绿色环保自动化集装箱码头.doc

绿色环保自动化集装箱码头一、低碳经济背景下的港口装卸设备所面临的挑战 20世纪下半叶以来，随着世界经济增长速度的不断加快，以及全球人口规模的不断扩大，能源的大量开发和使用带来了严重的环境问题，包括烟雾、光化学烟雾和酸雨危害，以及大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变暖，对人类的生存和发展条件提出了严峻挑战。人类为了应对这一挑战而做出的努力成为低碳经济发展的历史背景。 同时，一场以新能源革命和低碳经济为主题的绿色浪潮正在席卷全球。新一轮联合国气候变化谈判8月14日在德国波恩落下帷幕，今年12月在丹麦首都哥本哈根举行了联合国气候变化大会，如何发展低碳经济是这次会议的主要内容。 另外，欧盟宣布2013年前出资1050亿欧元支持“绿色经济”。欧盟所投入的这笔巨额款项全部用于环保项目以及与其相关的就业项目，其中540亿欧元将用于帮助欧盟成员国落实和执行欧盟的环保法规，280亿欧元将用于改善水质和提高对废弃物的处理和管理水平。国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，听取并审议了发展改革委员会关于应对气候变化工作情况的报告，研究部署应对气候变化有关工作，审议并原则通过规划环境影响评价条例草案。会议提出，下一阶段要大力发展绿色经济。紧密结合扩大内需促进经济增长的决策部署，培育以低碳排放为特征的新的经济增长点，加快建设以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系。 低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济的核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存和发展观念的根本转变，实现世界经济的可持续发展。低碳经济的主要内容是节能减排，先进的自动化技术正是推动各行业节能减排的有效武器。 根据测算，2006年我国港口能源消耗总量约为270万吨标准煤，这主要是因为国内的港口的水平运输都是以内燃机驱动的设备为主要的转运机械，造成了大量的二氧化碳排放。而且港口行业能源消耗在整个交通行业中占很大的比重，抓好港口行业的节能降耗工作是我国交通行业节能工作的重点之一。同时港口规划建设不但影响港口企业本身的能耗，同时也会对水运、公路运输的能源消耗产生较大影响。特别是大多数港口都处于经济发达城市，是这些城市的经济支柱之一，因此做好港口装卸的节能减排意义非常深远。二、集装箱码头现状分析 集装箱运输经过了四十余年的发展，形成了以海运为中心环节、两端向内地延伸的集装箱运输体系，而港口是向两端延伸的唯一转接点。传统集装箱码头介绍 目前大部分的集装箱码头采用的是传统的运输模式，即码头前沿与堆场间的水平运输由集卡完成。码头主要设备包括岸桥，集卡和堆场内的起重机（通常为轮胎吊或轨道吊），集卡车又分为内集卡和外集卡车。以卸船为例，内集卡负责将岸桥上吊下的集装箱运输到堆场内，再由堆场起重机将内集卡上的集装箱吊起并放至目标位；外集卡则直接将岸桥上吊下的集装箱运输至场外的某收货地点。这些集卡和轮胎吊都是以内燃机作为驱动机械，造成了大量的二氧化碳的排放。国际自动化码头发展现状 早在上个世纪80年代中期，在人口递减、劳动力成本昂贵和熟练劳动力匮乏的地区，自动化集装箱码头首先受到关注。鹿特丹港（ECT）码头、德国汉堡港(HHLA)码头以及ECT Euromax码头相继建成了自动化集装箱码头。综合下来，这些自动化码头主要有如下特点：码头前沿采用岸边集装箱起重机进行装卸 鹿特丹港采用普通的岸桥来进行装卸，容易引起堵塞，装卸也不灵活。