1 概述

全球燃油價格飛漲，各國對環(huán)保、節(jié)能要求的不斷提高，使得 “油改電 ”ｅＲＴＧ技術(shù)得到迅猛發(fā)展和提高。 “油改電 ”ｅＲＴＧ是指用電力驅(qū)動來代替原來用柴油驅(qū)動的輪胎吊，它既利用了電力“清潔能源 ”環(huán)保低耗的優(yōu)點，又具有輪胎吊靈活轉(zhuǎn)場的優(yōu)點。 “油改電 ”ｅＲＴＧ以其無比的優(yōu)越性成為國家交通部近期在港口推廣 “節(jié)能減排 ”技術(shù)的帶頭兵。

“油改電 ”ｅＲＴＧ是新近發(fā)展的技術(shù)，其發(fā)展和完善本身具有一個循序漸進的過程，人們對新技術(shù)的認識和要求也在不斷提高和完善。本文對不同形式的 “油改電 ”技術(shù)特點作一個分析和比較，以期對各個碼頭選擇合適自己的方案提供一些幫助。

2 ＲＴＧ和 ｅＲＴＧ的發(fā)展過程

目前世界港口 90％以上的集裝箱堆場龍門吊是人們熟悉的 ＲＴＧ?它以柴油發(fā)電機作為動力，柴油發(fā)電機是安裝在輪胎吊上自成一體的，所以它具有 “靈活轉(zhuǎn)場 ”的優(yōu)點。與輪胎吊同期存在的還有一種是軌道吊，它是在軌道上行走的，采用電網(wǎng)供電的形式，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。但是由于集裝箱堆場龍門吊須 “靈活轉(zhuǎn)場 ”，人們更加愿意選擇輪胎吊。

輪胎吊利用柴油發(fā)電機作為動力，“喝油 ”厲害，有其先天的 “效率低下 ”問題。輪胎吊柴油發(fā)電機的容量必須覆蓋吊機的*大功率，而吊機的*大功率僅僅當(dāng)提升重載集裝箱加速運行的一瞬間，使用時間往往只持續(xù)幾秒，還不到吊機工作時間的 1％，而其它用不到*大功率時候的柴油發(fā)電機也必須滿速運轉(zhuǎn)，效率非常低下。人們也發(fā)展了不少技術(shù)來提高柴油發(fā)電機的效率，如：柴油機調(diào)速、大小柴油發(fā)電機、柴油雙速發(fā)電機、混合動力減小柴油機容量等等。它們的目的是提高柴油發(fā)電機的效率或使用率 （通常也就 10％ －30％效率的提升 ），但與使用市電的大型發(fā)電機組相比效率仍然很低，成本也高。比較而言，*徹底的方法是采用電網(wǎng)供電來代替柴油發(fā)電機，即 “油改電 ”技術(shù)。電網(wǎng)供電可以根據(jù)需要開關(guān)電源和調(diào)節(jié)電量供給，目前 “油改電 ”節(jié)約營運成本可達到 60％ －80％。

*初的 “油改電 ”技術(shù)更多從單純吊裝節(jié)能效果來考慮，當(dāng)初也將 “ＲＴＧ油改電描述為需要在 ＲＴＧ上增加一個供電系統(tǒng)。當(dāng) ＲＴＧ在堆場上進行正常堆垛作用時，關(guān)閉柴油發(fā)電機組，將供電選擇開關(guān)切換到岸電供電；當(dāng) ＲＴＧ需要轉(zhuǎn)場時，分離岸電，供電切換到柴油發(fā)電機組 ”。而電源的分離和切合、柴油發(fā)電機的啟動和停止往往為輪胎吊帶來很大的不方便性。

而實際中，特別是對于現(xiàn)代規(guī)模化集裝箱碼頭，不僅僅是利用 “油改電 ”的節(jié)能減排特點，同時還需要充分利用保留輪胎吊 “靈活機動 ”的特點。因此，在油改電方案之初就應(yīng)該更加注重輪胎吊的轉(zhuǎn)場問題、駕駛問題，*理想的是盡可能“帶電轉(zhuǎn)場 ”，減少電源插拔和柴油機啟停，同時又不會對駕駛帶來大的影響。

