WO2018184870A2 - Elektrifizierung von transportsystemen in einem containerterminal - Google Patents

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Michael Raabe
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Dimitri PETKER
Thomas Müller
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Paul Vahle Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a container terminal, in particular in the form of a container port, with container cranes movable in alleys, in the container terminal autonomously moving vehicles, in particular for the transport of containers, are present, which have electrical energy storage, which serve to supply at least one electric drive of the vehicle , Charging stations are provided, which serve for charging the electrical energy storage of the vehicles.
  • Autonomous vehicles in a container terminal are known. These are either diesel-operated or have an electric drive with an energy storage device, in particular in the form of a battery. In diesel operation, there are disadvantageously relatively high fuel costs. In addition, the high C0 2 emissions and soot emissions are disadvantageous. Electrically driven autonomous vehicles have different concepts for charging them. Thus, systems are known in which the discharged energy storage are exchanged for charged completely. Also known are systems with plugs and cables, in which the autonomous vehicles have to travel to charging stations for charging, in which case the plug must be plugged into a socket for charging, which usually takes place manually. Systems are also known in which conductor rails are laid in or next to the roadway.
  • Object of the present invention is to provide a container terminal, in which the particular autonomous driving and electrically driven vehicles can be charged effectively.
  • a container terminal according to the preamble of claim 1, in which the charging stations are arranged in the area, in particular end area, an alley and / or in the area between the alleys and the quay wall, in particular in the parking area for AGVs.
  • AGVs or straddle carrier pick up or deliver containers from the alley
  • the AGVs have to stand still for a while, until a container from the container crane has landed on them or the container located on the AGV has been unloaded.
  • This time can be advantageous for charging the energy storage of or over the charging stations parked or holding AGVs are used.
  • the AGVs must be equipped with corresponding charging contact elements or pick-ups for the inductive energy transfer.
  • the charging contact elements or pick-ups are advantageously arranged on the vehicle floor.
  • galvanic contact elements are used, appropriate lowering devices can be arranged on the vehicle. However, it is also possible to lift the stationary on the ground charging contacts in the direction of the vehicle floor, as soon as the autonomous vehicle is properly arranged or parked relative to the charging station. If induction coils are used for inductive power transmission, either the pick-up can be lowered or the stationary induction coil can be raised in the direction of the pick-up of the AGV.
  • Rail-bound container cranes or RTGs that can be moved in lanes bridge an alley with containers arranged in rows and columns. Several containers are arranged side by side in columns parallel to each other in a row. At the beginning and at the end of each lane are usually loading areas for trucks and autonomous vehicles. The trucks transport the containers in and out of the container terminal or port terminal, where they have to drive to the loading areas to be loaded and unloaded there. The autonomous vehicles (AGVs) use the loading areas at the other end of the lane and drive in a dedicated area of the container terminal.
  • the invention now provides that the charging stations are provided in the area of the loading areas such that the AGVs or trucks only have to drive onto the loading area and are thus already positioned to the charging station assigned to the respective loading area.
  • the charging station can have contact surfaces with which corresponding corresponding contact surfaces of the AGV or truck contact. It is also possible that the charging process does not take place via electrical contacts, but inductively by means of the previously described induction coils and pick-ups.
  • the primary contact surfaces or induction coils are advantageously arranged in or on the roadway in the region of the loading area. It is also possible that arranged laterally next to or on the loading surface corresponding formed charging stations are by which the vehicles are loaded from the vehicle side.
  • the charging stations can be arranged individually or in groups.
  • several charging stations are connected to a charging control unit, wherein the charging control unit controls the charging process itself.
  • the charging control unit and the charging stations can be designed such that the energy transfer only begins when the AGV has been correctly parked or stopped relative to the stationary or primary charging contacts or induction coils. Whether the AGV is positioned correctly relative to the primary contacts or induction coils, z. B. be detected by means of separate sensors.
  • corresponding position contact elements and / or position induction coils may be provided as "sensors" which must be brought into contact with corresponding vehicle-side contact elements or in the case of inductive energy transmission by means of induction coils, the stationary and vehicle-mounted position induction coils must have achieved a minimum coupling Only when the contact surface is entered, a person is not endangered, and only when the vehicle is correctly positioned relative to the charging station, a circuit is closed by the vehicle-side contact elements, which is considered correct positioning is then, after which the actual contact surfaces or contact elements of the charging station are charged with the charging voltage and the charging process can begin h, the induction coils provided for the energy transmission can also be used for positioning or position detection of the AGV.
  • the container terminal according to the invention advantageously achieves a reduced CO 2 emission. Furthermore, there are fewer maintenance intervals and lower maintenance costs.
  • the container terminal is usually powered by a high voltage network, which Umspann wornen are provided. Most of the high voltage is converted into a medium voltage in the range of 3.3 kV to 30 kV, the medium voltage over a medium-voltage network to the corresponding consumers, such. B. container bridges or rail-mounted container cranes is supplied. The medium voltage is then converted via other substations in a low voltage, usually 380 V to 1,000 V and fed through a low-voltage network to the appropriate consumers.
  • the low voltage can also be between 110 V and 1500 V and be a single- or multi-phase AC voltage or a DC voltage.
  • the conversion into the low voltage range can be done by means of conversion units, which can be advantageously arranged in a container or other housing and placed in relative proximity to the charging stations and, if present, the charging control unit.
  • conversion units which can be advantageously arranged in a container or other housing and placed in relative proximity to the charging stations and, if present, the charging control unit.
  • a stackable container as a housing for the conversion and / or charging control unit
  • further freight containers can advantageously be stacked on the container used as a housing, so that the container area used for the container for the conversion unit or the loading control unit is used very efficiently.
  • the container can be arranged within an alley or in close proximity to the charging stations.
  • the charging control unit can be configured so intelligently that a charging process is started only in the case of a falling below a certain charging level of the energy storage of the AGV.
