CN109319080A - 新能源岸电供电趸船 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种新能源岸电供电趸船，包括趸船船体、供电桁架及缆绳收放系统、光伏发电系统、风力发电设备，供电桁架及缆绳收放系统包括供电桁架、悬索结构、供电电缆、电缆收放电机和滑轮，供电桁架固定在趸船船体上，若干个悬索结构沿着供电桁架外周设置；光伏发电系统中的光伏板结构由光伏电池板和滑轨组成，滑轨安装在趸船船体上，光伏电池板固定于滑轨上，由滑轨带动收放展开；光伏发电系统、风力发电设备所产生的电能输送到储能蓄电池单元中，再由离网型逆变器通过供电电缆向船舶供电。该趸船集成风力发电—光伏发电—岸基供电为一体，实现有效的节能减排效益，提高三峡锚地待闸船舶供电的安全性、经济性、可靠性。

Description

新能源岸电供电趸船

技术领域

本发明属于待闸船舶供电技术领域，尤其涉及一种新能源岸电供电趸船。

背景技术

随着通航条件得到极大改善，运输量逐年递增，船闸的运力无法满足需求时，船舶待闸已成为常态。船舶待闸期间，需要提供电力以维持船上的照明、通信、空调、水泵等用电终端的用电需求。目前待闸船舶多使用自带柴油机发电机作为靠泊状态下的电源，靠泊状态下的柴油发电机多为怠速运行，而怠速运行的柴油发电机效率将急剧下降，产生巨大的能源浪费，同时也对当地造成排放污染。若使用岸电为待闸船舶提供电力，将可极大减少能源消耗以及当地有害物质排放，同时用电成本也将更低。

然而，以三峡库区为例，待闸锚地未能实现岸电的推广使用，停泊于锚地的待闸船只仍以柴油发电机为其靠泊期间的主要供电方式，而导致这一现象的主要原因为：(1)水位落差大，传统的在码头布置岸电箱的连接方式效果极差，船舶电缆接入岸基充电桩困难；(2)库区待闸船只多并行停靠，接电的安全隐患大，充电缆在拖拽时磨损、碾压，且受风浪的影响船舶的波动容易造成缆绳的拉断，并且在一定程度上影响邻近船舶驶离；(3)自动化程度较低，需要船员将电缆拖带上岸，效率低下；(4)仅单纯使用岸电替代船舶自身柴油机供电虽可有效降低当地排放量，但由于岸电同样需要排放，节能减排效果并不十分突出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新能源岸电供电趸船，该趸船集成风力发电—光伏发电—岸基供电为一体，实现有效的节能减排效益，提高三峡锚地待闸船舶供电的安全性、经济性、可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种新能源岸电供电趸船，包括趸船船体、供电桁架及缆绳收放系统、光伏发电系统、风力发电设备，供电桁架及缆绳收放系统包括供电桁架、悬索结构、供电电缆、电缆收放电机和滑轮，供电桁架固定在趸船船体上，若干个悬索结构沿着供电桁架外周设置，在电缆收放电机的驱动下，滑轮可带动供电电缆移动至指定位置；光伏发电系统中的光伏板结构由光伏电池板和滑轨组成，滑轨安装在趸船船体上，光伏电池板固定于滑轨上，由滑轨带动收放展开；光伏发电系统、风力发电设备所产生的电能输送到储能蓄电池单元中，再由离网型逆变器通过供电电缆向船舶供电。供电桁架结构具有大长度低负荷的特点，以减小其对趸船稳性的影响，悬锁结构为伞型，电缆末端悬挂重物以便于受电船只接电，电机带动电缆通过滑轮实现收放。光伏板设计采用伸缩结构，在不影响航道、其他水上设施的前提下尽可能拓展光伏板面积。

按上述技术方案，光伏发电系统主要结合趸船自身结构特点进行设计，光伏电池板集中设置于趸船甲板面积上方，光伏发电系统的控制采用MPPT控制。风力发电设备将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，通过控制器对储能蓄电池单元充电，对负载供电风力发电机安装在船两端首层甲板上，风机杆与船底钢结构进行连接。

按上述技术方案，风力发电机选用垂直轴风机，以保证其低速启动性能。趸船相对尺寸较小，可供风力发电机选择的安装位置较少，风力发电机布置时应在水上设施迎风面上对称布置，减少风对水上设施的影响；风力发电机安装时最高点应低于水上设施避雷针的最高点，在保证桨叶旋转不碰到水上设施工作设备的前提下，桨叶下沿至少留有2.5m高度，以保证人员安全；风力发电机所发电能在供给负载前应先进行稳压。据此原则对风力发电设备进行选型以及安装位置的选择。船底钢结构根据船舶设计公司计算，按要求进行加固处理，中部与二、三层甲板结构相连。风机安装总高度为距一层甲板面15m。考虑到锚地风速普遍相对较低，因此风机的选型应注重其低速启动性能，选用垂直轴风机。