在此基础上，德国汉堡HHLA - CTA码头和荷兰Euromax码头均采用了双小车岸边集装箱起重机。双箱双小车岸桥用两台高度不同的小车巧妙地处理好高（装卸船时需要高达40米）与矮（装卸AGV时，高度只需要1213米）两种需要，双小车接力，大大提高了岸桥装卸效率。堆场采用自动化的轨道吊 现存的自动化码头堆场均采用轨道吊来进行装卸，只是在速度及外形参数上有所区别。 堆场与前沿间采用自动导向小车（AGV） 码头前沿与堆场间的集装箱水平运输由采用内燃机驱动的自动导航小车（Automatic Guided Vehicle，AGV）完成。现有集装箱码头存在的主要问题 传统码头采用集卡实现岸桥与场桥间集装箱的转运，定位时对司机的技术水平要求较高，由于对人的依赖性较强，不易实现智能控制，作业效率低。目前的自动化码头采用自动导航小车AGV实现岸桥与场桥间集装箱的转运，AGV虽然可以自动导航，定位比较准确，但由于导航系统及软件非常昂贵，致使码头前期投资成本高；另外，由于AGV小车长距离平面转运，容易引发交通阻塞，影响装卸效率。特别要引起注意的是，集卡和AGV均采用内燃机驱动，导致燃油消耗增加，同时也伴随着产生大量的二氧化碳，废气与噪音污染严重，与当今能源危机下低碳经济的环保理念格格不入。 综上所述，码头前沿与堆场间的转运方式已成为码头发展的一大瓶颈。因此，亟需探索新工艺、研制新设备、开发新系统，彻底改变这种平面转运方式，加快岸桥与场桥间的集装箱周转，实现智能化调度控制，最终在提高码头装卸效率的同时，实现节能环保、安全可靠。三、振华重工创新的全电驱动的环保型全自动化集装箱码头应运而生 在当今世界能源危机及环保要求越来越高的趋势下，亟需开发一种节能环保、安全高效的全新自动化码头模式。ZPMC作为国际上著名的起重机制造商，研发各种高效集装箱起重机的同时，还在积极研发效率高、环保节能的码头自动化装卸系统。ZPMC调研了世界上的各大自动化码头，分析其采用的技术手段，通过与国内港口专家共商，提出了解决当今码头存在问题的两大关键技术： 取消内燃机驱动的水平运输和昂贵的导航系统，采用立体轨道进行水平运输； 采用机电优势互补而非单纯的电气手段实现自动化。 根据以上的技术总结，ZPMC大胆创新研发出了环保节能的立体轨道式自动化码头装卸系统。该系统码头前沿水平运输采用低架桥结合电动小车形式，不但节能、环保，而且极易实现全自动化操作。 在此背景下，该项目于2006年被上海市科学技术委员会列为当年重大攻关项目。该项目在上海市科委、交大、同济、海大等有关领导及院校的大力支持下，取得了丰硕的成果，实现了科研单位和企业的优势互补，真正加强了社会创新能力的整合，提高了科技创新的速度和转化速度，是校企合作项目的杰出代表。项目的成功实施进一步推进了校企的产学研合作，大大促进了创新型人才的培养和院校学科的创新建设。特别是在长兴岛建立了1:1的示范区，并于2007年11月份分别邀请了国内外港口、码头和业内专家150余人在长兴基地进行了现场观摩指导，博得了与会专家的高度赞赏以及国内外港口的广泛关注，公司已为该项目的开发研制在国内外申请并获得了多项专利。 由于该项目的先进性和重要性，它得到了国家科技部的高度重视和大力支持，并于2008年底被列入国家科技部“863”高技术研究计划项目。这主要是因为在低碳经济背景下，岸桥和堆场起重机间的这种集装箱转运方式取消了传统的由内燃机驱动的水平运输方式，将码头装卸完全置于轨道上用电驱动来实现。不仅解决了噪音大、排放超标、污染环境等问题，也降低了运营成本，经测评，该自动化码头的运营成本大约是传统码头的30%左右。此外，成本投入低于现有自动化码头。