  • Fig. 1 Top view of a container terminal with container bridges, one
  • Quay wall as well as rail-bound container cranes, which are movable along alleys;
  • Fig. 2 perspective view of two streets, each with one in each
  • Fig. 3 is a top view of an inventive port system with four Con ⁇ tainergassen, wherein each charging areas for lorries and AGVs are provided at the ends of each lane;
  • Fig. 4 representation of two container cranes, which are operated energy-optimized
  • FIG. 5 charging area for AGVs with galvanic charging stations
  • FIG. 6 charging area for AGVs with inductive charging stations
  • Fig. 7 Port terminal with charging stations in the parking area for AGVs between the container lanes and the container bridges.
  • FIG. 1 shows a plan view of a container terminal with Containerbrü ⁇ CKEN 12 for loading and unloading container ships S, a quay wall K, as well as on rails 4 track-bound container cranes 1, ent ⁇ long the lanes Gi, G 2, G 3, G 4 are movable.
  • several freight containers can be stacked on top of each other. A stack height of 6-7 containers is not uncommon.
  • the container terminal is supplied via a high voltage line 11 with electrical energy, wherein the high voltage is transformed by means of a transformer 10 in a medium voltage MU from 3.3 to 30 kV down.
  • the medium-voltage network is designed as a ring network 6, wherein the ring 6 via a connecting line 9 with the transformer 10 is in communication. Additional connection lines 7 are provided, on the one hand to reduce the susceptibility of the medium-voltage network and on the other hand to lead the medium voltage directly to certain consumers. Via the connecting line 8 a Umschreibsein- unit 5 with the medium-voltage network 6, 7 is connected.
  • the Umspannstician 5 is arranged in a container in the area of the alley G 4 and transforms the medium voltage MU in a low voltage NU of 380V to l.OOOV, depending on which low voltage NU for driving the container cranes 1 is needed.
  • the medium-voltage network is a three-phase three-phase network, the low-voltage network being a three-phase network with a voltage of 380V to 100,000V.
  • the transformer unit 5 feeds the busbars 2 via the low-voltage network 3.
  • Each container crane 1 is supplied with low-voltage NU via its current collector contacts 1a.
  • For the eight in the four lanes Gi -4 moving rail-bound container cranes 1 only one Umspannshim 5 is required.
  • On the container cranes 1 is only a cabinet and possibly frequency converter lb, especially for the drive to arrange.
  • Umspannseinrichtun- 5 can be provided. This may be necessary if a transformer unit 5 can no longer supply all the existing container cranes 1 alone.
  • the Umspannstician 5 is advantageously arranged in a stackable container, so that 5 freight containers can be stacked on the Umspannsaku so that the footprint for the Umspannsaku 5 is lost only in part for the parking of cargo containers C.
  • a part of the Umspannsaku 5 is arranged in a container and another part of the Umspannsaku in a building or housing, the container preferably in the alley on a space otherwise provided for freight container C and the building or housing outside the alley G, or at another location of the alley G, is arranged.
  • the Umspannstician 5 in a container or other housing or building in the area 30 in front of the Busbar 2 and the rail 4 to be arranged and connected via a line 8 ' to the medium-voltage network 6, 7.
  • the container cranes 1, 12 are connected via data lines 40 to the device for controlling the courses of action E, in particular to their timing, control.
  • the device E may be housed as a separate device in a housing or as a module in a controller.
  • the device E is also a computer program which is installed on the controls of the individual systems 1, 1c, 5, 5c, 18, 21 and cranes 1, 12.
  • the control of the cranes, energy storage, etc. also takes place via radio signals, whereby the data lines 40 can be omitted.
  • an optimization of the action sequences can be made.
  • the courses of action take place in such a way that as little energy as possible is consumed.
  • cost optimization may be made, e.g. by doing certain actions, such as charging energy stores at a time when energy prices are low, or e.g. electrical energy is produced by own photovoltaic plants.
  • the Fig. 2 shows a perspective view of a possible embodiment of the container terminal according to the invention with two lanes Gi, G 2 , wherein in each lane in each case a rail-bound container crane 1 moves.
  • Each alley Gi, G 2 has an area 13 for trucks 21, which bring container C into the container port or pick it up from there.
  • charging stations 20 for charging electrical energy storage in the truck 21 may be arranged.
  • the charging stations 20 may be arranged in or on the roadway.
  • the charging can be done via galvanic contacts and / or by means of induction coils, in particular non-contact.
  • areas 14 for the parking of AGVs which move the containers in the container terminal, in particular to transport the container bridges 12 and from the container bridges 12 to the container cranes 1.
  • charging contacts 16 provided for charging the energy storage of the AGVs. These can be arranged in or on the roadway.
  • the transformer unit 5 has a transformer 5a, which transforms the medium voltage into the low voltage NU and vice versa.
  • the low voltage is supplied to a converter 5b, which makes the low voltage NU a DC voltage for charging the energy storage device 5c.
  • the converter 5b is able to convert the supplied from the energy storage 5c DC voltage in the AC low voltage NU, so that a power supply from the energy storage 5c in the low-voltage network and optionally in the medium-voltage network 6 is possible.
  • a busbar trunking with two busbars 2 arranged thereon is arranged, wherein the container cranes 1 have current collector contacts 1a which loop on the busbars 2.
  • the current collector contacts la are connected via electrical lines to a switching cabinet, not shown, which is arranged on the container crane 1.
  • an energy storage lc can be arranged on the container crane 1, which serves to store electrical energy.
  • the energy store 1c can be charged via the low-voltage network or else energy recovered by recuperation.
  • the recuperation energy it is possible for the recuperation energy to be fed directly or the energy stored in the energy store via an inverter 1b into the low-voltage network via the busbar 2.
  • FIG. 3 shows a plan view of a further possible embodiment of the port facility according to the invention with four container lanes Gi -4 , wherein loading areas 13, 14 for trucks and AGVs are respectively provided at the ends of each lane.
