我国门座式起重机数量众多，但其能源利用率较低。我日照港股份有限公司第二港务分公司研发了势能回收再利用自循环节能技术，将门座式起重杠电升机构下降时的势能进行回收，并利用超级电容作为存储单元，由此提高了能源转换效率。现介绍这种技术及应用情况。
    1．节能技术现状
    我公司10t、16t门座式起重机为上海港口机械厂90年代制造，其起升机构采用绕线式异步电动机，通过在转子上串连电阻进行调速，重载下降制动时重力产生的势能通过电动机转变为电能，电能通入串连电阻产生热能，将电能释放。由此可以看出，这种制动方法存在很大的能量浪费。
    近几年我公司探索和实验了AFE能量回馈系统、变频器共直流母线技术以及利用胶体电池等能量储存节能装置，但这些技术都存在一定的缺点，且节能效率低、节能效果不明显。
    以应用较为广泛的AFE能量回馈系统为例，存在以下4个缺点：一是需设置逆变装置、反馈型整流回馈装置，系统结构复杂且价格昂贵。二是无法准确计量回馈的电量，无法掌握节约电量的数据，影响实际使用电量的统计。三是回馈电流产生的谐波干扰电网，给电网运行带来不利影响。四是回馈的电能是否为我公司利用，无法进行分析。
 
    2．势能回收再利用自循环节能技术
    针对现有节能技术存在的问题，结合我公司起重机特点，我们开发了势能回收再利用自循环节能技术，该节能技术的结构、工作原理及优点如下所述。
    （1）结构
    采用这项节能技术起重机的起升机构电气控制系统由2台同轴直流电动机、超级电容、电动机励磁动态控制器、直流调速器、辅助装置及安全保护装置等组成。
    其中直流电动机由同轴的主电动机和辅电动机组成，超级电容作为电能的储能单元，对起重机吊具和重物下降时产生的势能进行回收、储存，通过电容的放电，将储存的能量释放，达到循环再利用的节能目的。
    按照这项节能技术进行改造时，将原来的2台90kW交流电动机改为我公司研发2台55kW双励磁同步同轴驱动直流电动机串联连接，在起重机上增加了1组高性能超级电容及电动机励磁动态控制器、直流调速器、辅助装置及安全保护装置，布置方法如图1所示。

    （2）工作原理
    在起升机构吊载货物下降时，通过电动机励磁动态控制器控制主电动机不工作，使辅电动机工作，下降时辅电动机变为发动机，同时将吊具及货物下降时的势能转换为电能，其电能储存在超级电容内，并对吊具及货物的下降进行制动。
    在起升机构吊载货物上升时，电动机励磁动态控制器控制主电动机和副电动机同时工作。主电动机通过直流调速器控制，使用电网电能；辅电动机使用储存在超级电容的电能，将下降时储存在超级电容器内的电能释放出来。由于上升时辅电动机将储存的电能转换为动能，并与主电动机的动能共同驱动起升机构，使主电动机消耗的电能人为减少，发挥出节能的效果。其工作原理如图2所示。

    （3）优点
    势能回收再利用自循环节能系统优点表现在如下4个方面：一是双励磁同轴驱动的直流电动机结构，在负载状态下实现了双励磁同步驱动模式，完成了动能的合并，提高犷能源转换效率。二是势能回收、储存再循环利用与电网独立，避免厂电能的相互十扰。三是系统结构简单，工作稳定可靠。四是无需逆变装置、反馈型整流回馈装置，简化了电控线路，价格低廉。
    3．改造实例
    由于我公司门座式起重机种类较多，且作业较为繁忙，该项节能技术改造可在其大修或在用门时进行，可根据回转平台机房空间大小和改造成木选择以下2种方案。
    （1）狭小空间改造方案
    如果门架起重机回转平台较小，机房空间较小，不足以安装2台串联标准直流电动机，可使用2台同轴式直流电动机，从而节省电动机占用空间，安装方法如图3所示。这种改造方法通常在门座式起重机大修时进行。

    （2）低成本改造方案
    对在用的门架式起重机进行改造，可在原交流电动机与减速器之间增设直流辅电动机，实现交直流电动机串联，这样可以大大减少改造工作量、加快改
4．效益和应用前景分析
    （1）经济效益
    我们将势能回收再利用自循环节能系统安装在门架式起重机上，安装后进行验收，并对比同泊位同机型改造过和没有改造的2台门座式起重机进行对比，其结果如下：
    改造后的门座式起重机作业量146601t，耗电量9930kW·h，单吨能耗0.068kW·h/t；没有改造的门座式起重机作业量160410t，耗电量430181kW·h、单吨能耗0.268kW·h/t。由此可见，门座式起重机改造后能耗节约74.64%。以每年完成作业量40万t计算，改造后的门座y重VU 14节约电能80000kW·h、按日照港平均电费单价1.25元／/kW·h计算，每年节约电费约10万元。
    （2）应用前景
    目前青岛港已完成2台40t门座式起重机的改造，湛江港完成1台25t门座式起重机的改造，由此验证了势能回收再利用自循环节能系统在各种吨位的门架式起重机上都可以应用。
    我港现有25t门座式起重机81台，40t门座式起重机61台。25t门座式起重机单台年度作业量约为100万t，耗电量24万kW·h，推广应用该技术后年度可节电18万kW·h，年度节约电费22.5万元。40t门座式起重机，单台年度作业量约150万t，耗电量36万kW·h，推广应用该技术后年度可节电27万kW·h、年度节约电费33.75万元。如果所有门座式起重机都应用该技术进行改造，每年可节电3654kW·h，节约电费3881万元。由此可见，势能回收再利用自循环节能系统结构简单、便于推广，能够达到节约能源、降低使用成本的目的。
    该《势能回收再利用装置及起重机》系统已获得国家实用新型专利，专利号为Z L201320354748.2、2014年该项目获得中国港口科技进步奖3等奖。