Branża intermodalna nieustannie poszukuje nowych rozwiązań, które uczynią jej działalność bardziej zrównoważoną. Dla operatorów terminali kluczowe znaczenie ma osiągnięcie celów w zakresie zrównoważonego rozwoju przy jednoczesnej poprawie wydajności i efektywności kosztowej. Dzięki nowym podejściom można uzyskać w pełni elektryczne zasilanie urządzeń do obsługi kontenerów, również w wyjątkowych przypadkach, w których wcześniej nie było to możliwe.
OBIEKT INTERMODALNY NORFOLK SOUTHERN W AUSTELL
Norfolk Southern Corporation jest jednym z największych przewoźników kolejowych w Stanach Zjednoczonych, posiadającym wiele terminali na wschodnim wybrzeżu. Jeden z tych terminali intermodalnych znajduje się w Austell na obrzeżach Atlanty w stanie Georgia. Na tym terminalu ma miejsce poważna zmiana - przejście z transportu wyłącznie kołowego na połączenie transpostu kołowego i naziemnego. Tak więc jedna część terminalu będzie obsługiwana przez sześć gumowych suwnic bramowych Kuenz Freerider (RTG), które są nie tylko zdolne do załadunku i rozładunku ciężarówek i pociągów, ale także do obsługi stosu kontenerów. Dzięki tej zmianie przestrzeń terminalu będzie wykorzystywana bardziej efektywnie, a w rezultacie terminal ponad dwukrotnie zwiększy swoją przepustowość.
Kuenz Freerider charakteryzują się dobrze znaną konstrukcją bramową o wyjątkowo sztywnej i aerodynamicznej strukturze. Co więcej, innowacyjny i sztywny system wciągnika z systemem mikroruchów bezpośrednio na wózku i obrotowym spreaderem zwiększa produktywność suwnic. Dodatkowe systemy wspomagające, takie jak system antykolizyjny i widok z kamery, uzupełniają funkcje dźwigu. Na tej liście brakuje jednak jednego z najważniejszych aspektów przy wyborze najlepszego rozwiązania RTG dla terminala - zasilania.
NAJBARDZIEJ ODPOWIEDNIE ROZWIĄZANIA
W obecnych projektach źródłem zasilania dla RTG są głównie agregaty wysokoprężne. Głównym problemem RTG zasilanego przez konwencjonalny agregat diesla jest to, że wielkość silnika diesla jest określona przez szczytowe zapotrzebowanie na moc, które występuje tylko w bardzo specyficznych sytuacjach. Oznacza to, że moc wyjściowa agregatu musi wynosić ponad 400 kilowatów. Jednak przez większość czasu pracy agregat jest znacznie przewymiarowany, co prowadzi do bardzo wysokiego zużycia paliwa i emisji spalin. Dodatkowym wyzwaniem jest wysoki poziom hałasu i konieczność częstej konserwacji ze względu na dużą moc agregatu.
Kolejnym i oczywistym rozwiązaniem jest połączenie mniejszego agregatu z silnikiem wysokoprężnym i akumulatora litowo-jonowego jako systemu magazynowania energii - znanego również jako hybrydowe rozwiązanie spalinowo-elektryczne. Zalety takiego rozwiązania są wielorakie. W tym przypadku agregat wysokoprężny jest używany tylko do ładowania akumulatora. Dlatego wymagana moc jest znacznie niższa (120 kilowatów), a zapotrzebowanie na moc utrzymuje się na stałym poziomie.
Co więcej, silnik wysokoprężny pracuje tylko przez około 50 do 70 procent czasu pracy. Akumulator jest ładowany nie tylko przez agregat, ale także przez odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie energii z hamowania i zmniejszania obciążenia. Ta funkcja jeszcze bardziej zwiększa oszczędności w zakresie zużycia paliwa. W sumie oszczędności sięgają nawet 60 procent. Zmniejszone zużycie paliwa oznacza w konsekwencji zmniejszenie emisji spalin. W porównaniu do wyżej wspomnianego agregatu o dużej mocy, to hybrydowe rozwiązanie prowadzi do rocznej redukcji emisji dwutlenku węgla o ponad 1000 ton dla sześciu dźwigów. Biorąc pod uwagę wszystkie aspekty, w tym nakłady na konserwację, okres amortyzacji dodanego hybrydowego rozwiązania spalinowo-elektrycznego wynosi zazwyczaj od dwóch do trzech lat. Jednak hybryda spalinowo-elektryczna jest często tylko rozwiązaniem pośrednim. Również w przypadku Austell prawdziwym celem była bezemisyjna praca z w pełni elektrycznymi RTG napędzanymi bębnami kablowymi. Oprócz ogromnej redukcji kosztów operacyjnych, istnieje również korzyść z fizycznego połączenia z siecią terminali za pomocą światłowodów.