  • Each loading area 13, 14 is assigned its own Umspanns Maschinen 15 and control unit 17.
  • the transformer units 15 transform the medium voltage MU into a low voltage or a voltage required for the control units 17.
  • the control units 17 are used to control the charging of the energy storage of trucks and AGVs.
  • the Umpositions ⁇ units 15 also the supply of container cranes 1 Niederspan- take over. With an appropriate design, it may also be sufficient to provide only one Umspannsech 15 for both or all loading areas 13, 14 and optionally also the container crane 1.
  • the loading of the trucks and AGVs can be done either galvanically via charging contacts and / or inductively by means of induction coils.
  • FIG. 4 shows an illustration for two container cranes 1, which are operated in an energy-optimized manner.
  • the left container crane is hereinafter referred to as crane 1 and the right container crane below with crane 2.
  • the device for controlling the courses of action E of the container cranes 1 their movements are synchronized, so that while the crane 1 lowers a container C, the crane 2 at the same time lifts a container C and vice versa.
  • recuperation which is fed into the low-voltage network via the busbar 2.
  • the energy gained by recuperation is usually less than the energy required for lifting, depending on the weight of the container C being lowered. This can be seen in the diagrams on the temporal energy consumption.
  • a negative energy consumption means that energy is recovered.
  • the resulting total energy consumption of both cranes 1 and 2 is thus lower than the energy consumption of the uncoordinated cranes 1 and 2.
  • FIG. 5 shows the charging area 14 for AGVs 18 with galvanic charging stations 16, which are fed via a rectifier 15 with a charging voltage LU, usually a DC voltage.
  • FIG. 6 shows a charging area 14 for AGVs 18 with inductive charging stations 16, the inductive charging stations 16 having induction coils which generate a high-frequency magnetic field and interact via the inductive coupling with induction coils arranged in the AGV for energy transmission.
  • FIG. 7 shows a port terminal with charging stations 16 which are arranged in the parking area 24 for AGVs 18 between the container lanes G and the container bridges 12.
  • the charging stations 16 are connected to a transformer unit and charging control 15 connected, which is connected with its input to the medium-voltage network 6, 7, 9 and is supplied via this.
  • the parking areas 24 are used at the same time for charging the battery-powered AGVs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Containerterminal, insbesondere in Form eines Containerhafens, mit mindestens zwei Containerkranen (1, 12), wobei das Containerterminal über eine Umspannanlage (10) mit einem Hochspannungsnetz (11) verbunden ist, wobei mindestens ein Energiespeicher (1c, 5c) vorhanden ist, mit dem elektrische Energie gespeichert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe (E) der Containerkrane (1, 12) vorhanden ist, die anhand der zu erledigenden Aufgaben im Containerterminal die Handlungsabläufe zumindest einiger oder aller Containerkrane (1, 12) steuert.

Description

Elektrifizierung von Transportsystemen in einem Containerterminal
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Containerterminal, insbesondere in Form eines Containerhafens, mit in Gassen verfahrbaren Containerkranen, wobei im Containerterminal autonom fahrende Fahrzeuge, insbesondere zum Transport von Containern, vorhanden sind, welche elektrische Energiespeicher aufweisen, die zur Versorgung mindestens eines elektrischen Antriebes des Fahrzeugs dienen, wobei Ladestationen vorgesehen sind, welche zum Laden der elektrischen Energiespeicher der Fahrzeuge dienen.
Autonom fahrende Fahrzeuge in einem Containerterminal sind bekannt. Diese sind entweder dieselbetrieben oder weisen einen Elektroantrieb mit einem Energiespeicher, insbesondere in Form einer Batterie, auf. Beim Dieselbetrieb ergeben sich nachteilig relativ hohe Kraftstoffkosten. Zusätzlich ist der hohe C02-Ausstoß und Rußausstoß nachteilig . Bei elektrisch angetriebenen autonomen Fahrzeugen existieren unterschiedliche Konzepte für deren Aufladung . So sind Systeme bekannt, bei denen die entladenen Energiespeicher gegen geladene komplett ausgetauscht werden. Auch sind Systeme mit Steckern und Kabeln bekannt, bei denen die autonomen Fahrzeuge zum Aufladen an Ladesta- tionen fahren müssen, wobei dann der Stecker zum Aufladen in eine Steckdose eingesteckt werden muss, was in der Regel händisch erfolgt. Auch sind Systeme bekannt, bei denen Schleifleitungen in oder neben der Fahrbahn verlegt sind . Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das Verlegen der Schleifleitungen sehr aufwendig und teuer ist und die autonomen Fahrzeuge meist nur für einen kurzen Zeitraum die mit Schleifleitungen ausgerüstete Fahrstrecke verlassen können. Auch sind Systeme bekannt, bei denen Primärleiterschleifen im Boden verlegt sind, über die die autonomen Fahrzeuge mittels einer meist am Fahr- zeugboden angeordneten„Pick-Up" induktiv Energie zugeführt bekommen. Auch bei diesen Systemen ist ein großer Aufwand zur Verlegung für den An- schluss der Primärleiterschleife notwendig . Wie beim zuvor beschriebenen System können sich die autonomen Fahrzeuge auch nur für einen relativ kurzen Zeitraum von der Primärleiterschleife entfernen.
Sofern elektrisch angetriebene autonome Fahrzeuge eingesetzt werden, müssen diese meist an gesondert im Containerterminal angeordneten Ladestationen geladen werden, wobei sich die Ladestationen meist abseits der Zonen im Terminal befinden, an denen Container bewegt werden. Das Aufladen der Energiespeicher der autonomen Transportfahrzeuge kann neben der steckerbasierten Lösung auch noch über galvanische Ladekontakte oder mittels induktiver Energieübertragung und Induktionsspulen erfolgen. Die galvanischen Kontaktelemente bzw. die Induktionsspulen sind dabei meist im oder auf dem Fahrbahnboden angeordnet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Containerterminal bereitzustellen, bei dem die insbesondere autonom fahrenden und elektrisch angetriebenen Fahrzeuge effektiv aufgeladen werden können.