四、新型自动化码头的低碳经济优势 全电动环保式立体装卸系统是一种全新的自动化码头模式，在当前的低碳经济时代，为集装箱码头装卸系统开辟了新的出路。在节能环保、高效方面有突出的优势。作业能耗对比新型自动化码头、传统码头以及AGV自动化码头的显著区别是码头前沿与堆场间转运方式的不同，即分别采用立体轨道、集卡以及AGV完成水平运输。因此，我们对比不同水平运输方式下装卸一个集装箱的能耗。此处的能耗指的是运输设备完成作业的耗电量或耗油量。为了对比不同运输方式的节能环保性能，将能耗转化为作业成本以及排放的CO2量。立体轨道上的水平运输设备为成组的电动小车，而集卡与AGV均采用内燃机驱动，因此，经统计估算出不同驱动方式下装卸一个集装箱的能耗对比如表1所示。其中电价以每度0.74元计算，油价以每升6.37元计算。由于水利发电、风力发电以及太阳能发电等均不会产生CO2污染，因此，由发电产生的CO2排放量最低为0，火力发电以及燃油产生的CO2排放根据相关文献计算。表1 新型自动化码头与现有码头的作业能耗对比 驱动方式耗电量（KWH）耗油量（L）作业成本（元）CO2排放（kg）电驱动（水电）302.220电驱动（火电）302.222.36内燃机驱动01.046.622.81由表1可见，立体轨道的水平运输方式比集卡或AGV的水平运输方式节能约66%，CO2排放减少约16%100%。 装卸效率对比 港口生产调度水平的高低直接影响港口能耗。高水平的生产调度，可以合理配置参加装卸作业的装卸机械，减少待机时间；可以尽可能减少作业中间环节，合理安排工艺流程，缩短运距；可以合理安排作业时间，“削峰填谷”，取得明显的节能效果。而装卸效率直接体现了调度水平的高低，因此，将立体装卸系统分别与传统码头和AGV自动化码头在装卸效率方面进行了对比分析。 在相同的码头设备参数条件下，按照相同的堆场面积配置(400m*400m)，根据码头经验统计值及仿真修正值，得出不同码头的效率分析如表2所示。表2 新型自动化码头与现有码头的装卸效率对比 技术指标传统码头AGV自动化码头立体装卸系统堆场平面箱位数3120 TEU2700 TEU3808 TEU设备配置双40岸桥4台4台4台堆场RMG14台18台14台水平运输48辆集卡24辆AGV10组低架桥电动小车14台地面电动平板车泊位效率250 TEU/泊位小时180 TEU/泊位小时300 TEU/泊位小时 由表2可见，新型自动化码头比传统码头效率提高20%，比AGV自动化码头效率提高67%。以卸载完成容量为4800TEU的货船为例，根据表2中的参数配置，不考虑工人换班等因素，新型自动化码头需16个小时，传统码头需19.2个小时，AGV 自动化码头需26.7个小时。货船在港停靠时间的缩短会降低船东及码头的运营成本，提高码头竞争力。此外，结合表1所得，完成该货船的装卸，新型自动化码头相对于传统码头和AGV码头在水平运输环节可节约作业成本21120元，可减少CO2排放2160kg13488kg。由于新型自动化码头实现了完全自动化，减少了对司机的依赖，人工费用也将大大降低。五、ZPMC型智能环保自动化码头的意义 在这种历史背景下，上海振华重工（集团）公司（即ZPMC）所研发出的环保节能的立体轨道式自动化码头装卸系统，其采用先进的全电驱动的自动化码头技术来推动码头装卸的节能减排，实现“低碳”的技术指标。在唐山市领导的大力支持下，将在曹妃甸码头建立一座具有真正意义的绿色环保型自动化码头。这个绿色环保的自动化码头的建立具有如下的意义： 1 在当前的低碳经济时代，为集装箱码头装卸系统开辟了新的出路。 2 在国家强调调结构的形势下，也是调整产业结构的重要途径之一。 3 建设绿色环保的自动化码头是