Światłowody są najlepszym i najbardziej niezawodnym rozwiązaniem do komunikacji między suwnicami a siecią terminali. Szczególnie w celu stworzenia możliwości późniejszej modernizacji do pracy zdalnej. Zazwyczaj najlepszym rozwiązaniem jest bęben kablowy z zasilaniem średnim napięciem, na przykład 15 kilowoltów. Zasilanie suwnic za pomocą średniego napięcia ma tę zaletę, że wysokie poziomy mocy mogą być dystrybuowane do suwnic, a przekrój kabla może być stosunkowo mały, a zatem będzie on lekki i opłacalny. Niemniej jednak w przypadku wielu obiektów intermodalnych włączenie sieci średniego napięcia może być bardzo trudne, co często prowadzi do nadmiernych kosztów infrastruktury. Tak też było w przypadku obiektu w Austell. Wymogiem było więc, aby suwnice były zasilane za pomocą sieci niskiego napięcia o napięciu 480 V, a ponadto o maksymalnej mocy 100 kilowatów. Z drugiej strony, szczytowe zapotrzebowanie każdej suwnicy było ponad czterokrotnie wyższe.
Dlatego Kuenz wpadł na pomysł wdrożenia systemu magazynowania energii na każdej suwnicy.
KORZYŚCI ELEKTRYCZNEGO ROZWIĄZANIA HYBRYDOWEGO
Akumulator litowo-jonowy jest wykorzystywany jako system magazynowania energii. Jest on ładowany z jednej strony przez zasilanie z lądu, a z drugiej strony przez odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie energii z hamowania i opuszczania obciążeń. Tak więc cała energia z rekuperacji jest bezpośrednio ponownie wykorzystywana przez suwnicę, a zapotrzebowanie na energię z lądu jest utrzymywane na stałym poziomie 100 kilowatów. Szczytowe zapotrzebowanie napędów jest zaspokajane przez system magazynowania energii. W porównaniu z konwencjonalnymi RTG, emisja dwutlenku węgla z silników wysokoprężnych jest całkowicie wyeliminowana, co skutkuje ogromną redukcją o ponad 2100 ton CO2 dla sześciu suwnic rocznie. Co więcej, koszty operacyjne są znacznie niższe. Z jednej strony, ponieważ nie występują koszty oleju napędowego, a z drugiej strony z powodu znacznie mniejszych nakładów na konserwację i przestojów. Co więcej, poziom hałasu jest znacznie niższy, a system akumulatorów zapewnia zasilanie, gdy suwnice są odłączone od zasilania z lądu.
Na przykład, gdy suwnice zmieniają pas ruchu lub jadą do miejsca konserwacji. W przeciwnym razie konieczne byłoby zastosowanie innego małego agregatu lub małego akumulatora, aby zapewnić zasilanie dla tych manewrów.
ZASILANIE
W przypadku w pełni elektrycznych RTG istnieją dwa główne rozwiązania zasilania z lądu - systemy bębnów kablowych i systemy szyn prądowych (zwane również systemami szynoprzewodów). W tym drugim przypadku można również zastosować elektryczny system hybrydowy. W tym przypadku niższe i stałe zapotrzebowanie na moc pozwala na zmniejszenie kosztów związanych z samym systemem szynoprzewodów.
Jeśli oczekuje się, że zmiany bloków lub pasów będą wykonywane bardzo często, dostępne są odpowiednie zautomatyzowane rozwiązania dla obu systemów zasilania. Wówczas RTG automatycznie odłącza się i podłącza do zasilania z lądu przed i po zmianie bloku.
