CN106640426B - 一种lng燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，标准集装箱分为上下两层的，下层容纳有所述LNG真空双壁储罐；上层箱体取一个对角线平面设置太阳能基板，并向上和向下延展；在与集装箱交界位置通过铰接轴设置成闭合/展开结构；闭合状态下，太阳能基板位于集装箱外部的部分遮盖在集装箱上表面和侧表面下部，使得外部轮廓为一个标准集装箱；所述集装箱还配合设置锁定和支撑结构；位于所述太阳能基板下方设置LNG燃料发电机及配套设备和管线，以及太阳能发电设备。本发明目的在于使船舶靠港的排放满足《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》要求，同时降低其运营成本；并选用集装箱方式，方便使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种岸基供电系统，更具体地说，涉及一种运用LNG(liquefied-natural-gas，液态天然气)燃料和太阳能两种清洁能源进行联合发电的新型可移动岸基供电系统。
背景技术
随着《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》的实施，长三角、珠三角和环渤海水域被设立为船舶排放控制区。未经发动机改造或未安装尾气处理装置的常规船进入上述区域，低硫油转换成为其主要手段。低硫油的高价位及低硫油频繁转换对主机的损伤，无疑将增加航运企业成本。
如何降低船舶靠港的运营成本，在满足《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》排放标准的同时兼顾节能环保，是新型岸基供电系统需要解决的问题。
发明内容
本发明目的在于使船舶靠港的排放满足《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》要求，同时降低其运营成本。并选用集装箱方式，方便使用。
为了达到上述目的，本发明提供一种LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电系统，包括LNG燃料储罐，、实现LNG燃料发电的LNG燃料发电机，以及配电设备、蓄电池和供电接口；还包括利用太阳能发电的太阳能基板，所述太阳能基板生成的电能并入所述蓄电池用于供电。本发明的改进在于，所述LNG燃料储罐与所述LNG燃料发电机之间设有LNG燃料发电所需的蒸发、加热设备，所述蒸发、加热设备所需的热能由太阳能和所述LNG燃料发电的电能联合供给。
优选方式下，所述LNG燃料储罐的燃料供给出口通过管道和阀门连接了自增压蒸发器和LNG蒸发器；所述LNG蒸发器的输出端连接了LNG加热器，所述LNG加热器连接所述LNG燃料发电机用于LNG发电。所述自增压蒸发器、LNG加热器、LNG蒸发器的热交换介质为水-乙二醇；所述自增压蒸发器、LNG加热器、LNG蒸发器各自的水-乙二醇循环管路连接于一个水-乙二醇太阳能/电加热器和循环泵中，所述水-乙二醇太阳能/电加热器包括实现太阳能加热的真空管以及实现电能加热的电热丝，所述电热丝由所述LNG燃料发电机供电加热。所述自增压蒸发器的输出端通过阀门和管道分别连回所述LNG燃料储罐和连至所述LNG加热器。
此外，最优方式下，所述LNG燃料储罐为LNG真空双壁储罐；所述LNG真空双壁储罐顶部设置了带有加注阀的加注管线和带有回气阀的回气管线；所述自增压蒸发器的输出端连接至所述回气管线。
基于上述原理，本发明还提供了一种适合船舶使用的LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，标准集装箱分为上下两层的，下层容纳有所述LNG真空双壁储罐；上层箱体取一个对角线平面设置太阳能基板，并向上和向下延展；在与所述集装箱交界位置通过铰接轴设置成闭合/展开结构；闭合状态下，所述太阳能基板位于所述集装箱外部的部分遮盖在所述集装箱上表面和侧表面下部，使得外部轮廓为一个标准集装箱；配合所述太阳能基板闭合/展开状态，所述集装箱配设锁定和支撑结构；位于所述太阳能基板下方设置LNG燃料发电机及配套设备和管线，以及太阳能发电设备。
