彭传圣：岸边集装箱起重机作业能耗分析

1、岸边集装箱起重机作业能耗分析彭传圣（交通运输部水运科学研究院，北京 100088）摘 要：本文以一个集装箱码头的统计数据为基础，分析了岸边集装箱起重机电能消耗的特点，提出了相关节能建议，特别对现行的水运工程节能设计规范提出了一些建议。关键词：岸边集装箱起重机 码头装卸 操作量 电能消耗量Analysis on Operation Energy Consumption of Quayside Container CranePeng Chuansheng（Waterborne Transportation Institute，The Ministry of Transport，Beijing 10

2、0088）Abstract ：In this paper, based on a container terminals statistical data, power consumption characteristics of quayside container crane are analyzed. Some proposals concerned energy-saving are put forward, and some suggestions on the current Code of Energy-saving Design for Water Transport Engi

3、neering is presented especially.Key Words: quayside container crane; port operation; operation volume; power consumption我国是全球港口集装箱吞吐量最大的国家，2009年完成集装箱吞吐量达1.22亿TEU，其中绝大部分集装箱装卸船操作利用岸边集装箱起重机完成，岸边集装箱起重机主要消耗高品位能源电能，为进一步提高港口能源利用效率、降低港口能源消耗，岸边集装箱起重机操作节能工作受到重视。2008年2月1日起施行的中华人民共和国行业标准水运工程节能设计规范JTS 1502007要求，

4、在水运工程项目的节能评估过程中，将主要装卸机械设备的选用设计能耗作为重要的评价指标，该规范附录A“沿海港口典型装卸机械及用能设备单位能耗指标”中，用TEU 作为集装箱吞吐量的计量单位，以单位集装箱吞吐量消耗电量作为岸边集装箱起重机单位能耗指标，给出的岸边集装箱起重机和小型岸边集装箱起重机的单位能耗指标分别为3.000kWh/TEU和2.500kWh/TEU。本文根据某沿海港口集装箱码头2004年1月初2009年10月底（下文称统计期）的岸边集装箱起重机能耗统计数据，分析岸边集装箱起重机的实际能耗状况。1 岸边集装箱起重机性能与布置状况统计数据来源集装箱码头（下文称该码头）建成投产于上世纪90年

5、代初，统计期末码头共配有13台岸边集装箱起重机，这些起重机是根据实际生产要求和码头能力扩展需要逐步添置的，新添置起重机的性能与其工作范围内码头能力、靠泊船舶的载箱能力以及其时起重机设计和建造的水平相一致。现有岸边集装箱起重机主要参数以及出厂和正式投入使用时间如表1所示，表中编号为起重机在码头上的排列顺序号，顺起重机编号由小到大方向布置的各泊位能力逐渐增大。表1 岸边集装箱起重机主要参数以及出厂和正式投入使用时间编号 出厂时间吊具下额定起重量（t）前伸距（m）备注11975 30.5 36.0 二手设备，1992年购置并投入使用 2 1975 30.5 36.0 二手设备，1992年购置并投入使

6、用 3 1975 30.5 42.0 二手设备，1992年购置并投入使用 4 1994 35.0 44.0 新设备，统计期内一直使用 5 1994 35.0 44.0 新设备，统计期内一直使用 6 2001 45.0 46.5 新设备，统计期内一直使用 7 2001 45.0 46.5 新设备，统计期内一直使用 8 2004 61.0 55.0 新设备，2004年11月正式投入使用 9 2002 55.0 52.0 新设备，统计期内一直使用 10 2002 55.0 52.0 新设备，统计期内一直使用 11 2002 55.0 52.0 新设备，统计期内一直使用 12 2002 55.0 52

7、.0 新设备，统计期内一直使用 13200461.055.0新设备，2004年11月正式投入使用2 岸边集装箱起重机能耗分析 2.1 年度平均单位操作量消耗电量20042008年5年间，各年岸边集装箱起重机单位操作量消耗电量变化如图1所示。结果表明，2005-2009年整个码头岸边集装箱起重机单位操作量消耗电量不断增加，累计增加幅度为2.59%，在“十一五”强调节能减排的社会背景下，该码头采取了不少有利于节能的管理和技术措施，岸边集装箱起重机单位操作量消耗电量的增加应该主要与靠泊船舶的不断大型化相关。2.2 起重机年度平均单位操作量消耗电量的差异图1 起重机年度平均单位操作量消耗电量11012

8、01301402.60 2.65 2.70 2.75 2.80 20042005200620072008操作量/万T E U单位操作量电能消耗量/k W h T E U 1年份完成操作量单位操作量消耗电量在13台起重机中，1号、2号出厂时间、规格、性能完全相同，3号仅前伸距较1号和2号长；4号和5号、6号和7号、8号和13号、912号分别为出厂时间、规格、性能完全相同的起重机。20042008年5年间，1号、2号和3号起重机年度平均单位操作量消耗电量如图2所示。结果表明，2004年1号和2号起重机单位操作量消耗电量的差异较大，这种差异可能与这类