Diese Aufgabe wird mittels eines Containerterminals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, bei dem die Ladestationen im Bereich, insbesondere Endbereich, einer Gasse und/oder im Bereich zwischen den Gassen und der Kaimauer, insbesondere im Parkbereich für AGVs, angeordnet sind .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Terminals gemäß Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ladestationen im Bereich einer Gasse eines Containerkrans, insbesondere im Endbereich, wo die Container transportierenden, insbesondere autonomen, Fahrzeuge, meist in der Form von z. B. AGVs oder Portalhubwagen, Container aus der Gasse abholen oder anliefern, ergibt sich der Vorteil, dass dort z. B. die AGVs ohnehin eine Zeit lang still stehen müssen, bis ein Container vom Containerkran auf ihnen abge- setzt bzw. der auf dem AGV befindliche Container abgeladen worden ist. Diese Zeit kann vorteilhaft zum Aufladen des Energiespeichers des bzw. der über den Ladestationen geparkten bzw. haltenden AGVs genutzt werden. Hierfür müssen die AGVs mit entsprechenden Ladekontaktelementen oder Pick-Ups für die induktive Energieübertragung ausgerüstet werden. Die Ladekontaktelemente bzw. Pick-Ups werden vorteilhaft am Fahrzeugboden angeordnet. So- fern galvanische Kontaktelemente verwendet werden, können entsprechende Absenkvorrichtungen am Fahrzeug angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, die am Boden stationär angeordneten Ladekontakte in Richtung Fahrzeugboden anzuheben, sobald das autonome Fahrzeug richtig relativ zur Ladestation angeordnet bzw. geparkt ist. Sofern Induktionsspulen zur induktiven Energieübertragung verwendet werden, kann entweder die Pick-Up abgesenkt oder die stationären Induktionsspule in Richtung der Pick-Up des AGVs angehoben werden.
Schienengebundene Containerkrane bzw. in Gassen verfahrbare RTGs überbrücken eine Gasse mit in Reihen und Spalten angeordneten Aufstandsflächen für Container. Dabei sind in einer Reihe mehrere Container nebeneinander in Spalten parallel zueinander angeordnet. Am Anfang und Ende jeder Gasse befinden sich in der Regel Ladeflächen für LKWs und autonom verfahrbare Fahrzeuge. Die LKWs transportieren die Container in und aus dem Containerterminal bzw. Hafenterminal heraus, wobei sie zu den Ladeflächen fahren müssen, um dort be- und entladen zu werden. Die autonomen Fahrzeuge (AGVs) benutzen die Ladeflächen am anderen Ende der Gasse und fahren in einem speziell für sie vorgesehenen Bereich des Containerterminals. Die Erfindung sieht nun vor, dass die Ladestationen so im Bereich der Ladeflächen vorgesehen sind, dass die AGVs bzw. LKWs nur auf die Ladefläche fahren müssen und da- mit bereits zu der der jeweiligen Ladefläche zugeordneten Ladestation positioniert sind . Die Ladestation kann, wie bereits zuvor beschrieben, Kontaktflächen aufweisen, mit denen entsprechende korrespondierende Kontaktflächen des AGV bzw. LKW kontaktieren. Ebenso ist es möglich, das der Ladevorgang nicht über elektrische Kontakte, sondern induktiv mittels der zuvor beschrie- benen Induktionsspulen und Pick-Ups erfolgt. Die primären Kontaktflächen bzw. Induktionsspulen sind dazu im Bereich der Ladefläche vorteilhaft im oder auf der Fahrbahn angeordnet. Ebenso ist es möglich, dass seitlich neben oder auf der Ladefläche entsprechende ausgebildete Ladestationen angeordnet sind, durch die die Fahrzeuge von der Fahrzeugseite her geladen werden.
Ebenso ist es im Sinne der Erfindung, wenn andere Bereiche des Containerterminals mit den erfindungsgemäßen Ladestationen ausgerüstet werden, bei denen die AGVs entweder zum Be- und Entladen oder dauerhaft geparkt wer- den. Hierdurch wird der meist knappe Platz im Containerterminal effektiv genutzt.
Die Ladestationen können einzeln oder in Gruppen angeordnet werden. Vorteilhaft sind mehrere Ladestationen an einer Ladesteuerungseinheit angeschlossen, wobei die Ladesteuerungseinheit den Ladevorgang an sich steuert. So können die Ladesteuerungseinheit und die Ladestationen so ausgebildet sein, dass die Energieübertragung erst dann beginnt, wenn das AGV korrekt relativ zu den stationären bzw. primären Ladekontakten bzw. Induktionsspulen geparkt bzw. angehalten worden ist. Ob das AGV richtig relativ zu den primären Kontakten bzw. Induktionsspulen positioniert ist, kann z. B. mittels ge- sonderter Sensoren erfasst werden. So können entsprechende Positionskontaktelemente und/oder Positions-Induktionsspulen als„Sensoren" vorgesehen sein, die mit korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktelementen in Kontakt gebracht werden müssen oder im Falle der induktiven Energieübertragung mittels Induktionsspulen die stationären und fahrzeugseitigen Positions- Induktionsspulen eine Mindestkopplung erreicht haben müssen. So kann lediglich eine nicht personengefährdende Spannung auf einem Kontakt anliegen, so dass beim Betreten dieser Kontaktfläche eine Person nicht in Gefahr gebracht wird . Nur bei einer richtigen Positionierung des Fahrzeugs relativ zur Ladestation wird durch die fahrzeugseitigen Kontaktelemente ein Stromkreis geschlos- sen, was als richtige Positionierung gewertet wird, wonach dann die eigentlichen Kontaktflächen bzw. Kontaktelemente der Ladestation mit der Ladespannung beaufschlagt werden und der Ladevorgang beginnen kann. Bei der induktiven Energieübertragung können selbstverständlich auch die für die Energieübertragung vorgesehenen Induktionsspulen für die Positionierung bzw. der Positionserkennung des AGV genutzt werden.