优选方式下，上层箱体面积较大的对角线平面设置太阳能基板。此外，所述太阳能基板靠近所述集装箱顶部位置设置连接所述水-乙二醇太阳能/电加热器的长条状水-乙二醇溶液储箱。
本发明实现上述方案的一种实施方式为：LNG燃料发电所需的配套设备和管线包括配电设备、蓄电池和供电接口，以及LNG燃料发电所需的蒸发、加热设备。所述LNG燃料发电所需的蒸发、加热设备包括位于所述LNG燃料储罐与所述LNG燃料发电机之间通过管道和阀门连接的自增压蒸发器和LNG蒸发器；所述LNG蒸发器的输出端连接了LNG加热器，所述LNG加热器连接所述LNG燃料发电机用于LNG发电；所述自增压蒸发器、LNG加热器、LNG蒸发器的热交换介质为由所述水-乙二醇溶液储箱贮存的水-乙二醇；所述自增压蒸发器、LNG加热器、LNG蒸发器各自的水-乙二醇循环管路连接于一个水-乙二醇太阳能/电加热器和循环泵中，所述水-乙二醇太阳能/电加热器包括实现太阳能加热的真空管以及实现电能加热的电热丝，所述电热丝由所述LNG燃料发电机供电加热；所述自增压蒸发器的输出端通过阀门和管道分别连回所述LNG燃料储罐和连至所述LNG加热器。最优方式下，所述LNG燃料储罐为LNG真空双壁储罐；所述LNG真空双壁储罐顶部设置了带有加注阀的加注管线和带有回气阀的回气管线；所述自增压蒸发器的输出端连接至所述回气管线。
本发明采用了标准集装箱结构不仅为供电系统提供安全保护，又可实现标准化设计生产，系统可移动性好，方便运输及安装。采用可折叠式的太阳能太阳能基板，极大方便整个系统设备的运输、安装及运行；太阳能基板可根据太阳方位及光照强度，调整光照角度，提高发电效率；同时可有效遮挡LNG真空双壁储罐的热量传入，降低夏季集装箱内温度和储罐内的LNG自然蒸发速率。通过太阳能加热水-乙二醇溶液，以提供LNG蒸发加热所需热量，可有效降低电加热负荷，节约本系统的电能及LNG燃料。通过蓄电池存储太阳能发电，可降低部分发电机发电负荷，节约本系统的电能及LNG燃料。
本发明一种LNG燃料和太阳能联合的环保型可移动岸基供电系统，可实现在太阳能充足的条件下，完成电力存储并提供系统运行所需换热热量，可大大减轻LNG燃料发电机的电力输出负荷，进而减少LNG燃料消耗，实现节能减排的有益效果。以标准40英尺集装箱框架为例，该系统可配备容积为40000L的LNG真空双壁储罐，该储罐内的18吨LNG可作为一艘集装箱船靠港时提供岸基供电时长约为60个小时，再加上对太阳能的吸收与转化，可减轻发电机的供电负荷，使岸基供电时间延长约5～8小时。
同时，该可移动供电系统可多个串联使用，以提供更持久的供电量，尤其是适合集装箱船舶靠港提供辅助电力，亦可安装在船舶甲板上作为船舶的随船辅助电力源。该系统符合国家最新排放标准的同时，兼顾节能环保，系统运行安全、可靠。
附图说明
图1是系统工作原理图。
图2是太阳能工作状态两块太阳能基板张开正面示意图。
图3是太阳能工作状态两块太阳能基板张开背面示意图。
图4是太阳能非工作状态两块太阳能基板闭合示意图。
图中，1、加注接口，2、加注阀，3、回气阀，4、自增压蒸发器出口阀，5、第二LNG加热器进口阀，6、LNG蒸发器进口阀，7、LNG真空双壁储罐，8、自增压蒸发器，9、第一LNG加热器进口阀，10、LNG燃料发电机，11、主阀，12、自增压蒸发器进口阀，13、LNG加热器，14、LNG蒸发器，15、水-乙二醇太阳能/电加热器，16、循环泵，17、配电板，18、其他电力输出接口，19、循环泵电机，20、照明设备，21、真空管，22、太阳能，23太阳能基板，24、蓄电池，25、系统控制柜，26、电热丝，27、水-乙二醇溶液储箱，28、标准集装箱箱框架，29、系统管路。
