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氢动力+5G “中国方案”打造绿色智慧港口

2020-01-0310:37:18来源:科技日报

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“我们全球首创机器视觉+自动化技术,以AI智能自动识别陆侧外集卡,实现智能、安全、高效作业,明显压缩了车辆在港停留时间,车到了,一刷卡,就自动装卸,改善了服务,平均每作业循环时间减少约25秒,提升堆场作业效率13%。目前外集卡在港周转时间为13分钟,而人工码头最短也需要30分钟,这对减少社会运输车辆运营成本有很大帮助。”山东港口青岛港自动化码头操作部经理李波在接受科技日报记者采访时说。

日前,山东港口青岛港全自动化码头(二期)(以下简称二期码头)投产运营,该工程推出了山东港口自主研发、集成创新的氢动力自动化轨道吊、5G+自动化技术等6项全球首创的科技成果,领军当今最先进的全自动化码头科技水平,以中国“智”造、中国创造向全球港航业奉献了“中国方案”。

冲顶世界自动化码头最高峰

“我们要用氢燃料电池为二期码头大型机械提供动力。”一年多前,山东港口青岛港自动化码头总经理张连钢向他的团队说出了这句话,当时,社会上有人听到这个想法后,都持观望怀疑的态度。

山东港口青岛港全自动化集装箱码头一期(以下简称一期码头)工程投入商业运营后,设备和系统稳定可靠,自动化程度已超过鹿特丹港等世界级港口。但山东港口青岛港自动化码头二期工程没有选择简单复制一期技术,而是继续选择了自主研发,再一次向着未知的世界自动化码头最高峰发起冲顶。

采用氢动力自动化轨道吊,就意味着要拆掉轨道吊上直径6米、重达约3吨的高压卷盘电缆装置,而这个“大辫子”不仅包含供电电缆,也包含控制电缆,轨道吊行如流水的高效作业都靠它“远程传输”。

如果拆除控制电缆,如何达到精准“远程传输”是实现氢动力自动化吊桥至关重要的前提。“通过各种论证,我们最终选择‘5G+自动化技术’替代了高压卷盘控制电缆装置,解决了这个难题。不过16毫秒的延时有可能造成作业隐患,因此测试马虎不得。”山东港口青岛港自动化码头公司常务副总经理杨杰敏介绍,为了做到分秒不差,他们和厂家一起进行了上万次测试。最终“5G+自动化技术”实现了码头全覆盖,通过5G信号传输的方式成功实现了在5G网络下的岸桥、轨道吊自动控制操作、抓取和运输集装箱及高清视频大数据回传等场景的应用。

解决了“远程传输”问题,氢燃料电池系统的设计应用则是另一座需要跨越的高山。经过前期详尽的分析与设计,氢燃料电池系统安装调试过程中,技术人员按照图纸要求,顶着刺骨的寒风,在半空中的吊笼里蜷缩着身子,上升到高8米的基座上安装调试氢燃料电池系统,精准进行了350个电控接口和软件接口测试,最终成功完成氢动力轨道吊项目。

除了氢动力和“5G+自动化技术”,二期码头的系统设备和软件也实现了全方位升级,智能化程度更高。在全球智慧港口建设中,充分展示了顶级智能科技的“中国方案”“中国智慧”与“中国力量”。

氢动力能减排两万吨二氧化碳

氢动力自动化轨道吊,使用了自主研发的氢燃料电池组为自动化轨道吊提供动力,不仅减轻了设备自重,降低了设备机构复杂度、设备维保量和维修费用,而且发电效率更高。同时,用氢替代石油和煤炭,轨道吊实现完全零排放,对环境保护具有深远的意义。

同济大学智能型新能源汽车协同创新中心主任余卓平教授表示:“氢能源的清洁度高,有利于控制全球变暖;未来氢能来自太阳能、风能等可再生能源,能源利用效率也会提高。而氢动力非常适合在重载、长距离、长时间运行的装备上使用,山东港口青岛港把氢动力用于工作节奏紧张的港口设备,对于推动氢能技术的创新和应用非常重要,为全国做出了好的榜样。”

据测算,堆场每吊运一个集装箱大约要消耗6度电,6度电平均要排放2.1千克二氧化碳,还有粉尘颗粒物、氮氧化合物、二氧化硫等的排放,按一期码头和二期码头实际通货能力300万标准集装箱/年计算,堆场一年总二氧化碳排放量约2.1万吨,二氧化硫排放量690吨。“青岛周边工业副产氢产量很大,目前这些氢被白白排放掉,把它们收集起来用作动力,可以减少煤炭的消耗。二期码头尝试用氢动力进行转型升级,以氢燃料电池加锂电池组的动力模式实现了能量的最优利用。”山东港口青岛港全自动化码头技术部副经理吕向东表示,如果堆场全部使用氢动力,每年需要2100吨氢,可替代10700吨煤炭,减少两万多吨的二氧化碳排放。

“当初为了实现氢动力自动化轨道吊使用了5G技术,其实布局5G的重要意义远不止于此。布局5G为智能港口构建了低成本、更便捷的信息高速公路,未来将会有更多智慧功能搭载5G网络。”杨杰敏表示,使用5G网络还有一大好处,就是对传统的人工码头进行升级时,不用到处挖沟敷设线缆。码头上开一条沟就会导致半停产,现在可以通过5G直接完成信息和通讯传输,在不停产的情况下完成老旧码头改造。经测试,二期码头大型设备通讯实现了低时延、大带宽,抗干扰强,频谱稳定5G网络覆盖,5G为码头提供了生产便利和工作支撑。

以工匠精神“精雕细刻”港口

除了氢动力和“5G+自动化技术”以及智能高科技外,山东港口青岛港全自动化集装箱码头二期工程的建设也不断刷新着人们对中国“基建狂魔”的认知。

全球首创的免维护堆场是为了解决“堆场不均匀沉降”问题而设计的。堆场的“筋骨”是深埋地下、每根长约36米的8069根PHC管桩,长度连起来相当于37条胶州湾隧道或8条青岛海湾大桥的长度,这些管桩如同一双双有力的大手,托举着总重达6.35万吨的箱角梁。只有箱角梁平直,才能保证堆场纯平。施工过程中,通过创新箱角梁施工工艺,将相邻箱角梁顶面标高、平整度误差精准控制在了±2.5毫米范围内,实现了混凝土施工误差毫米级控制,比钢结构安装精度还高。

山东港口青岛港自动化码头从事码头土建工程管理的周兆君表示,堆场打桩和箱角梁方案的改进,建设成本虽然有所增加,但换来的是整个堆场后期使用真正意义上的免维护,对码头形成新能力有很大帮助。

“码头在节能减排方面还取得了一个突破:堆场设备实现了双箱作业,一次吊两个箱,本来要跑两趟,现在只需要跑一趟,在能耗上和作业效率上都得到有效提升,符合集约发展的要求。”吕向东介绍,可是新增的双箱吊具功能,对“大车行走”零件提出了苛刻的精度要求,山东港口青岛港创新制作的大车行走台车专用加工胎具,精度达到了不可思议的0.02毫米,比国际标准还高0.01毫米。

面向未来,山东港口将持续开发应用世界一流的新科技成果,致力于氢能、人工智能、5G、大数据、云平台、自动化控制等技术在全自动化码头的应用,建设智慧绿色港口。

责任编辑:郑月(EK012)

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