9、老旧起重机的修理改造或维护保养措施采取的时机相关，之后就渐渐趋向一致；3号起重机能耗与1号或2号相比较，单位操作量消耗电量总体上偏高，应该与其前伸距大，随着靠泊船舶的大型化发展，其作业在船上的位置距离码头海侧相对较远的集装箱份额相对较大相关；2008年与2004年相比较，13号起重机操作量下降的幅度显著高于起重机年度操作量总量的下降幅度，这种情况证明了挂靠该码头船舶大型化的趋势显著；总体上，年度平均单位操作量消耗电量有逐渐增加的趋势，这应该与挂靠船舶大型化发展和老旧起重机性能劣化密切相关。20042008年5年间，912号起重机年度平均单位操作量消耗电量如图3所示。结果表明，总体上，这4台大型

10、起重机的年度平均单位操作量消耗电量处于下降状态，这应该与码头有效开展节能减排工作、起重机出厂时间较短、使用技术越来越成熟等因素密切相关；2008年与2004年相比较，在起重机年度操作量总量下降的情况下，912号图2 13号起重机年度平均单位操作量消耗电量-22610 14 12 3 4 5 6 20042005200620072008操作量/万T E U单位操作量消耗电量/k W h T E U -1年份1号耗电量2号耗电量3号耗电量1号操作量2号操作量3号操作量图3 912号起重机年度平均单位操作量消耗电量6810 12 1416 2345 20042005200620072008操作量/万

11、T E U单位操作量消耗电量/k W h T E U -1年份9号耗电量10号耗电量11号耗电量9号操作量10号操作量11号操作量起重机操作量不降反升，这种情况同样证明了挂靠该码头船舶大型化的趋势显著；9号和10号起重机的操作量多于11号和12号起重机，应该与11号和12号起重机处于更加接近码头端部的位置密切相关；11号和12号起重机的年度平均单位操作量消耗电量低于9号和10号起重机，可能与12号起重机外侧还配置有前伸距更大的13号起重机相关，靠泊码头的特大型船舶积载集装箱列数较多，超过9-12号起重机作业范围时，主要由13号起重机作业相应贝位。2.3 起重机规格参数对平均单位操作量消耗电量的

12、影响该码头配置的出厂时间较早的起重机前伸距相应较小，吊具下额定起重量也较小， 20042008年5年间，不同前伸距、不同吊具下额定起重量的起重机的平均单位操作量消耗电量如表2所示。结果表明，规格越大、性能越先进的起重机单位操作量消耗电量越大。这和规格越大、性能越先进的起重机，作业的船舶越大，导致起重机单位操作量消耗电量，此外，由于大型起重机按照重载、高速的要求配置各机构设备，用于作业小型船舶时，大马拉小车，与只适应作业小型船舶的起重机相比较，也会导致起重机单位操作量消耗电量相对较大。2.4 月度平均单位操作量消耗电量统计期共计70个月，图4所示为月度起重机平均单位操作量消耗电量变化情况。结果表

13、明，月度起重机平均单位操作量消耗电量呈现逐渐增加的趋势，其原因与年度起重机平均单位操作量表2 起重机参数对能耗的影响前伸距(m吊具下额定起重量(t单位操作量消耗 电量(kWh/TEU36.0 30.52.24 42.0 30.5 2.66 44.0 35.0 2.61 46.5 45.0 2.67 52.0 55.0 2.82 55.061.02.8768101214246816111621263136414651566166操作量/万T E U单位操作量电耗量/k W h T E U 1月度单位操作量电能消耗量操作量图4 2004年1月起70个月的起重机平均单位操作量消耗电量变化消耗电量逐渐

14、增加的原因应该相同；此外，注意到吞吐量相对较少的月度（每年2月份），起重机平均单位操作量消耗电量较大，而吞吐量相对较大的月度，起重机平均单位操作量消耗电量较小，这种情况与起重机作业过程中相对满负荷工作时，平均空耗较小，而不能相对满负荷工作时平均空耗较大相关。1号起重机使用过程中，年度单位操作量消耗电量逐渐增加，其月度单位操作量消耗电量变化如图5所示。结果表明，该机月度单位操作量消耗电量呈现逐渐增加的趋势，这与挂靠船舶不断大型化以及起重机性能劣化相关，此外，该机一些操作量特别少的月度不是码头吞吐量少的月度，可能与其停机修理相关，因此，月度操作量消耗电量特别大的月份之后，伴随着起重机月度操作量消耗

15、电量较小的数个月份。12号起重机使用过程中，年度单位操作量消耗电量逐渐降低，其月度200040006000800010000120001357916111621263136414651566166操作量/T E U单位操作量电耗量/k W h T E U 1月度单位操作量电能消耗量操作量图5 1号起重机月度单位操作量消耗电量变化图6 12号起重机月度单位操作量消耗电量变化2000400060008000100001200014000246816111621263136414651566166操作量/T E U单位操作量电耗量/k W h T E U 1月度单位操作量电能消耗量操作量单位操作量消

