一種儲能船舶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種儲能船舶，包含：若干個(gè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)；若干個(gè)太陽能發(fā)電機(jī)；應(yīng)急發(fā)電機(jī)；電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元；用電負(fù)載；儲能單元，分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元及用電負(fù)載通過電能輸出線電連接；綜合能源管理單元，分別與應(yīng)急發(fā)電機(jī)及儲能單元電連接。本發(fā)明利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，并將電能存儲在儲能液中，儲能液存儲的電能運(yùn)送到陸地交換站，解決海上風(fēng)能和太陽能發(fā)電輸電的難題。
【專利說明】
一種儲能船舶
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及綠色能源船舶，具體設(shè)計(jì)一種利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，并將電能儲存的船舶。
【背景技術(shù)】
[0002]儲能液，例如全釩液流，被認(rèn)為是一種新型清潔能源存儲物質(zhì)，具有功率大、壽命長、可靠性高且支持頻繁大電流充放電的顯著優(yōu)勢。另外一方面，太陽能和風(fēng)能在我國陸地上被廣泛地使用，裝機(jī)容量占據(jù)世界四分之一。但是資源豐富的海上風(fēng)能和太陽能資源利用不足，主要的原因在于安裝海底電纜的成本過高、系統(tǒng)的故障率也高。
[0003]目前陸續(xù)有公布的海上新能源發(fā)電裝置和船舶方面的專利，例如公開號為CN101837827A的專利文獻(xiàn)公開了一種結(jié)合風(fēng)力及太陽能發(fā)電的電力推進(jìn)綠色船舶，其主要保護(hù)一種主要利用風(fēng)能或太陽能發(fā)電的電能直接或經(jīng)蓄電池供電給螺旋槳電動機(jī)及船上所有用電設(shè)備和設(shè)施的船舶;再如，公開號為CN102506012A的專利文獻(xiàn)公開了一種錨泊半潛連體底座海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其主要保護(hù)一種7臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在一個(gè)正六邊形半潛式鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)合基礎(chǔ)平臺上的錨泊半潛連體底座海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；再如，公開號為CN102457213A的專利文獻(xiàn)公開了一種光伏發(fā)電船帆電氣系統(tǒng)以及裝設(shè)有該電氣系統(tǒng)的船，其主要是利用光伏達(dá)到為船舶提供動力；再如，公開號為CN101823552A的專利文獻(xiàn)公開了一種全風(fēng)光動力船，其技術(shù)方案為前后桅桿頂端安裝前后風(fēng)力發(fā)電機(jī)，后風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺旋槳風(fēng)葉帆兼用來控制航向；在船頂艙頂蓋上面鋪設(shè)太陽能電池板，在前、后風(fēng)帆上面貼敷柔性光伏電池薄膜;再如，公開號為CN102673763A的專利文獻(xiàn)公開了一新能源電動船，主要涉及一種以太陽能、風(fēng)能、潮汝能等可再生能源所產(chǎn)生的電能為動力的新能源電動船。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的海上風(fēng)能發(fā)電裝置大多數(shù)采用固定或者半固定的方式。這些固定或者半固定的方式一方面限制了風(fēng)機(jī)離陸地的距離，另外一方面缺乏隨著季節(jié)和環(huán)境變化而調(diào)整的靈活性。在可移動的船舶方面，風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電大多數(shù)僅作為船舶的動力來使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種儲能船舶，利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，并將電能存儲在儲能液中，儲能液存儲的電能運(yùn)送到陸地交換站，解決海上風(fēng)能和太陽能發(fā)電輸電的難題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種儲能船舶，其特點(diǎn)是，包含:
[0007]若干個(gè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)；