3 “油改電 ”岸電上機方式和特點比較目前已有的 “油改電 ”方法是采用電纜卷筒、低空滑觸線、高架跨箱區(qū)滑觸線三種方案。

3．1 電纜卷筒供電方式 （單箱區(qū)移動 ）該技術(shù)是*早得到應(yīng)用的 “油改電 ”技術(shù)，在國外個別有環(huán)保要求的小型集裝箱場地，如挪威奧斯陸港口自 2003年初開始使用。國內(nèi) 2003年末也在東北一邊貿(mào)集裝箱堆場使用。隨后在深圳招商港和上海滬東集裝箱碼頭分別使用。*近由于 “油改電 ”技術(shù)的推廣應(yīng)用，部分碼頭開始大規(guī)模地推廣，如天津，深圳等地的部分碼頭年內(nèi)會有40－50臺投入使用。

該技術(shù)就是通過將電纜卷筒安裝在輪胎吊上，利用供電電纜將市電采集到輪胎吊上 （見圖1），其典型特點是：

● 在原 ＲＴＧ基礎(chǔ)上，再增加一套市電供電裝置，主 要 有 機 載 變 壓 器 （如，1000Ｖ／460Ｖ，460ｋＶＡ）；電纜卷筒驅(qū)動控制柜 （電纜卷筒控制電

源，ＰＬＣ，變頻器 ）；電纜卷筒 （如，卷筒外徑 4ｍ?內(nèi)徑 2ｍ），卷筒驅(qū)動電機和支持支架和維修平臺；整機重量增加約 3．5ｔ，會增加輪胎磨損和電能驅(qū)動。

● 輪胎吊跑道上通常需要挖設(shè)電纜溝，操作需要防止車輛或者輪胎吊壓到供電電纜，從而導(dǎo)致供電電纜受損。往往還需要在輪胎吊加裝防撞裝置和減速運行。一旦發(fā)生碰撞，維護成本較高。

● 由于電纜卷筒的局限，系統(tǒng)增加一定的電纜和變壓器損耗，約是總功率的 10％ －15％。

● 移動受限，目前只能單箱區(qū)內(nèi)運行，換箱區(qū)工作需要切換電源，啟動柴油發(fā)電機，需要增加額外 的 時 間。相 鄰 間 箱 區(qū) 轉(zhuǎn) 場 通 常 在 20－30ｍｉｎ。

● 電源插頭由于需安全防水，插拔電源有一定安全性，目前大多需要工程技術(shù)部來人幫助。

● 電源插頭需要能方便快捷進行電纜插拔，目前主要還采用國外進口部件?可控性差。

● 電纜卷筒需要占用寶貴的運行安全空間（約 30－40ｃｍ?如安裝在門架內(nèi)，可能被吊具和集裝箱碰撞，如安裝在門架外，可能影響輪胎吊行駛安全）。

● 在已有的應(yīng)用中表明，防碰撞系統(tǒng)是非常重要的配置，但由于不象低空滑觸線可以用固定板做為基準，目前常用的方法 （如激光、超聲波 ）還沒有很好的解決方案。

● 另外，防碰撞系統(tǒng)僅僅可以減少碰撞事故，但駕駛不方便性仍然存在，往往通過犧牲駕駛速度來完成，這樣也影響效率，目前針對該問題已有自動駕駛技術(shù) （如 ＧＰＳ，圖像處理技術(shù) ）推出?需要一定的支出。

● 需要有效的換向裝置，以確保使用較少的電纜和對電纜彎曲疲勞的影響。

● 機上東西較復(fù)雜，使用壽命有限 （部分主要部件壽命僅 5－10年 ），如電纜彎曲疲勞和老化，變頻電纜卷筒壽命等，有一定的維護成本。

● 改造費用估算：2臺 ＲＴＧ在2×250ｍ堆場范圍內(nèi)，地面供電部分改造費用 160萬?機上改造部分 100萬，平均每臺改造費用為 130萬人民幣。

造價較高。

● 由于其電纜和變壓器的損耗，以及輪胎吊重量的增加，在可比條件下，年耗油 55萬元的工作頻率下，平均每臺節(jié)約營運成本為在 66％ （上海滬東單位標箱油耗 1．01ｋｇ＝4．55元，單位標箱電耗 2度 ＝1．54元 ），節(jié)約效率較低。投資回報期約為 3．5－4年。由于系統(tǒng)的壽命較短，按 10年計算，投資回報期占系統(tǒng)壽命約35％ －40％。

