Kumipyöräkonttinostureiden energiatehokkuus varastoalueen kokonaisnäkymässä

Abstract

Diplomityössä tarkastellaan kumipyöräkonttinostureiden (RTG) energiatehokkuuden parantamista satamaterminaalin varastoalueen näkökulmasta. Työn tavoitteena on selvittää, millä ratkaisuilla terminaalin sähköverkon kuormitusta ja energiankulutusta voidaan vähentää ilman, että nostureiden operatiivinen tehokkuus heikkenee.

Työ perustuu MATLAB/Simulink-ympäristöön rakennettuun simulointimalliin, jolla arvioidaan 40 RTG:n samanaikaista käyttöä erilaisissa energiantehokkuutta parantavissa skenaarioissa. Mallissa otetaan huomioon moottorikohtaiset tehontarpeet, tuulikuormat, sekä regeneratiivisen energian talteenotto. Simuloinnissa verrattiin muun muassa nosturikohtaisia ja terminaalitasolla toimivia akustoja, liikkeiden hidastuksia ja viivästyksiä, vastakkaistehoisia liikkeitä ja kuormituksen ennustettavuutta.

Tulosten perusteella merkittäviä energiasäästöjä ja huipputehojen pienentämistä voidaan saavuttaa terminaalitason akustoilla ja hidastetuilla optimoiduilla liikkeillä. Nosturikohtaisten akustojen käyttäminen kuormahuippujen aikana vähensi verkosta otettavaa energiaa 8 % ja akustot pystyivät tallettamaan 97 % regeneroidusta energiasta. Hidastetut liikkeet pienensivät terminaalin huipputehoa 4.5 % ilman vaikutusta suorituskykyyn. Simuloinnit osoittivat myös, että terminaalin koon ja tarkasteltavien nostureiden määrän kasvaessa, kuormituksen huipun ja keskiarvon suhde tasaantuu luonnollisesti.

Johtopäätöksenä työ osoittaa, että RTG-nostureiden energiantehokkuutta voidaan parantaa merkittävästi, kun energianhallintaratkaisuja suunnitellaan terminaalitasolla ja toteutetaan koordinoidusti. Jatkokehitystä voidaan kohdistaa energianhallintajärjestelmien automatisointiin ja akustojen elinkaaren huomioon ottamiseen, sekä simulaatiomallin jatkokehitykseen.

This Master’s thesis examines the improvement of energy efficiency in Rubber Tyred Gantry (RTG) cranes from the perspective of a container terminal’s storage area. The objective is to identify solutions that reduce the electrical grid load and energy consumption of the terminal without compromising the operational performance of the cranes.

The study is based on a simulation model developed in MATLAB/Simulink, used to evaluate the simultaneous operation of 40 RTG cranes under various energy-efficiency-enhancing scenarios. The model accounts for motor-specific power requirements, wind loads, and regenerative energy recovery. The simulations compare, among others, crane-specific and terminal-level battery storage, slowed and delayed crane movements, counterbalancing power flows, and load predictability.

According to the results, significant energy savings and peak power reductions can be achieved through terminal-level battery systems and optimized slowed movements. Using crane-specific batteries during load peaks reduced energy drawn from the grid by 8%, and the batteries were able to capture 97% of the regenerated energy. The reduction in movement speed reduced the terminal's peak power by 4.5% without affecting operational performance. The simulations also showed that as the size of the terminal and the number of cranes increases, the load’s Peak-to-Average Ratio (PAR) naturally becomes more balanced.

In conclusion, the study demonstrates that the energy efficiency of RTG cranes can be significantly improved when energy management solutions are planned at the terminal level and implemented in a coordinated manner. Future development could focus on the automation of energy management systems, consideration of battery lifecycle effects, and further development of the simulation model.