具体实施方式
1、LNG真空双壁储罐加注
如图1、图2、图3所示，LNG真空双壁储罐7布置于双层集装箱框架28的下层，加注时，同时打开加注阀2和回气阀3，然后向加注接口1处加注LNG液体，从而实现对LNG真空双壁储罐的LNG液体充装加注和罐内多余蒸发气体回流，保证罐内气压平衡，储罐充装加注完成后，关闭加注阀2和回气阀3。
2、LNG燃料发电机燃料供给
首先打开主阀11，然后打开自增压蒸发器进口阀12与出口阀4，LNG经重力流经自增压蒸发器8，由液态LNG换热转换为气态天然气，并返回LNG真空双壁储罐7内，储罐内气压升高；
储罐内气压升高至一定压力后，LNG蒸发器进口阀6开启，储罐内LNG在罐内压力作用下流入LNG蒸发器14，吸热转换为低温天然气体；
由LNG蒸发器14输出的低温天然气体经第一LNG加热器进口阀9进入LNG加热器13，被加热至LNG燃料发电机10所需的进气温度，供LNG燃料发电机10发电使用。
当LNG真空双壁储罐7内的压力过高时，自增压蒸发器出口阀4关闭，第二LNG加热器进口阀5打开，将罐内天然气通过LNG加热器13加热输送至LNG燃料发电机10作为燃料供给，同时也可降低储罐内的压力，保证储罐系统的安全运行。
3蒸发器和加热器的换热
如图1所示，自增压蒸发器8、LNG蒸发器14、LNG加热器13换热介质为水-乙二醇溶液，通过被加热的水-乙二醇溶液与低温LNG或低温天然气体换热，实现LNG蒸发及低温天然气体加热的换热过程。换热后，水-乙二醇被LNG和低温天然气体的冷能冷却。
如图1—图4所示，当光照充足时，水-乙二醇太阳能/电加热器15可通过真空管21吸收太阳能22将水-乙二醇溶液加热，通过循环泵16循环至自增压蒸发器8、LNG蒸发器14、LNG加热器13等完成热量交换。
当光照不充足时，LNG燃料发电机输出电力经配电板17分配至水-乙二醇太阳能/电加热器15，水-乙二醇溶液储箱内设置电热丝26，在配电板17输送的电力作用下将水-乙二醇溶液加热，通过循环水泵16循环至自增压蒸发器8、LNG蒸发器14、LNG加热器13等完成热量交换。
太阳能加热及电加热亦可同时工作，以满足较大的发电机的天然气需求所引起的换热量需求增大的问题。
4、太阳能发电利用及存储
太阳能太阳能基板23输出电能以及配电板17分配的发电机输出电能可储存至蓄电池24中，以备系统控制柜25及照明设备20使用，减少LNG燃料发电机10的供电负荷。
5、LNG燃料发电机输出电能
LNG燃料发电机10产生电能，经配电板分配至水-乙二醇太阳能/电加热器15、照明装置20、循环泵电机19以及其他电力输出接口18，尤其是可作为船舶靠港时使用的辅助电力；产生的多余电力可储存至蓄电池24。
6、系统结构
如图1—图4所示，LNG燃料和太阳能联合的环保型可移动岸基供电系统分上下两层标准集装箱结构。LNG真空双壁罐7、自增压蒸发器8、系统控制柜等位于下层箱体结构内；水-乙二醇太阳能/电加热器15、LNG蒸发器14、LNG加热器13、LNG燃料发电机10、蓄电池24等供电系统以及循环泵16、配电板17等位于上层箱体结构内。
上层集装箱结构配备可折叠式太阳能太阳能基板23，在吊装和运输等非工作过程中处于折叠状态；在阳光充足的工作状态下可展开，并根据光照调整其角度，作为太阳能发电使用。
水-乙二醇太阳能/电加热器15在光照充足时可通过太阳能加热，光照不充足时可通过电加热；在LNG换热量需求过大时，两种加热方式可同时进行；加热介质为水-乙二醇溶液。
光照充足时，蓄电池可存储太阳能太阳能基板发电产生的电能，供系统控制柜25、系统照明设备20等使用。
阳光充足时，太阳能太阳能基板及水-乙二醇太阳能/电加热器处于工作状态，太阳能基板张开至合理角度，太阳能系统充分利用太阳能量完成辅助电力产生及存储；若LNG燃料发电机运行，太阳能系统可提供LNG蒸发加热所需部分热能。同时，由于太阳能基板及水-乙二醇太阳能/电加热器的遮挡，可有效降低储罐热量透入，减少储罐内蒸发气体产生，提高储罐安全性。
