出可以通過專用鋰電池充電器為蓄電池補充充電。

（4）電池組：在系統中，由于風光互補給電池充電功率較大，且考慮負載輸出功耗較大的影響，選擇192V 電壓的鋰電池電池系統，根據儲電容量選擇合適的鋰電池模組串并組合。

（5）風光互補控制器：風光互補控制器在整個系統中是核心設備，其可以將風力發電機的三相交流輸出和太陽能電池組的直流輸出轉換為直流電壓為蓄電池組進行充電，風光互補控制器可以根據所選擇的蓄電池種類選擇相符的充電控制程序。

（6）逆變器：此處選擇的是三相交流逆變器，逆變器的輸出能力根據負載的特性需要考慮余量。通常情況下，所負責的負載正常情況由外部電源即柴油發電機發出的電能供應，當外部電源消失后，立即切換到逆變器供電，而當柴油機啟動后，重新切換到柴油機供電，從而實現節能。

（7）供電負載：供電負載主要為PLC 相關控制設備（原來通過AC460V/110VAC 變壓器供電，現改造為通過380VAC/110VAC 變壓器供電），電氣房1#空調和照明和司機房空調和照明、小車架投光燈等。

4.3 工作原理

（1）整個輪胎吊的負載分為集裝箱操作主負載和輔助負載，柴油機組工作時，全部負載由配電柜切換為柴油機供電。

（2）柴油發電機由于長時間無集裝箱操作任務時，則停止工作，此時，輔助負載則經過配電柜切換為逆變器供電。

（3）在輔助系統供電中，兩組風力發電機、太陽能陣列和鋰電池充電器都可以為電池組充電。其中，風機和太陽能電池組可以通過風光互補控制器對鋰電池組進行充電，與專用鋰電池充電器相互獨立。在柴油機停機時，逆變器則開始為輔助負載供電。

（4）逆變器最大工作時長與輔助負載功率和電池容量相關，在該方案中，鋰電池容量設計為56.8kWh，在充滿電情況下，可支持8.9kVA 的負載最大工作4h。當電池容量較低處于警戒線時，風光互補控制器則可以為柴油發電機提供啟動信號以便及時啟動柴油發電機，通過配電柜切換到柴油機供電確保輔助負載的供電。

（5）當柴油發電機組開始供電時，配電柜自動將負載切換為柴油發電機供電。

4.4 關于設備安裝與組件清洗

設備的安裝主要是風力發電機組的安裝和太陽能組件的安裝。風力發電機組的安裝可以根據機組的接口和輪胎吊平臺上設置相應的連接桿裝置。而太陽能組件可以根據小車架的遮陽棚設計相應的組件支架。

項目當地在夏天沙塵暴天氣比較多，由于風力發電機組發電組件都為密封，因此，沙塵暴不會對風力發電機組造成影響，而太陽能電池組件則因為灰塵的遮擋會影響其發電量，需要進行處理，具體的方案是在組件表面安裝清掃裝置。實現過程如下：清掃裝置無須對光伏組件進行任何改造，能直接依附于光伏組件自動行走、自動清掃，并可以設定不同的工作模式，清掃完畢時，可以自動離開光伏組件，不對光伏組件造成遮擋陰影。可以手動控制其開啟清掃模式，也可以根據需求設置自動清掃周期，最終實現清掃裝置全過程的自動控制。

5 結語

綜上所述，在一些具有豐富的太陽能資源和風力資源的地區，在RTG 上應用風光互補輔助供電系統，技術上完全可行，并且在日益提倡節能環保和持續改善生態環境的今天，在RTG 上，應用風光互補輔助供電系統更加具有現實意義。