按上述技术方案，还包括岸基供电装置，主要由电缆卷筒以及船载配电箱组成，供电电缆将岸基变电站的电能输送至船载配电箱，由船载配电箱将岸电配送至用电船舶，电缆卷筒用于供电电缆的收放。保证电缆的稳定性。

按上述技术方案，趸船电网采用离网式并网系统，趸船电网设备包括光伏控制器、风机控制器、储能蓄电池单元(可采用锂离子蓄电池组)能量管理系统(BMS)、离网型逆变器以及自动转换开关电器(ATS)。

按上述技术方案，岸基供电装置还包括无线通信控制模块，使用时，船员登陆Wifi，自动弹出Web登录界面，在Web页面上登陆账号密码信息，通过认证后，跳转到线缆收放控制和计费页面，开始控制工作，船载配电箱设置在趸船甲板上，还用于刷卡、显示账户余额。

本发明产生的有益效果是：以趸船作为锚地船舶岸电供电平台，解决了大水位落差对岸电连接造成的影响；实现风-光-岸电等多种能源的并网供电，达到更佳的节能减排效果；以桁架方式实现靠泊船只供电，解决了不同船只计费困难和岸电电缆影响邻近船舶驶离的问题；通过无线通信控制手段遥控线缆收放，提升了岸电使用过程中的安全性和自动化程度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中供电桁架结构简图；

图2为本发明实施例中光伏电池板收起示意图；

图3为本发明实施例中光伏电池板展开示意图；

图4为本发明实施例中垂直轴风机示意图；

图5为本发明实施例中岸电接入箱示意图；

图6为本发明实施例中桁架收放机构示意图；

其中：1为岸电接入箱；2为滑轮；3为供电电缆；4为电缆收放电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种新能源岸电供电趸船，如图1、图2、图3、图6所示，包括趸船船体、供电桁架及缆绳收放系统、光伏发电系统、风力发电设备，供电桁架及缆绳收放系统包括供电桁架、悬索结构、供电电缆3、电缆收放电机4和滑轮2，供电桁架固定在趸船船体上，若干个悬索结构沿着供电桁架外周设置，在电缆收放电机的驱动下，滑轮可带动供电电缆移动至指定位置；光伏发电系统中的光伏板结构由光伏电池板和滑轨组成，滑轨安装在趸船船体上，光伏电池板固定于滑轨上，由滑轨带动收放展开；光伏发电系统、风力发电设备所产生的电能输送到储能蓄电池单元中，再由离网型逆变器通过供电电缆向船舶供电。供电桁架结构具有大长度低负荷的特点，以减小其对趸船稳性的影响，悬锁结构为伞型，电缆末端悬挂重物以便于受电船只接电，电机带动电缆通过滑轮实现收放。光伏板设计采用伸缩结构，在不影响航道、其他水上设施的前提下尽可能拓展光伏板面积，本设计光伏板可用面积为600m²。

光伏发电系统主要结合趸船自身结构特点进行设计，光伏电池板集中设置于趸船甲板面积上方，光伏发电系统的控制采用MPPT控制。风力发电设备将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，通过控制器对储能蓄电池单元充电，对负载供电风力发电机安装在船两端首层甲板上，风机杆与船底钢结构进行连接。风力发电机可选用垂直轴风机，如图4所示，以保证其低速启动性能。趸船相对尺寸较小，可供风力发电机选择的安装位置较少，风力发电机布置时应在水上设施迎风面上对称布置，减少风对水上设施的影响；风力发电机安装时最高点应低于水上设施避雷针的最高点，在保证桨叶旋转不碰到水上设施工作设备的前提下，桨叶下沿至少留有2.5m高度，以保证人员安全；风力发电机所发电能在供给负载前应先进行稳压。据此原则对风力发电设备进行选型以及安装位置的选择。船底钢结构根据船舶设计公司计算，按要求进行加固处理，中部与二、三层甲板结构相连。风机安装总高度为距一层甲板面15m。考虑到锚地风速普遍相对较低，因此风机的选型应注重其低速启动性能，选用垂直轴风机。