阳光不充足时，太阳能太阳能基板及水-乙二醇太阳能/电加热器处于非工作状态，太阳能基板闭合。此时LNG燃料发电机若处于工作状态，可依靠发电机消耗储罐内LNG发电，提供电力供应以及LNG蒸发加热所需的全部热能。太阳能太阳能基板闭合状态系统示意图如图4所示。
本发明一种LNG燃料和太阳能联合的环保型可移动岸基供电系统，其目的在于使船舶靠港的排放满足《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》要求，同时降低其运营成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，标准集装箱分为上下两层的，下层容纳有LNG真空双壁储罐(7)；
上层箱体取一个对角线平面设置太阳能基板，并向上和向下延展；在与所述集装箱交界位置通过铰接轴设置成闭合/展开结构；闭合状态下，所述太阳能基板位于所述集装箱外部的部分遮盖在所述集装箱上表面和侧表面下部，使得外部轮廓为一个标准集装箱；配合所述太阳能基板闭合/展开状态，所述集装箱设置锁定和支撑结构；
集装箱内位于倾斜的所述太阳能基板下方容纳有所述LNG真空双壁储罐(7)；
集装箱内位于倾斜的所述太阳能基板下方设置LNG燃料发电机(10)及发电配套设备和管线，以及太阳能发电设备。
2.根据权利要求1所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，上层箱体面积较大的对角线平面设置太阳能基板。
3.根据权利要求2所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，所述配套设备和管线包括配电设备、蓄电池和供电接口，以及LNG燃料发电所需的蒸发、加热设备。
4.根据权利要求3所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，所述蒸发、加热设备所需的热能由太阳能和所述LNG燃料发电的电能联合供给。
5.根据权利要求4所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，所述蒸发、加热设备包括位于所述LNG燃料储罐与所述LNG燃料发电机(10)之间通过管道和阀门连接的自增压蒸发器(8)和LNG蒸发器(14)；所述LNG蒸发器(14)的输出端连接了LNG加热器(13)，所述LNG加热器(13)连接所述LNG燃料发电机(10)用于LNG发电；
所述自增压蒸发器(8)、LNG加热器(13)、LNG蒸发器(14)的热交换介质为水-乙二醇溶液储箱(27)供给的水-乙二醇；所述自增压蒸发器(8)、LNG加热器(13)、LNG蒸发器(14)各自的水-乙二醇循环管路连接于一个水-乙二醇太阳能/电加热器(15)和循环泵(16)中，所述水-乙二醇太阳能/电加热器(15)包括实现太阳能加热的真空管(21)以及实现电能加热的电热丝(26)，所述电热丝由所述LNG燃料发电机(10)供电加热；
所述自增压蒸发器(8)的输出端通过阀门和管道分别连回所述LNG燃料储罐和连至所述LNG加热器(13)。
6.根据权利要求5所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，所述LNG燃料储罐为LNG真空双壁储罐(7)；所述LNG真空双壁储罐(7)顶部设置了带有加注阀(2)的加注管线和带有回气阀(3)的回气管线；
所述自增压蒸发器(8)的输出端连接至所述回气管线。
7.根据权利要求5所述LNG燃料和太阳能联合式移动岸基供电集装箱，其特征在于，所述太阳能基板靠近所述集装箱顶部位置设置连接所述水-乙二醇太阳能/电加热器(15)的长条状水-乙二醇溶液储箱(27)。
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