[0008]若干個(gè)太陽能發(fā)電機(jī)；
[0009]應(yīng)急發(fā)電機(jī)；
[00?0]電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元；
[0011]用電負(fù)載；
[0012]儲能單元，分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元及用電負(fù)載通過電能輸出線電連接；
[0013]綜合能源管理單元，分別與應(yīng)急發(fā)電機(jī)及儲能單元電連接。
[0014]所述的儲能單元包含第一儲能液艙、第二儲能液艙及連通所述第一儲能液艙和第二儲能液艙的雙向交換栗，其中，所述的第一儲能液艙分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)及太陽能發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，所述的第一儲能液艙還設(shè)有岸基交換栗，用于與岸上換流站進(jìn)行電能交換，所述的第二儲能液艙分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元及用電負(fù)載通過電能輸出線電連接。
[0015]所述的儲能船舶還包含岸上充電單元，所述的岸上充電單元通過電能輸入線與所述第二儲能液艙電連接。
[0016]所述的第一儲能液艙處于充電工作模式，所述的第二儲能液艙處于充電及放電工作模式。
[0017]所述的風(fēng)能發(fā)電機(jī)為垂直軸風(fēng)機(jī)。
[0018]所述的太陽能發(fā)電機(jī)為可延伸的太陽能光伏電池板。
[0019]所述的應(yīng)急發(fā)電機(jī)為柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)。
[0020]所述的電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元包含若干個(gè)螺旋槳、與螺旋槳匹配的螺旋槳電動機(jī)、自動舵及與自動舵匹配的自動舵電動機(jī)，所述的螺旋槳電動機(jī)及自動舵電動機(jī)的電能由第二儲能液艙提供。
[0021 ]所述的螺旋槳為可調(diào)螺距螺旋槳。
[0022]所述的儲能船舶為電力推進(jìn)船舶。
[0023]本發(fā)明一種儲能船舶與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，并將所發(fā)的電能存儲于儲能液中，最后船舶將儲能液運(yùn)送回碼頭，實(shí)現(xiàn)將海上風(fēng)能和太陽能所發(fā)的電能運(yùn)輸?shù)疥懮?，省去了海底電纜的鋪設(shè);儲能船舶有自己的動力，能夠根據(jù)環(huán)境變化選擇風(fēng)場，提高了海洋風(fēng)能和太陽能的利用效率;船舶本身主要利用太陽能和風(fēng)能所發(fā)的電能驅(qū)動，減少化石能源的需求并減少尾氣的排放，屬于綠色船舶。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明一種儲能船舶的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的電路連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0027]如圖1及圖2所示，一種儲能船舶，主要是一種電力推進(jìn)船舶，包含:船體100，為其他部件提供承載;若干個(gè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)200，安裝在船體100上，考慮到船舶的穩(wěn)定性和安全性，若干個(gè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)200分別安裝在船體100的龍骨上，并且采用延著船體100縱向排列的方式安裝，以減少風(fēng)能發(fā)電機(jī)200對船舶穩(wěn)定性的影響;若干個(gè)太陽能發(fā)電機(jī)300，布置在船體100的甲板上及駕駛艙的上方，一最大限度的接收太陽能；一應(yīng)急發(fā)電機(jī)400，安裝在船體100內(nèi)部；電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元500，安裝在船體100上，控制船舶行駛速度與方向，包含若干個(gè)螺旋槳501、與螺旋槳501匹配的螺旋槳電動機(jī)502、自動舵503及與自動舵503匹配的自動舵電動機(jī)504;用電負(fù)載600，安裝在船體100上，主要是一些照明設(shè)施及生活電器，分為直流用電設(shè)備601和交流用電設(shè)備602;儲能單元，船體100的剩余體積除生活區(qū)之外，大部分為儲能單元，分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)200、太陽能發(fā)電機(jī)300及應(yīng)急發(fā)電機(jī)400通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元500及用電負(fù)載600通過電能輸出線電連接;綜合能源管理單元800，分別與應(yīng)急發(fā)電機(jī)400及儲能單元電連接，綜合能源管理單元800的工作原則為，在保證航行距離和安全情況下，盡可能多地存儲電能。
