CN105836089B - 一种储能船舶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能船舶，包含：若干个风能发电机；若干个太阳能发电机；应急发电机；电力推进及转向单元；用电负载；储能单元，分别与所述风能发电机、太阳能发电机及应急发电机通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元及用电负载通过电能输出线电连接；综合能源管理单元，分别与应急发电机及储能单元电连接。本发明利用风能和太阳能发电，并将电能存储在储能液中，储能液存储的电能运送到陆地交换站，解决海上风能和太阳能发电输电的难题。

Description

一种储能船舶

技术领域

本发明涉及绿色能源船舶，具体设计一种利用风能和太阳能发电，并将电能储存的船舶。

背景技术

储能液，例如全钒液流，被认为是一种新型清洁能源存储物质，具有功率大、寿命长、可靠性高且支持频繁大电流充放电的显著优势。另外一方面，太阳能和风能在我国陆地上被广泛地使用，装机容量占据世界四分之一。但是资源丰富的海上风能和太阳能资源利用不足，主要的原因在于安装海底电缆的成本过高、系统的故障率也高。

目前陆续有公布的海上新能源发电装置和船舶方面的专利，例如公开号为CN101837827A的专利文献公开了一种结合风力及太阳能发电的电力推进绿色船舶，其主要保护一种主要利用风能或太阳能发电的电能直接或经蓄电池供电给螺旋桨电动机及船上所有用电设备和设施的船舶；再如，公开号为CN102506012A的专利文献公开了一种锚泊半潜连体底座海上风力发电机组，其主要保护一种7台风力发电机安装在一个正六边形半潜式钢结构联合基础平台上的锚泊半潜连体底座海上风力发电机组；再如，公开号为CN102457213A的专利文献公开了一种光伏发电船帆电气系统以及装设有该电气系统的船，其主要是利用光伏达到为船舶提供动力；再如，公开号为CN101823552A的专利文献公开了一种全风光动力船，其技术方案为前后桅杆顶端安装前后风力发电机，后风力发电机的螺旋桨风叶帆兼用来控制航向；在船顶舱顶盖上面铺设太阳能电池板，在前、后风帆上面贴敷柔性光伏电池薄膜；再如，公开号为CN102673763A的专利文献公开了一新能源电动船，主要涉及一种以太阳能、风能、潮汐能等可再生能源所产生的电能为动力的新能源电动船。

现有技术中的海上风能发电装置大多数采用固定或者半固定的方式。这些固定或者半固定的方式一方面限制了风机离陆地的距离，另外一方面缺乏随着季节和环境变化而调整的灵活性。在可移动的船舶方面，风能发电和太阳能发电大多数仅作为船舶的动力来使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能船舶，利用风能和太阳能发电，并将电能存储在储能液中，储能液存储的电能运送到陆地交换站，解决海上风能和太阳能发电输电的难题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种储能船舶，其特点是，包含：

若干个风能发电机；

若干个太阳能发电机；

应急发电机；

电力推进及转向单元；

用电负载；

储能单元，分别与所述风能发电机、太阳能发电机及应急发电机通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元及用电负载通过电能输出线电连接；

综合能源管理单元，分别与应急发电机及储能单元电连接。

所述的储能单元包含第一储能液舱、第二储能液舱及连通所述第一储能液舱和第二储能液舱的双向交换泵，其中，所述的第一储能液舱分别与所述风能发电机及太阳能发电机通过电能输入线电连接，所述的第一储能液舱还设有岸基交换泵，用于与岸上换流站进行电能交换，所述的第二储能液舱分别与所述风能发电机、太阳能发电机及应急发电机通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元及用电负载通过电能输出线电连接。

所述的储能船舶还包含岸上充电单元，所述的岸上充电单元通过电能输入线与所述第二储能液舱电连接。

所述的第一储能液舱处于充电工作模式，所述的第二储能液舱处于充电及放电工作模式。

所述的风能发电机为垂直轴风机。

所述的太阳能发电机为可延伸的太阳能光伏电池板。

所述的应急发电机为柴油应急发电机。

所述的电力推进及转向单元包含若干个螺旋桨、与螺旋桨匹配的螺旋桨电动机、自动舵及与自动舵匹配的自动舵电动机，所述的螺旋桨电动机及自动舵电动机的电能由第二储能液舱提供。

