Odvetvie intermodálnej prepravy neustále hľadá nové riešenia na zvýšenie udržateľnosti prevádzky. Pre prevádzkovateľov terminálov je veľmi dôležité, aby dosiahli svoje ciele v oblasti udržateľnosti a zároveň zlepšili svoju výkonnosť a nákladovú efektívnosť. Vďaka novým prístupom možno dosiahnuť plne elektrické napájanie zariadení na manipuláciu s kontajnermi, a to aj vo výnimočných prípadoch, keď to predtým nebolo možné.
INTERMODÁLNE ZARIADENIE SPOLOČNOSTI NORFOLK SOUTHERN V AUSTELLE
Norfolk Southern Corporation je jedným z najväčších železničných dopravcov v Spojených štátoch s mnohými terminálmi na východnom pobreží. Jeden z týchto intermodálnych terminálov sa nachádza v meste Austell neďaleko Atlanty v štáte Georgia. V tomto termináli dochádza k významnej zmene - prechádza sa z "výlučne kolesovej prevádzky" na kombináciu "kolesovej prevádzky" a "pozemnej stohovacej prevádzky". Jedna časť terminálu tak bude prevádzkovaná šiestimi portálovými žeriavmi s gumovými pneumatikami (RTG) Kuenz Freerider, ktoré sú schopné nielen nakladať a vykladať nákladné vozidlá a vlaky, ale aj manipulovať so stohovaním kontajnerov. Vďaka tomuto prechodu sa priestor terminálu využije efektívnejšie a v dôsledku toho terminál viac ako zdvojnásobí svoju medzinárodnú intermodálnu kapacitu.
Kuenz Freeriders sa vyznačujú známym portálovým dizajnom s výnimočne tuhou a aerodynamickou konštrukciou. Okrem toho inovatívny a tuhý zdvíhací systém s mikropohonom priamo na vozíku a rotujúcim rozmetadlom zvyšuje produktivitu lanoviek. Funkcie žeriavu dopĺňajú ďalšie asistenčné systémy, ako napríklad systém proti kolízii a pohľad z kamery. V tomto zozname však chýba jeden z najdôležitejších aspektov pri výbere najlepšieho riešenia RTG pre terminál - napájanie.
SYSTEMATICKY K NAJVHODNEJŠIEMU RIEŠENIU
V súčasnej prevádzke sú zdrojom energie pre RTG najmä dieselové agregáty. Hlavným problémom RTG poháňaného konvenčnou dieselovou elektrocentrálou je, že veľkosť dieselového motora sa určuje podľa špičkovej potreby výkonu, ktorá sa vyskytuje len vo veľmi špecifických situáciách. To znamená, že elektrický výstupný výkon elektrocentrály musí byť vyšší ako 400 kilowattov. Počas väčšiny prevádzkového času je však elektrocentrála enormne predimenzovaná, čo vedie k veľmi vysokej spotrebe paliva a emisiám. Ako aj ďalšie problémy v podobe vysokej hladiny hluku a námahy pri údržbe v dôsledku veľkého výkonu elektrocentrály.
Ďalšia a zrejmá úvaha sa týka kombinácie menšieho dieselového agregátu a lítium-iónovej batérie ako systému na uskladnenie energie - známeho aj ako dieselovo-elektrické hybridné riešenie. Výhody sú rôznorodé. V tomto prípade sa dieselový agregát používa len na nabíjanie batérie. Preto je potrebný výkon oveľa nižší (120 kilowattov elektrického výkonu) a potreba energie je na konštantnej úrovni.