Dadurch, dass der Aufladevorgang immer erst dann gestartet wird, wenn das AGV richtig zu den Ladestationen geparkt ist, wird ein maximales Maß an Si- cherheit erreicht, da ein optimaler Berührungsschutz des Personals erreicht wird .
Durch das erfindungsgemäße Containerterminal wird vorteilhaft ein verringerter C02-Ausstoß erzielt. Ferner ergeben sich weniger Wartungsintervalle und geringere Wartungskosten.
Das Containerterminal wird meist über ein Hochspannungsnetz gespeist, wodurch Umspanneinrichtungen vorzusehen sind . Meist wird die Hochspannung in eine Mittelspannung im Bereich von 3,3 kV bis 30 kV umgewandelt, wobei die Mittelspannung über ein Mittelspannungsnetz den entsprechenden Verbrauchern, wie z. B. Containerbrücken oder schienengebundenen Containerkranen zugeführt wird . Die Mittelspannung wird dann über weitere Umspanneinheiten in eine Niederspannung, meist 380 V bis 1.000 V umgewandelt und über ein Niederspannungsnetz den entsprechenden Verbrauchern zugeführt. Die Niederspannung kann auch zwischen 110 V und 1.500 V betragen und eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder eine Gleichspannung sein.
Damit die Leitungen des Niederspannungsnetzes nicht zu lang werden, kann die Umwandlung in den Niederspannungsbereich mittels Umwandlungseinheiten erfolgen, welche vorteilhaft in einem Container oder sonstigen Gehäuse angeordnet werden kann und in relativer Nähe zu den Ladestationen und, falls vorhanden, der Ladesteuereinheit angeordnet wird . Bei der Verwendung eines stapelbaren Containers als Gehäuse für die Umwandlungs- und/oder Ladesteuereinheit ergibt sich der Vorteil, dass ein normaler Containerstandplatz verwendet werden kann. Auch können auf dem als Gehäuse genutzten Contai- ner weitere Frachtcontainer vorteilhaft gestapelt werden, so dass die für den Container für die Umwandlungseinheit bzw. die Ladesteuereinheit genutzte Containerfläche sehr effizient genutzt wird . So kann der Container innerhalb einer Gasse oder in unmittelbarer Nähe zu den Ladestationen angeordnet werden. Die Ladesteuereinheit kann zudem so intelligent ausgebildet sein, dass nur im Falle eines Unterschreitens eines bestimmten Ladeniveaus des Energiespeichers des AGVs ein Aufladevorgang gestartet wird . Nachfolgend werden verschiedene mögliche Ausführungsformen des erfin¬ dungsgemäßen Containerterminals anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: Draufsicht auf ein Containerterminal mit Containerbrücken, einer
Kaimauer, sowie schienengebundener Containerkrane, die entlang von Gassen verfahrbar sind;
Fig. 2: perspektivische Ansicht zweier Gassen mit jeweils einem in jeder
Gasse verfahrbaren schienengebundenen Containerkran;
Fig. 3: Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Hafenanlage mit vier Con¬ tainergassen, wobei an den Enden jeder Gasse jeweils Ladebereiche für Lastkraftwagen und AGVs vorgesehen sind;
Fig. 4: Darstellung für zwei Containerkräne, die energieoptimiert betrieben werden;
Fig. 5: Ladebereich für AGVs mit galvanischen Ladestationen;
Fig. 6: Ladebereich für AGVs mit induktiven Ladestationen;
Fig. 7: Hafenterminal mit Ladestationen im Parkbereich für AGVs zwischen den Containergassen und den Containerbrücken.
Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Containerterminal mit Containerbrü¬ cken 12 zum Be- und Entladen von Containerschiffen S, einer Kaimauer K, sowie auf Schienen 4 verfahrbare schienengebundene Containerkrane 1, die ent¬ lang der Gassen Gi, G2, G3, G4 verfahrbar sind. In jeder Gasse G, sind Aufstell¬ flächen für Frachtcontainer C vorhanden, die in Reihen
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und Spalten SPj=i- y angeordnet sind. Je nach Ausführungsform der Containerkrane 1 können mehrere Frachtcontainer übereinander gestapelt werden. Dabei ist eine Stapelhöhe von 6-7 Containern nicht unüblich. Das Containerterminal wird über eine Hochspannungsleitung 11 mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Hochspannung mittels eines Transformators 10 in eine Mittelspannung MU von 3,3 bis 30 kV herunter transformiert wird. Das Mittelspannungsnetz ist als Ringnetz 6 ausgebildet, wobei der Ring 6 über eine Verbindungsleitung 9 mit dem Transformator 10 in Verbindung ist. Zusätzliche Verbindungsleitungen 7 sind vorgesehen, um einerseits die Störanfälligkeit des Mittelspannungsnetzes zu verringern und andererseits die Mittelspannung direkt zu bestimmten Verbrauchern zu führen. Über die Verbindungsleitung 8 ist eine Umspannungsein- heit 5 mit dem Mittelspannungsnetz 6, 7 verbunden. Die Umspannungseinheit 5 ist in einem Container im Bereich der Gasse G4 angeordnet und transformiert die Mittelspannung MU in eine Niederspannung NU von 380V bis l.OOOV, je nachdem, welche Niederspannung NU für den Antrieb der Containerkrane 1 benötigt wird. Meist handelt es sich bei dem Mittelspannungsnetz um ein drei- phasiges Drehstromnetz, wobei das Niederspannungsnetz ein Drehstromnetz mit einer Spannung von 380V bis l.OOOV ist. Die Umspannungseinheit 5 speist über das Niederspannungsnetz 3 die Stromschienen 2. Über seine Stromabnehmerkontakte la wird jeder Containerkran 1 mit Niederspannung NU versorgt. Für die acht in den vier Gassen Gi-4 fahrenden schienengebundenen Containerkrane 1 wird lediglich eine Umspannungseinheit 5 benötigt. Auf den Containerkranen 1 ist lediglich ein Schaltschrank und evtl. Frequenzumrichter lb, insbesondere für die Antreibe, anzuordnen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere Umspannungseinrichtun- gen 5 vorgesehen sein können. Dies kann notwendig sein, wenn eine Um- spannungseinheit 5 nicht mehr alle vorhandenen Containerkrane 1 alleine versorgen kann.