所述的螺旋桨为可调螺距螺旋桨。

所述的储能船舶为电力推进船舶。

本发明一种储能船舶与现有技术相比具有以下优点：利用风能和太阳能发电，并将所发的电能存储于储能液中，最后船舶将储能液运送回码头，实现将海上风能和太阳能所发的电能运输到陆上，省去了海底电缆的铺设；储能船舶有自己的动力，能够根据环境变化选择风场，提高了海洋风能和太阳能的利用效率；船舶本身主要利用太阳能和风能所发的电能驱动，减少化石能源的需求并减少尾气的排放，属于绿色船舶。

附图说明

图1为本发明一种储能船舶的整体结构示意图；

图2为本发明的电路连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1及图2所示，一种储能船舶，主要是一种电力推进船舶，包含：船体100，为其他部件提供承载；若干个风能发电机200，安装在船体100上，考虑到船舶的稳定性和安全性，若干个风能发电机200分别安装在船体100的龙骨上，并且采用延着船体100纵向排列的方式安装，以减少风能发电机200对船舶稳定性的影响；若干个太阳能发电机300，布置在船体100的甲板上及驾驶舱的上方，用于最大限度地接收太阳能；一应急发电机400，安装在船体100内部；电力推进及转向单元500，安装在船体100上，控制船舶行驶速度与方向，包含若干个螺旋桨501、与螺旋桨501匹配的螺旋桨电动机502、自动舵503及与自动舵503匹配的自动舵电动机504；用电负载600，安装在船体100上，主要是一些照明设施及生活电器，分为直流用电设备601和交流用电设备602；储能单元，船体100的剩余体积除生活区之外，大部分为储能单元，分别与所述风能发电机200、太阳能发电机300及应急发电机400通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元500及用电负载600通过电能输出线电连接；综合能源管理单元800，分别与应急发电机400及储能单元电连接，综合能源管理单元800的工作原则为，在保证航行距离和安全情况下，尽可能多地存储电能。

在本实施例中，所述的储能单元包含第一储能液舱701、第二储能液舱702及连通所述第一储能液舱701和第二储能液舱702的双向交换泵，其中，所述的第一储能液舱701分别与所述风能发电机200及太阳能发电机300通过电能输入线电连接，所述的第一储能液舱701还设有岸基交换泵7011，用于与岸上换流站进行电能交换，所述的第二储能液舱702分别与所述风能发电机200、太阳能发电机300及应急发电机400通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元500及用电负载600通过电能输出线电连接；在本实施例中，第一储能液舱701只用于储能，而第二储能液舱702用于为船舶提供动力，综合能源管理单元800能够根据动力需求调节第一储能液舱701和第二储能液舱702的储能液体积，对于第一储能液舱701，当船舶驶入港口后，与岸上换流站进行电能交换，达到输电的目的，而第二储能液舱702通过外接泵7021将储能液泵入电池堆体内，可以采用离子交换膜作为电池组的隔膜来发电，以提供船舶行驶的电能，驱动螺旋桨电动机502和自动舵电动机504；较佳地，；优选地，在本实施例中，所述的第一储能液舱701处于充电工作模式，所述的第二储能液舱702处于充电及放电工作模式。

在本实施例中，较佳地，所述的储能船舶还包含岸上充电单元900，所述的岸上充电单元900通过电能输入线与所述第二储能液舱702电连接，用于当船舶靠岸时，通过岸电系统向第二储能液舱702进行充电，以使第二储能液舱702储能。

如图2所示，应急发电机400所发的电通过AC-DC变换器在应急情况下并入直流母线，通过集成综合管理，应急发电机400能保持在经济工况下；风能发电机200所发的交流电通过AC-DC变换器并入直流母线；太阳能发电机所发的直流电通过DC-DC变换器并入直流母线；第一储能液舱701通过DC-DC变换器与直流母线相连，进行充电；第二储能液舱702通过双向DC-DC变换器与直流母线相连，进行充电和放电，船舶上的直流用电设备601和交流用电设备602分别通过DC-DC变换器和DC-AC变换器从直流母线上获得电能，或者直接从第二储能液舱702获得电能。当船舶靠岸后，第二储能液舱702中的电量基本耗尽，第二储能液舱702可以通过岸上充电单元900进行充电，第二储能液舱702中的电能用于驱动螺旋桨电动机502及自动舵电动机504。