● 該技術(shù)地面工作較少，輪胎吊改造可以不占用工作場地，對堆場影響較小。

● 使用該技術(shù)的輪胎吊相對完整獨立，可以分批分期單獨改造，輪胎吊今后轉(zhuǎn)場和利用比較容易。

● 應(yīng)用面廣，適合于不同大小、形狀的場地，特別是對小碼頭，輪胎吊數(shù)量少 （10臺以內(nèi) ）、密度小 （平均每臺覆蓋 2、3個箱區(qū)以上 ），有較高的性價比。

● 該技術(shù)相對應(yīng)用時間較長，且深受主機廠歡迎并積極推廣，在市場上有一定的影響力。

3．2 低空滑觸線供電 （單箱區(qū)移動 ）

該技術(shù)是 2006年中由青島港提出和開始使用，并且快速進行大面積推廣，在青島完成 60多臺輪胎吊改造，是*先完成批量使用、得到系統(tǒng)使用經(jīng)驗的。隨后鹽田國際和香港 ＨＩＴ分別有小批量 10－20臺輪胎吊使用。*近由于 “油改電 ”技術(shù)的推廣應(yīng)用，部分碼頭開始大規(guī)模地推廣，如鹽田年內(nèi)會有 70－80臺使用。低空滑觸線供電是采用剛體滑觸線作為ＲＴＧ供電的導(dǎo)體 （見圖 2），其特點：

● 一般架設(shè)高度為 2～3ｍ?每隔 3ｍ左右，須有一個電線桿作滑觸線支撐，由于高度有限，滑觸線須采用安全滑觸線，供電電壓通常是機上電壓（如 460Ｖ）。

● 輪胎吊跑道上必須架設(shè)安全滑觸線支架，操作需防止車輛或者輪胎吊撞到供電支架，從而導(dǎo)致供電滑觸受損，往往在輪胎吊需要加裝防撞裝置和減速運行。一旦發(fā)生碰撞，維護成本極高。

● 移動受限，目前只能單箱區(qū)內(nèi)運行，換箱區(qū)工作需要切換電源，啟動柴油發(fā)電機，需要增加額外的時間，相鄰間箱區(qū)轉(zhuǎn)場通常在 10－20ｍｉｎ。

● 由于安全需要，插拔電源必須先切斷線路電源開關(guān)，目前大多需要工程技術(shù)部來人幫助。

● 滑觸線的集電裝置需要保證安全供電和牽引，較為復(fù)雜，長度必須可以調(diào)節(jié)，質(zhì)量要求高，目前主要采用進口部件。

● 安全滑觸線支架需要占用相當(dāng)寶貴的運行安全空間，通常在 50－100ｃｍ，非常影響駕駛安全。在已有的應(yīng)用中，防碰撞系統(tǒng) （如激光、超聲波 ）幾乎成為必須的配置，如在青島和鹽田，增加一定的成本。

● 另外，防碰撞系統(tǒng)僅僅可以減少碰撞事故，但駕駛不方便性仍然存在，往往通過犧牲駕駛速度來完成，這樣也影響效率。目前針對該問題已有自動駕駛技術(shù) （如 ＧＰＳ?圖像處理技術(shù) ）推出?需要一定的支出。

● 由于該技術(shù)源自于工業(yè)行車供電方式，為節(jié)約成本，通常采用鋁滑線，與銅滑線相比，線損耗較大，同時壽命也短很多。

● 改造費用估算：目前國產(chǎn)低空滑觸線約2500元／ｍ，進口低空滑觸線 4000元／ｍ，考慮到同比采用銅滑線，每米需增加 1000元，2臺 ＲＴＧ在 250ｍ堆場范圍內(nèi)，同時考慮必須的防碰撞系統(tǒng)，投資費用：平均每臺改造費用為 45－60萬人民幣。造價較低。

● 由于鋁滑線的損耗較大，目前報道平均每臺節(jié)約營運成本為在 61％ （青島港單位標箱 5．9元下降為 2．3元 ），在可比條件下，年耗油 55萬元的工作頻率下，投資回報期約為 1．3－1．4年。由于鋁滑線的壽命限制，和系統(tǒng)在地面的安全性等問題的影響，按 15年使用壽命計算，投資回報期占系統(tǒng)壽命約 8．5％ －9．5％。