Okrem toho naftový motor pracuje len približne 50 až 70 % prevádzkového času. Akumulátor sa nabíja nielen pomocou elektrocentrály, ale aj rekuperáciou a opätovným využitím energie z brzdenia a znižovania zaťaženia. Táto funkcia ešte viac zvyšuje úspory týkajúce sa spotreby paliva, takže celkovo úspory dosahujú až 60 percent. Znížená spotreba paliva následne znamená zníženie emisií. V porovnaní s vyššie uvedenou veľkokapacitnou elektrocentrálou by toto hybridné riešenie viedlo k ročnému zníženiu emisií uhlíka o viac ako 1 000 ton pre šesť žeriavov. Pri zohľadnení všetkých aspektov vrátane náročnosti údržby je doba amortizácie pridania dieselovo-elektrického hybridného riešenia zvyčajne dva až tri roky. Dieselovo-elektrický hybrid však často predstavuje len prechodné riešenie. Aj pre spoločnosť Austell bola skutočným cieľom bezemisná prevádzka s plne elektrickými RTG poháňanými káblovými navijakmi. Okrem obrovského zníženia prevádzkových nákladov je výhodou aj fyzické pripojenie k terminálovej sieti prostredníctvom optických vlákien v kábli.
Najmä na vytvorenie možnosti neskoršieho prechodu na diaľkovú prevádzku sú optické vlákna najlepším a najspoľahlivejším riešením komunikácie medzi žeriavmi a koncovou sieťou. Zvyčajne je cestou navíjanie káblov so strednonapäťovým napájaním s použitím napäťovej úrovne napríklad 15 kilovoltov. Napájanie žeriavov pomocou stredného napätia ponúka výhodu, že do žeriavov možno distribuovať vysoké úrovne výkonu, pričom prierez kábla môže byť relatívne malý, a teda ľahký a cenovo výhodný. Napriek tomu môže byť v prípade mnohých intermodálnych zariadení veľmi náročné umožniť zapojenie strednonapäťovej siete, čo by často viedlo k nadmerným nákladom na infraštruktúru. To bol aj prípad zariadenia v Austelle. Požiadavkou teda bolo, aby boli žeriavy napájané prostredníctvom nízkonapäťovej siete s napätím 480 voltov a navyše s maximálnym príkonom na brehu 100 kilowattov. Na druhej strane, špičková spotreba každého žeriavu je viac ako štvornásobne vyššia.
Preto spoločnosť Kuenz prišla s nápadom zaviesť na každý žeriav systém na uskladnenie energie.
ROZSIAHLE VÝHODY PLNE ELEKTRICKÉHO HYBRIDNÉHO RIEŠENIA
Ako systém skladovania energie sa používa lítium-iónová batéria. Nabíja sa na jednej strane z pobrežného napájania a na druhej strane rekuperáciou a opätovným využitím energie z brzdenia a spúšťania záťaže. Takže všetka rekuperačná energia sa priamo opätovne využíva na žeriave a dopyt po pobrežnom napájaní sa udržiava na konštantnej úrovni 100 kilowattov. Špičkové požiadavky pohonov zabezpečuje systém skladovania energie. V porovnaní s konvenčnými žeriavmi RTG sa úplne eliminujú emisie uhlíka z dieselových motorov, čo má za následok obrovské zníženie emisií CO2 o viac ako 2 100 ton pre šesť žeriavov ročne. Okrem toho sa enormne znižujú prevádzkové náklady. Na jednej strane preto, že odpadajú náklady na dieselové palivo, a na druhej strane kvôli oveľa menším nárokom na údržbu a prestoje. Okrem toho sa výrazne znižuje hladina hluku a batériový systém poskytuje energiu vždy, keď sú žeriavy odpojené od pobrežného napájania.
Napríklad, keď žeriavy menia jazdné pruhy alebo jazdia na miesto údržby. V opačnom prípade by na zabezpečenie napájania pri týchto manévroch bola potrebná ďalšia malá elektrocentrála alebo malá batéria.
ĎALŠIE APLIKÁCIE A MOŽNOSTI
Pre RTG s plne elektrickým pohonom existujú dve hlavné riešenia pre pobrežné napájanie - systémy káblových bubnov a systémy vodivých líšt (nazývané aj systémy prípojníc). V prípade druhého z nich je možné realizovať aj plne elektrický hybridný systém. V tomto prípade nižšia a konštantná potreba energie umožňuje výhodu znížených nákladov týkajúcich sa samotného systému vodiacich líšt.
Ak sa očakáva, že zmeny blokov alebo jazdných pruhov sa budú vykonávať veľmi často, pre oba systémy napájania sú k dispozícii vhodné automatizované riešenia. Potom sa RTG automaticky odpojí a pripojí k pobrežnému napájaniu pred a po zmene bloku.