[0028]在本實(shí)施例中，所述的儲能單元包含第一儲能液艙701、第二儲能液艙702及連通所述第一儲能液艙701和第二儲能液艙702的雙向交換栗，其中，所述的第一儲能液艙701分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)200及太陽能發(fā)電機(jī)300通過電能輸入線電連接，所述的第一儲能液艙701還設(shè)有岸基交換栗7011，用于與岸上換流站進(jìn)行電能交換，所述的第二儲能液艙702分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)200、太陽能發(fā)電機(jī)300及應(yīng)急發(fā)電機(jī)400通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元500及用電負(fù)載600通過電能輸出線電連接;在本實(shí)施例中，第一儲能液艙701只用于儲能，而第二儲能液艙702用于為船舶提供動力，綜合能源管理單元800能夠根據(jù)動力需求調(diào)節(jié)第一儲能液艙701和第二儲能液艙702的儲能液體積，對于第一儲能液艙701，當(dāng)船舶駛?cè)敫劭诤?，與岸上換流站進(jìn)行電能交換，達(dá)到輸電的目的，而第二儲能液艙702通過外接栗7021將儲能液栗入電池堆體內(nèi)，可以采用離子交換膜作為電池組的隔膜來發(fā)電，以提供船舶行駛的電能，驅(qū)動螺旋槳電動機(jī)502和自動舵電動機(jī)504;較佳地，；優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述的第一儲能液艙701處于充電工作模式，所述的第二儲能液艙702處于充電及放電工作模式。
[0029]在本實(shí)施例中，較佳地，所述的儲能船舶還包含岸上充電單元900，所述的岸上充電單元900通過電能輸入線與所述第二儲能液艙702電連接，用于當(dāng)船舶靠岸時(shí)，通過岸電系統(tǒng)向第二儲能液艙702進(jìn)行充電，以使第二儲能液艙702儲能。
[0030]如圖2所示，應(yīng)急發(fā)電機(jī)400所發(fā)的電通過AC-DC變換器在應(yīng)急情況下并入直流母線，通過集成綜合管理，應(yīng)急發(fā)電機(jī)400能保持在經(jīng)濟(jì)工況下;風(fēng)能發(fā)電機(jī)200所發(fā)的交流電通過AC-DC變換器并入直流母線;太陽能發(fā)電機(jī)所發(fā)的直流電通過DC-DC變換器并入直流母線;第一儲能液艙701通過DC-DC變換器與直流母線相連，進(jìn)行充電；第二儲能液艙702通過雙向DC-DC變換器與直流母線相連，進(jìn)行充電和放電，船舶上的直流用電設(shè)備601和交流用電設(shè)備602分別通過DC-DC變換器和DC-AC變換器從直流母線上獲得電能，或者直接從第二儲能液艙702獲得電能。當(dāng)船舶靠岸后，第二儲能液艙702中的電量基本耗盡，第二儲能液艙702可以通過岸上充電單元900進(jìn)行充電，第二儲能液艙702中的電能用于驅(qū)動螺旋槳電動機(jī)502及自動舵電動機(jī)504。
[0031]在本實(shí)施例中，所述的風(fēng)能發(fā)電機(jī)為垂直軸風(fēng)機(jī)，目前比較成熟的垂直軸風(fēng)機(jī)功率不太大，本發(fā)明中選用500kW的垂直軸風(fēng)機(jī)，垂直軸風(fēng)機(jī)葉片的直徑達(dá)到13-15米，葉片的高度17-20米，垂直軸風(fēng)機(jī)的數(shù)量按照如下公式計(jì)算:
[0032]nX500>mX0.5
[0033]其中，η為垂直軸風(fēng)機(jī)的數(shù)量，m為船舶滿載排水量(噸)，500為垂直軸風(fēng)機(jī)的單機(jī)功率，0.5為經(jīng)濟(jì)系數(shù)。
[0034]在本實(shí)施例中，所述的太陽能發(fā)電機(jī)為可延伸的太陽能電池板，可延伸的太陽能光伏電池板能夠擴(kuò)大光照的面積，提高發(fā)電效率，采用目前公知技術(shù)中比較成熟的光伏發(fā)電技術(shù)即可。
[0035]在本實(shí)施例中，所述的應(yīng)急發(fā)電機(jī)為柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)，由于中國的海上風(fēng)場大多數(shù)分布于離海洋線20公里以內(nèi)的海面上，較佳地，柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)的功率和船舶存儲柴油的質(zhì)量依據(jù)船舶行駛20公里所需電能進(jìn)行計(jì)算即可。