还包括岸基供电装置，主要由电缆卷筒以及船载配电箱组成，供电电缆将岸基变电站的电能输送至船载配电箱，图5为本发明实施例中岸电接入箱1示意图，由船载配电箱将岸电配送至用电船舶，电缆卷筒用于供电电缆的收放。保证电缆的稳定性。

趸船电网采用离网式并网系统，趸船电网设备包括光伏控制器、风机控制器、锂离子蓄电池组能量管理系统(BMS)、离网型逆变器以及自动转换开关电器(ATS)。

岸基供电装置还包括无线通信控制模块，使用时，船员登陆Wifi，自动弹出Web登录界面，在Web页面上登陆账号密码信息，通过认证后，跳转到线缆收放控制和计费页面，开始控制工作，船载配电箱设置在趸船甲板上，还用于刷卡、显示账户余额。

本设计供电系统主要由岸基、光伏、风电三个子系统组成，因此趸船电网须完成对三种能源的并网以及合理分配。目前，离网型太阳能光伏系统在民用商船上有较大的适用性，因此本设计拟使用离网式并网系统设计。本设计趸船电网设备包括光伏控制器、风机控制器、锂离子蓄电池组及其能量管理系统(BMS)、离网型逆变器以及自动转换开关电器(ATS)组成。采用趸船作为靠泊船只岸电供电平台，通过水下电缆与岸基进行连接，同时在趸船上安装风力发电设备以及具有伸缩结构的光伏电池板，通过风-光-岸电电气控制设备整合后对蓄电池进行充电或直接对靠泊船只进行供电，在风-光互补发电设备以及蓄电池无法满足靠泊船只供电需求时由岸电进行补充。趸船两侧无靠泊船只时，趸船上的光伏电池板和风力发电设备为趸船上的蓄电池充电。待闸船只靠泊至趸船后，船员通过手机端连接wifi，操控供电线缆下放并开始计费，风-光互补发电设备一方面为趸船本身以及靠泊船只进行供电，另一方面为蓄电池充电；当风-光互补发电设备难以满足使用需求时，通过蓄电池带动负载；蓄电池电量不足时，由岸电为用电船只供电，同时风-光互补发电设备为蓄电池充电。

如图5所示，通过无线通信控制方式实现供电线缆的收放控制和岸电使用的计费功能。配电箱设置在趸船甲板上，具备刷卡、显示账户余额以及控制供电线缆收放的功能。无线通信控制模块基于集成Wi-fi发射模块的ESP226芯片进行开发，将其和单片机、线缆收放控制电机等相连，该无线通讯模块有多线负载、认证登录以及控制供电线缆收放三项功能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种新能源岸电供电趸船，其特征在于，包括趸船船体、供电桁架及缆绳收放系统、光伏发电系统、风力发电设备，供电桁架及缆绳收放系统包括供电桁架、悬索结构、供电电缆、电缆收放电机和滑轮，供电桁架固定在趸船船体上，若干个悬索结构沿着供电桁架外周设置，在电缆收放电机的驱动下，滑轮可带动供电电缆移动至指定位置；光伏发电系统中的光伏板结构由光伏电池板和滑轨组成，滑轨安装在趸船船体上，光伏电池板固定于滑轨上，由滑轨带动收放展开；光伏发电系统、风力发电设备所产生的电能输送到储能蓄电池单元中，再由离网型逆变器通过供电电缆向船舶供电。

2.根据权利要求1所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，光伏电池板设置于趸船甲板上方，光伏发电系统采用MPPT控制。

3.根据权利要求1或2所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，风力发电设备将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，通过控制器对储能蓄电池单元充电，对负载供电风力发电机安装在船两端首层甲板上，风机杆与船底钢结构进行连接。

4.根据权利要求3所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，风力发电机选用垂直轴风机。

5.根据权利要求1或2所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，还包括岸基供电装置，主要由电缆卷筒以及船载配电箱组成，供电电缆将岸基变电站的电能输送至船载配电箱，由船载配电箱将岸电配送至用电船舶，电缆卷筒用于供电电缆的收放。

6.根据权利要求1或2所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，趸船电网采用离网式并网系统，趸船电网设备包括光伏控制器、风机控制器、储能蓄电池单元能量管理系统、离网型逆变器以及自动转换开关电器。

7.根据权利要求5所述的新能源岸电供电趸船，其特征在于，岸基供电装置还包括无线通信控制模块，使用时船员登陆Wifi，自动弹出Web登录界面，在Web页面上登陆账号密码信息，通过认证后，跳转到线缆收放控制和计费页面，开始控制工作，船载配电箱设置在趸船甲板上，还用于刷卡、显示账户余额。