TRI KĽÚČOVÉ DÔVODY PRE ZAVEDENIE SYSTÉMOV SKLADOVANIA ENERGIE NA KONTAJNEROVÝCH ŽERIAVOCH
Všetky dôvody sú použiteľné nielen pre RTG, ale aj pre koľajové portálové žeriavy (RMG), čo je nový prístup v tomto odvetví.
- Zníženie úrovne napätia:
Aplikácia na termináli v Austelle ukazuje, že systémy skladovania energie umožňujú napájať žeriavy s nízkym napätím a s úrovňou výkonu len 100 kilowattov. Okrem výhody vyhnutia sa nadmerným nákladom na infraštruktúru pre strednonapäťové napájanie môže nízkonapäťové napájanie poskytnúť ďalšie výhody v iných prípadoch použitia.
Ak je redundancia nevyhnutná, sieť na úrovni nízkeho napätia môže byť zálohovaná jedným alebo viacerými stacionárnymi generátorovými agregátmi.
Okrem toho si údržbárske práce pre zariadenia stredného napätia vyžadujú špeciálne vyškolený personál, čo nie je prípad nízkeho napätia.
- Úspora v špičkách:
Cieľom úspory v špičkách je minimalizácia alebo dokonca zamedzenie vzniku špičiek.
Zníženie výkonových špičiek v prípade RTG v Austelle je už opísané vyššie. Ale aj v prípade veľkých RMG vedie systém skladovania energie k výraznému zníženiu špičkových odberov, a preto môže znížiť tzv. poplatky za špičkový odber, ako aj následné prevádzkové náklady.
Napríklad krátkodobé výkonové špičky veľkých RMG, ktoré sú vyššie ako 900 kilowattov, sa môžu znížiť o 50 %. Poplatky za odber sa zvyčajne vypočítavajú na základe priemernej úrovne výkonu v rámci 15-minútového intervalu. Tieto priemerné úrovne výkonu možno znížiť o 30 až 40 percent.
- Udržanie energie na žeriave:
V prípade terminálov so stabilnou elektrickou sieťou a viacerými žeriavmi sa energia z rekuperácie zvyčajne priamo využíva v iných žeriavoch alebo ďalších systémoch terminálu, ako sú osvetlenie alebo regály na chladiarenské vozidlá. Potom sa celková potreba energie následne blíži ku konštantnej úrovni.
V prípade terminálov s malým počtom žeriavov, kde rekuperácia do siete nie je možná alebo nákladovo efektívna, je však výhodný aj systém skladovania energie na žeriave. Prostredníctvom neho sa rekuperovaná energia z pohonov ukladá do batérie a znižujú sa celkové výdavky na energiu.
Zvyčajne sa dá uskladniť a opätovne využiť až 30 % energie. Najmä v čase rastúcich nákladov na energiu je to dôležitý aspekt.
O AUTOROVI:
Philipp Gmeiner je v spoločnosti Kuenz zodpovedný za produktový manažment kontajnerových žeriavov. Predtým pracoval niekoľko rokov ako starší strojný inžinier v spoločnosti Kuenz a má skúsenosti s inžinierstvom predaja a riadením projektov pre úžitkové vozidlá. Študoval na Technickej univerzite vo Viedni a KTH Royal Institute of Technology v Štokholme a má magisterský titul v odbore strojárstvo a manažment.
"S pomocou spoločnosti Kuenz inštalujeme v našom termináli Austell Intermodal šesť nových, plne elektrických žeriavov," povedal Brad Carper, riaditeľ prevádzky terminálov spoločnosti Norfolk Southern. "Tieto elektrické žeriavy nielenže podporujú rozširovanie kapacity, ale sú aj spoľahlivejšie a znížia naše emisie oxidu uhličitého. Vďaka zvýšenej spoľahlivosti budú mať naši zákazníci lepší zážitok. V konečnom dôsledku táto technológia pomôže spoločnosti Norfolk Southern využiť silu našej intermodálnej franšízy a rásť do budúcnosti."
Napísané pre: Technický dokument v rámci Port Technology International - číslo 130