● 該技術(shù)地面工作較多，對堆場影響較大。輪胎吊改造需要有一定的小批量同時進行。

● 適用面較廣，對于中等規(guī)模 （10－20臺 ），中等工作密度 （平均每臺覆蓋 2、3個箱區(qū) ）的堆場有較高的性價比。

● 該技術(shù)有批量應(yīng)用業(yè)績，目前在批量推廣中有一定的市場。

3．3 高空跨箱區(qū)滑觸線供電方式 （跨箱區(qū)移動 ）

該技術(shù)是2007年初由上海港 （與上海海得共同推出 ）率先開始使用，并且是后來居上，*快得到大面積推廣應(yīng)用的。在上海目前已經(jīng)完成 80多臺輪胎吊改造，并且在寧波、廣州、媽灣、揚州等港口開始批量和大批量使用，近期上述碼頭和上海港還會有 100－120臺使用。

高空跨箱區(qū)滑觸線供電方式是以電車銅滑觸線作為載流導(dǎo)體，架設(shè)在 ＲＴＧ的頂上，以承重鋼絞線作為銅滑觸線的承載裝置，承受滑觸線的重量并保證銅滑線的水平，加上其它輔助措施，保證輪胎吊的可靠供電 （見圖 3），其特點：

● 供電銅滑線電壓通常是機上電壓 （如460Ｖ），架設(shè)高度在 25ｍ以上，由于高度超過輪胎吊和其它碼頭運動設(shè)備的高度，對港口設(shè)備沒有妨礙，避免由于碰撞可能引起的高額維修費。

● 輪胎吊司機無需改變操作習(xí)慣，可操作性很好，安全性也強。

● 在直線箱 區(qū) 間 移 動 自 由 （即 “帶 電 轉(zhuǎn)場 ” ），保證了絕大部分輪胎吊轉(zhuǎn)場機動性的要求。因此，可以結(jié)合其它簡單方法，徹底讓輪胎吊從柴油發(fā)電機中解放出來 （是前述兩種方法無法做到的 ），并省去相當(dāng)大的柴油機維護成本。另外，由于卸掉柴油機，可以減輕數(shù)噸的重量，對輪胎吊的輪胎磨損和輪胎吊行走節(jié)能都有幫助。

● 輪胎吊切換供電時，由于電源開關(guān)的安全距離達 2米，系統(tǒng)安全性很高。但操作需要爬到吊車頂部，不很方便，不過好在這種需要在大堆場的機會很少，另外如需要可以引入自動切換系統(tǒng)。

● 高空滑觸線的架線依靠高桿塔來完成，塔高35～45ｍ，間隔100～300ｍ，因此，可選擇相當(dāng)次要的空間來安裝，保證不影響運行，沒有碰撞危險。

● 設(shè)備使用壽命很長，主要部件在 30－50年以上壽命，維護成本低，所以部件均為國內(nèi)生產(chǎn)。

● 改造費用估算：目前以 1200ｍ計算，每米造價為8000元，可以提供10－12臺，一次性投資費用平均每臺改造費用為80－96萬人民幣，價格中等。

● 由于采用銅滑線，損耗較小，也沒有變壓器損耗，甚至還可以省掉柴油機的重量，是目前節(jié)約營運成本*多的，平均每臺為 77％ （上海港振東碼頭單位標箱耗油 0．87升 ＝4．47元，單位標箱電耗 1．36度 ＝1．02元 ），在可比條件下，年耗油 55萬元的工作頻率下?投資回報期約為 1．9－2．2年。由于系統(tǒng)的安全性高，使用壽命長，按 30年使用壽命計算，投資回報期占系統(tǒng)壽命約6．5％－8％系統(tǒng)綜合經(jīng)濟性*好。

● 該技術(shù)地面工作中等，對堆場影響中等。輪胎吊改造需要有一定的批量同時進行。

5 總結(jié)

● “ 油改電 ”技術(shù)是目前 ＲＴＧ*有效的 “節(jié)能減排 ”技術(shù)，值得大力發(fā)展和推廣，有條件的港口應(yīng)該盡快應(yīng)用該技術(shù)。

● 目前三種方法各有其特點和應(yīng)用場合，無法完全取代，碼頭應(yīng)該根據(jù)自己的條件選用合適自己的技術(shù)。

● 總體來講，對于小碼頭較適合用電纜卷筒方案，中小規(guī)模的可選用低空滑觸線方案，中大規(guī)模的更適合用高架滑觸線方案。

● 由于總體性能是高架滑觸線*優(yōu)，低空滑觸線居中，電纜卷筒較低。因此，在滿足資金、場地、運行條件的情況下，應(yīng)該按上述順序選擇應(yīng)用方案。