16、耗电量变化如图 6 所示。 结果表明， 该机月度单位操作量消耗电量呈现逐渐下 降的趋势，其原因与年度起重机平均单位操作量消耗电量逐渐下降的原因应该相同；此外， 个别月份操作量较少， 单位操作量消耗电量也较大， 之后月度单位操作量消耗电量仍然在之 前较少的基础上继续下降， 这应与起重机停机维修相关。 12 号起重机的月度作业效率 查 （操 作量/作业时间）记录，发现该起重机在投入生产初期作业效率较高，这可能与挂靠码头船 舶不断大型化有关，也应与码头吞吐量降低后，码头生产压力相对减小，强调生产的有序组 织， 不再追求高作业效率有关， 这业应该是导致该起重机月度单位操作量消耗电量下降的原 因之一。

17、出厂时间、规格、性能完全相同的 9-12 号起重机共计构成 280 个月度单位操 80 累计样本比例/% 100 作量消耗电量样本，这些样本的分布如图 7 所示。结果表明，这些起重机月度单位 操作量消耗电量不大于 3.0kWh/TEU 的样 本占总样本数的份额为 72.57%；不大于 3.5kWh/TEU 的样本占总样本数的份额为 60 40 20 0 95.36%。 2.0  2.5  3.0  3.5  4.0  4.5 3 3.1 结论与建议 结论 根据上述分析，可以得出如下结论： l 起重机单位操作量消耗电能量/kWhTEU1 图 7

18、9-12 号起重机月度单位操作量消耗电量样本 即使从统计角度看， 岸边集装箱起重机作业集装箱时消耗的电能量与其规格、 性能、 实际作业船舶大小、维护保养状况、操作人员技能、装卸作业效率和生产组织等因 素密切相关； l 码头挂靠船舶的不断大型化以及起重机性能的不断劣化， 同一起重机不同时期的单 位操作量消耗电量不同； l 即使规格、性能、实际作业船舶大小相同的起重机，由于维护保养状况、操作人员 技能、装卸作业效率和生产组织等的不同，单位操作量消耗电量也不同； l 起重机一旦投入生产，即使不作业也需要消耗一定的电能维持其工作或非工作状 态，因此在一定时期内，作业集装箱量的不同，也会导致平均单位操作

19、量消耗电量 的差异； l 起重机的维护保养有利于降低其单位操作量消耗电量； 6 l 大型起重机无论用于作业大型船舶还是小型船舶，通常单位操作量消耗电量均较 大； l 利用岸边集装箱起重机进行船舶装卸是一个相对规范的集装箱码头操作环节， 不同 码头之间的单位操作量消耗电量统计数据可以进行相对比较， 但是需要充分考虑从 统计角度看可能影响起重机单位操作量消耗电能量的因素的影响； l 3.2 起重机作业效率降低有利于单位操作量消耗电量下降。 对于起重机配备与节能管理的建议 l 码头配备起重机的数量应该与生产规模相配套， 保持起重机适当的利用率， 相对于 当前和未来一定时期内生产规模起重机配置数量过多

20、的码头， 可以考虑适当封存部 分起重机； l 应配置规格、 性能与挂靠船舶相适应的起重机， 不应大量配置过分超出当前实际需 要的起重机，特别是起重机的前伸距和起重量； l 慎重决定采用与当前通行的集装箱运输组织和管理方式不相适应的理论上能够高 效作业的起重机； l l 加强起重机的维护保养，实时淘汰老旧起重机； 节能管理过程中， 以实测或者短时间统计的起重机单位操作量消耗电量确定起重机 的消耗电量定额，存在一些不确定性，考虑起重机的规格、性能、实际作业船舶大 小、维护保养状况、操作人员技能、装卸作业效率和生产组织等的不同，以较长时 间起重机作业集装箱消耗电量统计数据作为起重机的消耗电量定额相对比较客观。 3.3 对于水运工程节能设计规范的修订建议 l 集装箱吞吐量是指经由水运进、出港口范围，并经过装卸的集装箱量。一些虽然经 过起重机进行了船舶装卸操作的集装箱并不计入码头吞吐量， 但是起重机为此进行 了与计入吞吐量的集装箱一样的装卸操作过程，消耗了一样的电能量，如 2007 年 1 月 1 日起施行的上海港口吞吐量统计规则中，明确规定“洋山深水港区 与其他港区之间的货物或集装箱驳运量”以及“自同一船舶卸下，随后又装上同一 船舶运出港口的货物，或装船为运出，又卸回港口的货物”不计算为货物或集装箱 吞吐量。不同港口、码头或者起重机承担的这样的不计入吞吐量的操作不均衡，因 此，