TRZY KLUCZOWE POWODY WDRAŻANIA SYSTEMÓW MAGAZYNOWANIA ENERGII W SUWNICACH KONTENEROWYCH
Wszystkie powody mają zastosowanie nie tylko do suwnic RTG, ale także do suwnic bramowych montowanych na szynach (RMG), co jest nowym podejściem w branży.
• Obniżenie napięcia:
Instalacja na terminalu w Austell pokazuje, że systemy magazynowania energii umożliwiają zasilanie suwnic niskim napięciem i mocą zaledwie 100 kilowatów. Oprócz korzyści wynikających z uniknięcia nadmiernych kosztów infrastruktury dla zasilania średnim napięciem, zasilanie niskim napięciem może zapewnić dodatkowe zalety w innych przypadkach użycia.
Jeśli niezbędna jest redundancja, sieć niskiego napięcia może być wspomagana przez jeden lub więcej stacjonarnych agregatów prądotwórczych.
Co więcej, konserwacja urządzeń średniego napięcia wymaga specjalnie przeszkolonego personelu, czego nie można powiedzieć o urządzeniach niskiego napięcia.
• Ograniczanie szczytów mocy:
Celem ograniczania szczytów mocy jest ich zminimalizowanie lub nawet uniknięcie.
Redukcja szczytów mocy w odniesieniu do RTG w Austell została już opisana powyżej. Jednak również w przypadku dużych RMG system magazynowania energii prowadzi do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania szczytowego, a tym samym może obniżyć tak zwane opłaty za zapotrzebowanie szczytowe, a także koszty operacyjne.
Krótkoterminowe szczyty mocy dużych RMG, które są wyższe niż 900 kilowatów, mogą zostać obniżone o 50%. Opłaty za zapotrzebowanie są zwykle obliczane na podstawie średniego poziomu mocy w przedziale 15-minutowym. Te średnie poziomy mocy można obniżyć o 30 do 40 procent.
• Utrzymanie energii na suwnicy:
W przypadku terminali ze stabilną siecią energetyczną i wieloma suwnicami, energia z rekuperacji jest zwykle bezpośrednio wykorzystywana przez inne suwnice lub inne systemy terminalowe, takie jak oświetlenie. Wówczas całkowite zapotrzebowanie na energię jest bliskie stałego poziomu.
Jednak w przypadku terminali z niewielką liczbą suwnic i tam, gdzie rekuperacja do sieci jest niewykonalna lub nieopłacalna, system magazynowania energii na suwnicy jest również korzystny. Dzięki temu zregenerowana energia z napędów jest przechowywana w akumulatorze, a ogólne wydatki na energię są mniejsze.
Najczęściej możliwe jest zmagazynowanie i ponowne wykorzystanie do 30 procent energii. Jest to szczególnie ważny aspekt ze względu na rosnące koszty energii.
O AUTORZE:
Philipp Gmeiner jest odpowiedzialny w Kuenz za zarządzanie produktami w zakresie suwnic kontenerowych. Wcześniej przez kilka lat pracował jako starszy inżynier mechanik w Kuenz i ma doświadczenie w sprzedaży i zarządzaniu projektami pojazdów użytkowych. Studiował na Politechnice Wiedeńskiej i KTH Royal Institute of Technology w Sztokholmie i uzyskał tytuł magistra inżynierii mechanicznej i zarządzania.
„Z pomocą Kuenz instalujemy sześć nowych, w pełni elektrycznych suwnic w naszymterminalu Austell Intermodal”- powiedział Brad Carper, dyrektor ds. eksploatacji terminali w Norfolk Southern. „Te elektryczne suwnice nie tylko zwiększają przepustowość, ale są również bardziej niezawodne i zmniejszą emisję dwutlenku węgla. Dzięki zwiększonej niezawodności nasi klienci będą mieli lepsze doświadczenia. Ostatecznie technologia ta pomoże Norfolk Southern uwolnić się od franczyzy Intermodal i rozwijać się w przyszłości”.
Napisano dla: Artykuł techniczny w Port Technology International - wydanie 130