在本实施例中，所述的风能发电机为垂直轴风机，目前比较成熟的垂直轴风机功率不太大，本发明中选用500kW的垂直轴风机，垂直轴风机叶片的直径达到13-15米，叶片的高度17-20米，垂直轴风机的数量按照如下公式计算：

n×500≥m×0.5

其中，n为垂直轴风机的数量，m为船舶满载排水量(吨)，500为垂直轴风机的单机功率，0.5为经济系数。

在本实施例中，所述的太阳能发电机为可延伸的太阳能电池板，可延伸的太阳能光伏电池板能够扩大光照的面积，提高发电效率，采用目前公知技术中比较成熟的光伏发电技术即可。

在本实施例中，所述的应急发电机为柴油应急发电机，由于中国的海上风场大多数分布于离海洋线20公里以内的海面上，较佳地，柴油应急发电机的功率和船舶存储柴油的质量依据船舶行驶20公里所需电能进行计算即可。

在本实施例中，所述的螺旋桨501为可调螺距螺旋桨；考虑储能液的质量，采用双螺旋桨的布置方式。

具体应用：船舶驶离港口前，通过岸上充电单元向第二储能液舱进行充电，以提供航行的动力，船舶根据天气和环境，驶入风场，太阳能发电机和风能发电机分别将太阳能和风能转换为电能，对储能单元的第一储能液舱和第二储能液舱进行充电。第一储能液舱中储存的电能用于船舶返回到港口后，与岸上换流站进行储能液交换并放电；第二储能液舱中储存的电能用来提供船舶返航时行驶的动力，通过行驶距离、船舶的载重量和行驶工况来计算并自适应调整第二储能液舱的储能液体积，如果遇到恶劣情况，如风能和太阳能所发的电量不够支撑船舶行驶时，综合能源管理单元可控制应急发电机启动，为储能液充电并推进船舶，综合能源管理单元能够保证应急发电机始终工作于经济工况、第二储能液舱的储能液体积和第一储能液舱的储能液体积能够保持在最佳比例状态。

以2000吨满载排水量的船舶为例，根据计算公式，需要2座500kW垂直轴风机，垂直轴风机的总质量为12吨-15吨，风机质量与满载排水量的比值小于1％。假如该船舶能载重1500吨的储能液，存储的能量能达到18兆瓦时到45兆瓦时。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种储能船舶，其特征在于，包含：

若干个风能发电机；所述的风能发电机为500kW垂直轴风机；垂直轴风机叶片的直径达到13-15米，叶片的高度17-20米，垂直轴风机的数量按照如下公式计算：

n×500≥m×0.5

其中，n为垂直轴风机的数量，m为船舶满载排水量，500为垂直轴风机的单机功率，0.5为经济系数；

若干个太阳能发电机；所述的太阳能发电机为可延伸的太阳能光伏电池板；

应急发电机；

电力推进及转向单元；

用电负载；

储能单元，所述的储能单元包含第一储能液舱、第二储能液舱及连通所述第一储能液舱和第二储能液舱的双向交换泵，其中，所述的第一储能液舱分别与所述风能发电机及太阳能发电机通过电能输入线电连接，所述的第一储能液舱还设有岸基交换泵，用于与岸上换流站进行电能交换，所述的第二储能液舱分别与所述风能发电机、太阳能发电机及应急发电机通过电能输入线电连接，还分别与电力推进及转向单元及用电负载通过电能输出线电连接；

综合能源管理单元，分别与应急发电机及储能单元电连接。

2.如权利要求1所述的储能船舶，其特征在于，进一步包含岸上充电单元，所述的岸上充电单元通过电能输入线与所述第二储能液舱电连接。

3.如权利要求1所述的储能船舶，其特征在于，所述的第一储能液舱处于充电工作模式，所述的第二储能液舱处于充电及放电工作模式。

4.如权利要求1所述的储能船舶，其特征在于，所述的应急发电机为柴油应急发电机。

5.如权利要求1所述的储能船舶，其特征在于，所述的电力推进及转向单元包含若干个螺旋桨、与螺旋桨匹配的螺旋桨电动机、自动舵及与自动舵匹配的自动舵电动机，所述的螺旋桨电动机及自动舵电动机的电能由第二储能液舱提供。

6.如权利要求5所述的储能船舶，其特征在于，所述的螺旋桨为可调螺距螺旋桨。

7.如权利要求1所述的储能船舶，其特征在于，所述的储能船舶为电力推进船舶。