Die Umspannungseinheit 5 ist vorteilhaft in einem stapelbaren Container angeordnet, so dass auf die Umspannungseinheit 5 Frachtcontainer gestapelt werden können, so dass die Aufstellfläche für die Umspannungseinheit 5 nur zum Teil für das Abstellen von Frachtcontainern C verloren geht. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Umspannungseinheit 5 auf mehrere Container zu verteilen. Auch ist es möglich, dass ein Teil der Umspannungseinheit 5 in einem Container und ein anderer Teil der Umspannungseinheit in einem Gebäude oder Gehäuse angeordnet ist, wobei der Container bevorzugt in der Gasse auf einem sonst für Frachtcontainer C vorgesehenen Platz und das Gebäude bzw. Gehäuse außerhalb der Gasse G, oder an einem anderen Ort der Gasse G, angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, die Umspannungseinheit 5 in einem Container oder sonstigen Gehäuse oder Gebäude im Bereich 30 vor der Stromschiene 2 bzw. der Schiene 4 anzuordnen und über eine Leitung 8 ' mit dem Mittelspannungsnetz 6, 7 zu verbinden.
Die Containerkrane 1, 12 sind über Datenleitungen 40 mit der Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe E, insbesondere zu deren zeitlicher, Steue- rung, verbunden. So kann die Einrichtung E als gesonderte Einrichtung in einem Gehäuse oder als Modul in einer Steuerung untergebracht sein. Es ist jedoch möglich, dass die Einrichtung E auch ein Computerprogramm ist, welches auf den Steuerungen der einzelnen Anlagen 1, lc, 5, 5c, 18, 21 und Krane 1, 12 installiert ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steuerung der Krane, Energiespeicher, etc. auch über Funksignale erfolgt, wodurch die Datenleitungen 40 entfallen können.
Zudem kann eine Optimierung der Handlungsabläufe vorgenommen werden. So ist es zudem besonders vorteilhaft, wenn die Handlungsabläufe so erfolgen, dass möglichst wenig Energie verbraucht wird . Auch kann eine Kostenoptimie- rung vorgenommen werden, z.B. indem bestimmte Handlungen, wie das Aufladen von Energiespeichern zu einer Zeit erfolgt, wenn die Energiepreise niedrig sind oder z.B. durch eigene Photovoltaikanlagen elektrische Energie produziert wird .
Die Fig . 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Containerterminals mit zwei Gassen Gi, G2, wobei in jeder Gasse jeweils ein schienengebundener Containerkran 1 verfährt. Jede Gasse Gi, G2, hat einen Bereich 13 für Lastkraftwagen 21, die Container C in den Containerhafen bringen oder von dort abholen. In dem Bereich 13 können Ladestationen 20 für das Aufladen elektrischer Energiespeicher im LKW 21 an- geordnet sein. Die Ladestationen 20 können in oder auf der Fahrbahn angeordnet sein. Das Aufladen kann dabei über galvanische Kontakte und/oder mittels Induktionsspulen, insbesondere berührungsfrei, erfolgen. Am anderen Ende der Gassen sind Bereiche 14 für das Parken von AGVs vorgesehen, welche die Container im Containerterminal verschieben, insbesondere hin zu den Containerbrücken 12 und von den Containerbrücken 12 hin zu den Containerkranen 1 transportieren. In den Bereichen 14 sind ebenfalls Ladekontakte 16 zum Laden der Energiespeicher der AGVs vorgesehen. Diese können in oder auf der Fahrbahn angeordnet sein.
Die Umspannungseinheit 5 weist einen Transformator 5a auf, der die Mittelspannung in die Niederspannung NU heruntertransformiert und umgekehrt. Die Niederspannung wird einem Umrichter 5b zugeführt, welcher aus der Niederspannung NU eine Gleichspannung zum Laden des Energiespeichers 5c macht. Zusätzlich ist der Umrichter 5b in der Lage, die vom Energiespeicher 5c gelieferte Gleichspannung in die AC-Niederspannung NU umzuwandeln, so dass eine Energieeinspeisung vom Energiespeicher 5c in das Niederspan- nungsnetz sowie optional auch in das Mittelspannungsnetz 6 möglich ist.
Zwischen den beiden Gassen ist eine Stromschienentrasse mit zwei daran angeordneten Stromschienen 2 angeordnet, wobei die Containerkrane 1 Stromabnehmerkontakte la aufweisen, die auf den Stromschienen 2 schleifen. Die Stromabnehmerkontakte la sind über elektrische Leitungen mit einem nicht dargestellten Schaltschrank in Verbindung, welcher auf dem Containerkran 1 angeordnet ist. Optional kann ein Energiespeicher lc auf dem Containerkran 1 angeordnet sein, der zur Speicherung elektrischer Energie dient. Dabei kann der Energiespeicher lc über das Niederspannungsnetz oder aber durch Reku- peration gewonnene Energie aufgeladen werden. Ebenso ist es möglich, dass die Rekuperationsenergie direkt oder die im Energiespeicher gespeicherte Energie über einen Wechselrichter lb in das Niederspannungsnetz über die Stromschiene 2 eingespeist wird.
Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hafenanlage mit vier Containergassen Gi-4, wobei an den Enden jeder Gasse jeweils Ladebereiche 13, 14 für Lastkraftwagen und AGVs vorgesehen sind. Jedem Ladebereich 13, 14 ist eine eigene Umspannungseinheit 15 und Steuereinheit 17 zugeordnet. Die Umspannungseinheiten 15 transformieren die Mittelspannung MU in eine Niederspannung bzw. eine für die Steuereinheiten 17 benötigte Spannung herunter. Die Steuereinheiten 17 dienen zur Steuerung der Ladevorgänge der Energiespeicher der LKWs und AGVs. Selbstverständlich ist es optional auch möglich, dass die Umspannungs¬ einheiten 15 auch noch die Versorgung der Containerkrane 1 mit Niederspan- nung übernehmen. Bei entsprechender Auslegung kann es auch reichen, lediglich eine Umspannungseinheit 15 für beide oder alle Ladebereiche 13, 14 und optional auch der Containerkrane 1 vorzusehen. Das Laden der LKWs und AGVs kann entweder galvanisch über Ladekontakte und/oder induktiv mittels Induktionsspulen erfolgen.
Die Figur 4 zeigt eine Darstellung für zwei Containerkrane 1, die energieoptimiert betrieben werden. Der linke Containerkran wird nachfolgend als Kran 1 und der rechte Containerkran nachfolgend mit Kran 2 bezeichnet. Über die Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe E der Containerkrane 1 wer- den deren Bewegungen synchronisiert, so dass, während der Kran 1 einen Container C absenkt, gleichzeitig der Kran 2 einen Container C anhebt und umgekehrt. Beim Absenken eines Containers wird über Rekuperation Energie erzeugt, die in das Niederspannungsnetz über die Stromschiene 2 eingespeist wird . Die durch Rekuperation gewonnene Energie ist abhängig vom Gewicht des gerade abgesenkten Containers C in der Regel geringer als die für das Anheben benötigte Energie. Dies ist in den Diagrammen über den zeitlichen Energieverbrauch zu sehen. Ein negativer Energieverbrauch bedeutet dabei, dass Energie rückgewonnen wird. Der resultierende Gesamtenergieverbrauch beider Krane 1 und 2 ist somit geringer als der Energieverbrauch der unkoor- diniert agierenden Krane 1 und 2.
Die Figur 5 zeigt den Ladebereich 14 für AGVs 18 mit galvanischen Ladestationen 16, die über einen Gleichrichter 15 mit einer Ladespannung LU, meist einer Gleichspannung, gespeist werden. Die Figur 6 zeigt einen Ladebereich 14 für AGVs 18 mit induktiven Ladestationen 16, wobei die induktiven Ladestatio- nen 16 Induktionsspulen aufweisen, die ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugen und über die induktive Kopplung mit im AGV angeordneten Induktionsspulen zur Energieübertragung zusammenwirken. Selbstverständlich ist es auch möglich, im Ladebereich sowohl galvanische Ladestationen als auch induktive Ladestationen 16 in oder auf der Fahrbahn anzuordnen. Die Figur 7 zeigt ein Hafenterminal mit Ladestationen 16, die im Parkbereich 24 für AGVs 18 zwischen den Containergassen G und den Containerbrücken 12 angeordnet sind . Die Ladestationen 16 sind dabei an eine Umspannungseinheit und Ladesteuerung 15 angeschlossen, welche mit ihrem Eingang an das Mittelspannungsnetz 6, 7, 9 angeschlossen ist und über dieses versorgt wird . Die Parkbereiche 24 werden dabei gleichzeitig zum Laden der batteriebetriebenen AGVs genutzt.

Claims

Patentansprüche
1. Containerterminal, insbesondere in Form eines Containerhafens, mit in Gassen (Gi=i-4) verfahrbaren Containerkranen (1), wobei im Containerterminal, insbesondere autonom, fahrende Fahrzeuge (18, 21), insbesondere zum Transport von Containern (C), vorhanden sind, welche elektrische Energiespeicher aufweisen, die zur Versorgung mindestens eines elektrischen Antriebes des Fahrzeugs (18, 21) dienen, wobei Ladestationen (16, 20) vorgesehen sind, welche zum Laden der elektrischen Energiespeicher der Fahrzeuge (18, 21) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationen (16, 20) im Bereich, insbesondere Endbereich (13, 14), einer Gasse (Gi=i-4) und/oder im Bereich zwischen den Gassen (Gi=i-4) und der Kaimauer (K), insbesondere im Parkbereich (24) für AGVs, angeordnet sind .
2. Containerterminal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ladestation (16, 20) oder eine Gruppe von Ladestationen (16, 20) an einer Ladesteuerungseinheit (17) angeschlossen ist bzw. sind .
3. Containerterminal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesteuerungseinheit (17) den Ladezustand der über die Ladestation (16, 20) aufzuladenden Energiespeicher überwacht und, insbesondere die Ladespannung, steuert.
4. Containerterminal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gasse (Gi=i-4) Aufstandsflächen (Ac) für Container in Reihen
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und Spalten (SPk=i-9) angeordnet sind, wobei in einer Reihe (Rj) mehrere Container (C) nebeneinander in Spalten (SPk) parallel zueinander angeordnet werden, und im Endbereich (13, 14) jeweils mindestens eine Ladefläche (Lk) pro Spalte (Spk) vorgesehen ist, und dass im Bereich der Ladefläche (Lk) jeweils mindestens eine Ladestation (16, 20) im oder auf dem Boden angeordnet ist.
5. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationen (16, 20) galvanische Kontakte zur Kontaktierung mit Stromabnehmern der Fahrzeuge (18, 21) sind bzw. aufweisen.
6. Containerterminal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationen (16) Induktionsspulen zur induktiven Energie- und/oder Datenübertragung aufweisen, die insbesondere Bestandteil von elektrischen Schwingkreisen sind .
7. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationen (16, 20) Kontakte, Sensoren und/oder Spulen aufweisen, die zur Erkennung, insbesondere Positionserkennung, des autonomen Fahrzeugs (18, 21) dienen.
8. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationen (16, 20) erst dann einen galvanischen Kontakt mit einer Versorgungsspannung für die Energieübertragung beaufschlagen und/oder die induktiv arbeitenden Ladestationen (16, 20) erst dann ein Magnetfeld zur Energieübertragung erzeugen, wenn das autonome Fahrzeug mit seinen Ladekontakten richtig zu den Ladekontakten der Ladestation (16, 20) positioniert ist.
9. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Containerterminal ein Mittelspannungsversorgungsnetz (6, 7, 8) aufweist, über das die Containerkrane (1, 12) und Ladestationen (16, 20) elektrisch versorgt sind, wobei die Containerkrane (12) direkt und/oder über mindestens eine Umspannungseinheit (5, 15) an das Mittelspannungsversorgungsnetz (6, 7, 8) angeschlossen sind .
10. Containerterminal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an das Mittelspannungsnetz (6, 7) über eine Zuführleitung (8) mindestens eine weitere Umspannungseinheit (15) angeschlossen ist, die die Mittelspannung (MU) in ein Niederspannung (NU) umwandelt, wobei die Niederspannung (NU) den Ladestationen (16, 20) zum Aufladen von Energiespeichern von Fahrzeugen (18, 21) über elektrische Leitungen (16a, 20a) zugeführt wird. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das Mittelspannungsnetz (6, 7, 8) mindestens eine Umspannungseinheit (5) angeschlossen ist, und die Umspannungseinheit (5) die Mittelspannung (MU) des Mittelspannungsnetzes (6, 7) in eine Niederspannung (NU) umwandelt und Containerkranen (1) über ein Niederspannungsnetz (3) und Stromschienen (2) zuführt.
Containerterminal nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannung (NU) zwischen 110V bis 1.500V, bevorzugt zwischen 380V bis 1000V, beträgt und entweder eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder eine Gleichspannung ist.
Containerterminal nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Containerkran (1) in einer Gasse (Gi=i-4) entlang mindestens einer Stromschiene (2) auf Schienen (4) verfahrbar ist, wobei die Umspannungseinheit (5) innerhalb, neben und/oder vor der Gasse (Gi =i-4) und/oder der Stromschiene (2) des Containerkrans (1) oder eines anderen schienengebundenen Containerkrans (1) angeordnet ist.
Containerterminal nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspannungseinheit (5) in einem Gehäuse oder mehreren Gehäusen, insbesondere in einem oder mehreren Containern angeordnet ist.
Containerterminal nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Container mit der darin angeordneten Umspannungseinheit (5) innerhalb der Gasse (G,) auf mindestens einem für Frachtcontainer (C) vorgesehenen Abstellplatz (Ac) angeordnet ist, so dass Frachtcon tainer (C) über den Container mit der Umspannungseinheit (5) stapelbar sind .
Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektrischer Energiespeicher (5c) vorhanden ist, welcher zusammen mit der Umspannungseinheit (5) in einem Gehäuse oder in einem gesonderten Gehäuse, insbesondere in einem stapelbaren Container, innerhalb, neben und/oder vor der Gasse (Gi = i-4) und/oder einer Stromschiene (2) angeordnet ist.
17. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Containerkran (1) ein elektrischer Energiespeicher (lc) angeordnet ist.
18. Containerterminal nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher (lc, 5c) zur Speicherung der durch einen Containerkran (1) rückgewonnenen elektrischen Energie und/oder zur Einspeisung elektrischer Energie in das Niederspannungsnetz (2, 3) und/oder zur Glättung der Niederspannung (NU) im Niederspannungsnetz (2, 3) dient.
19. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspannungseinheiten (5, 15) zusätzlich Kommunikationseinrichtungen aufweisen, über die die Containerkrane (1) und/oder die an den Ladestationen (16, 20) angeschlossenen Fahrzeuge (18, 21) mit mindestens einer entfernt angeordneten Datenkommunikationseinrichtung kommunizieren.
20. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Containerterminal eine Anbindung zu einem Hafen (W) und Containerbrücken (12) zum Be- und Entladen von Containerschiffen (S) aufweist.
21. Containerterminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe (E) der Containerkrane (1, 12) vorhanden ist, die anhand der zu erledigenden Aufgaben im Containerterminal die Handlungsabläufe zumindest einiger oder aller Containerkrane (1, 12) steuert.
22. Containerterminal nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe anhand des benötigten Energiebedarfs der zu erledigenden Aufgaben die zeitliche Reihenfolge und den zeitlichen Ablauf des Abarbeitens der zu erledigenden Aufgaben bestimmt.
23. Containerterminal nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe den einzelnen Containerkranen (1, 12) Steuerbefehle übersendet, die Informationen enthalten, wann welche Aufgabe zu erledigen ist. 24. Containerterminal nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe Bewegungen der Containerkrane, insbesondere das Anheben und Absenken der Container und/oder das Verfahren der Containerkrane (1), miteinander synchronisiert. 25. Containerterminal nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Handlungsabläufe mindestens einen der vorhandenen Energiespeicher (lc, 5c) insbesondere in den Zeiten auflädt bzw. von den zugehörigen Steuerungseinrichtungen des Containerterminals aufladen lässt, wenn die über das Hochspan- nungsnetz (11) bereitgestellte Energie kostengünstig ist.
26. Containerterminal nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Containerkrane (1, 12) zu Gruppen von mindestens zwei Kranen zusammengefasst werden, wobei die Containerkrane einer Gruppe ihre Handlungen selbst miteinander synchronisieren und abstim- men, um die Belastung des Versorgungsnetzes (3, 6, 7, 8, 11) zu minimieren.
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