[0036]在本實(shí)施例中，所述的螺旋槳501為可調(diào)螺距螺旋槳;考慮儲能液的質(zhì)量，采用雙螺旋槳的布置方式。
[0037]具體應(yīng)用:船舶駛離港口前，通過岸上充電單元向第二儲能液艙進(jìn)行充電，以提供航行的動力，船舶根據(jù)天氣和環(huán)境，駛?cè)腼L(fēng)場，太陽能發(fā)電機(jī)和風(fēng)能發(fā)電機(jī)分別將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，對儲能單元的第一儲能液艙和第二儲能液艙進(jìn)行充電。第一儲能液艙中儲存的電能用于船舶返回到港口后，與岸上換流站進(jìn)行儲能液交換并放電；第二儲能液艙中儲存的電能用來提供船舶返航時(shí)行駛的動力，通過行駛距離、船舶的載重量和行駛工況來計(jì)算并自適應(yīng)調(diào)整第二儲能液艙的儲能液體積，如果遇到惡劣情況，如風(fēng)能和太陽能所發(fā)的電量不夠支撐船舶行駛時(shí)，綜合能源管理單元可控制應(yīng)急發(fā)電機(jī)啟動，為儲能液充電并推進(jìn)船舶，綜合能源管理單元能夠保證應(yīng)急發(fā)電機(jī)始終工作于經(jīng)濟(jì)工況、第二儲能液艙的儲能液體積和第一儲能液艙的儲能液體積能夠保持在最佳比例狀態(tài)。
[0038]以2000噸滿載排水量的船舶為例，根據(jù)計(jì)算公式，需要2座500kW垂直軸風(fēng)機(jī)，垂直軸風(fēng)機(jī)的總質(zhì)量為12噸-15噸，風(fēng)機(jī)質(zhì)量與滿載排水量的比值小于I %。假如該船舶能載重1500噸的儲能液，存儲的能量能達(dá)到18兆瓦時(shí)到45兆瓦時(shí)。
[0039]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種儲能船舶，其特征在于，包含: 若干個(gè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)； 若干個(gè)太陽能發(fā)電機(jī)； 應(yīng)急發(fā)電機(jī)； 電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元； 用電負(fù)載； 儲能單元，分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元及用電負(fù)載通過電能輸出線電連接； 綜合能源管理單元，分別與應(yīng)急發(fā)電機(jī)及儲能單元電連接。2.如權(quán)利要求1所述的儲能船舶，其特征在于，所述的儲能單元包含第一儲能液艙、第二儲能液艙及連通所述第一儲能液艙和第二儲能液艙的雙向交換栗，其中，所述的第一儲能液艙分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)及太陽能發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，所述的第一儲能液艙還設(shè)有岸基交換栗，用于與岸上換流站進(jìn)行電能交換，所述的第二儲能液艙分別與所述風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過電能輸入線電連接，還分別與電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元及用電負(fù)載通過電能輸出線電連接。3.如權(quán)利要求2所述的儲能船舶，其特征在于，進(jìn)一步包含岸上充電單元，所述的岸上充電單元通過電能輸入線與所述第二儲能液艙電連接。4.如權(quán)利要求2所述的儲能船舶，其特征在于，所述的第一儲能液艙處于充電工作模式，所述的第二儲能液艙處于充電及放電工作模式。5.如權(quán)利要求1所述的儲能船舶，其特征在于，所述的風(fēng)能發(fā)電機(jī)為垂直軸風(fēng)機(jī)。6.如權(quán)利要求1所述的儲能船舶，其特征在于，所述的太陽能發(fā)電機(jī)為可延伸的太陽能光伏電池板。7.如權(quán)利要求1所述的儲能船舶，其特征在于，所述的應(yīng)急發(fā)電機(jī)為柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)。8.如權(quán)利要求2所述的儲能船舶，其特征在于，所述的電力推進(jìn)及轉(zhuǎn)向單元包含若干個(gè)螺旋槳、與螺旋槳匹配的螺旋槳電動機(jī)、自動舵及與自動舵匹配的自動舵電動機(jī)，所述的螺旋槳電動機(jī)及自動舵電動機(jī)的電能由第二儲能液艙提供。9.如權(quán)利要求8所述的儲能船舶，其特征在于，所述的螺旋槳為可調(diào)螺距螺旋槳。10.如權(quán)利要求1所述的儲能船舶，其特征在于，所述的儲能船舶為電力推進(jìn)船舶。
【文檔編號】B63H21/17GK105836089SQ201610157968
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】張輝, 張桂臣, 鄭志海, 劉宏偉
【申請人】張輝