CN111055971A - 一种新型lng能源气电加注趸船及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型能源加注趸船及其工作方法，加注趸船包括LNG储气罐系统和蓄电池系统两大部分组成。使用本船可以对沿岸航行船舶进行多种能源加注，不仅可以为受注船加注LNG燃料，也可以为受注船进行充电。该加注趸船可以在任何区域运营，从整体上提高了加注趸船运营的安全性，间接提升了船舶的经济性。

Description

一种新型LNG能源气电加注趸船及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种新船型，属于船舶技术领域，尤其涉及一种LNG加注趸船及其工作方法。

背景技术

航运业，特别是内河及沿海航线船只由于更加靠近城市群，因此对船舶造成的污染也更加的明显。随着环境问题日益突出，以及科技的发展、技术的进步。船舶的动力来源逐步由化石能源向电力方向发展。现如今介于对环保的考虑，内河及长江航线越来越多的船采用LNG燃料作为动力推进方式，于此同时纯电力推进船也陆续开始出现，而制约此类船舶无法大力推广的重要因素之一就是沿岸LNG燃料加注设施、充电设施的布置没有普及。而如采用固定岸基加注的方式，投资成本大，牵涉面甚广，审批手续复杂，很难普及。

发明内容

发明目的：

针对上述问题，本发明的提供了一种新型LNG气电加注趸船及其工作方法，使用该船可以对沿岸航行船舶进行多种能源加注，该船不仅可以为受注船加注LNG燃料，同时也可以为受注船进行充电，且该趸船不需要外接岸电电缆，减少了新建变电所的工作。该加注趸船可以独立在任何区域运营，不需要外接岸电电缆，从整体上提高了加注趸船运营的安全性，间接提升了船舶的经济性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型LNG能源气电加注趸船，包括趸船、以及设置在趸船上的：LNG储气罐系统，包括LNG储气罐和与所述LNG储气罐相连通的缓冲罐，所述LNG储气罐上设有与受气船连接的LNG气体加注管；

所述LNG储气罐内的LNG气体依次通过液相管路、LNG液相管路控制阀组、热交换器、单向阀组、最后与LNG储气罐气体放散管路汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐内，再经过气体调压组合阀箱后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组；

气压传感器，设置在所述缓冲罐管路上，用于检测缓冲罐内的天然气气压；

蓄电池组，通过主配电板与所述可变速气体发电机组电连接；主配电板为趸船上的总配电屏，所有电源设备均接入主配电板，主配电板上有多个开关，负责对所有外接电力设备进行控制，同时主配电板内部集成了能量管理系统，所述能量管理系统对所有进入主配电板的电源能量或发电量进行实时监测，并通过变量算法程序发出指令给发电机组，调节所述可变速气体发电机组的转速比，进而调节进气量；

充电桩，与所述蓄电池组之间通过电缆连接，充电桩上设有用于向受电船充电的高压电缆；

起吊设备，用于对所述LNG气体加注管进行起吊\收回；

所述主配电板与所述气压传感器之间通过供气监测控制箱进行间接连接，主配电板与可变速气体发电机组机体上的控制箱有线连接，使设备间具备串口通信功能。

所述蓄电池组装设在整体式储能集装箱中，装有蓄电池组的整体式储能集装箱放置在趸船艉部室外。

还包括风力发电机组及其整流器、光伏太阳能板及其斩波器，所述风力发电机组和光伏太阳能板将电能输送至主配电板，由主配电板自带的能量管理系统来给所述蓄电池组充电。

本发明进一步公开了一种基于所述的新型LNG能源气电加注趸船的工作方法，当有其他船舶需要加注LNG燃料时，则受注船靠近该趸船，并通过趸船上带缆桩与受注船固定，再通过起吊设备输送LNG气体加注管至受注船上，与受注船上的充装法兰对接，对接完毕后，进行相应的LNG燃料加注工作，待加注完成后，通过所述供气监测控制箱自动切断相应的阀组，起吊设备收回LNG气体加注管，完成LNG燃料加注工作，在整个LNG加注过程中，设备运转所需的电力供应来自蓄电池组；

当有电动船需要充电时，受电船靠近该趸船，并通过趸船上的带缆桩与受电船固定，通过充电桩上的充电插头直接与受电船的插座相连接，通过主配电板中的能量管理系统来监控并控制对外输出的电量来源方式，并通过充电桩上的计量表，计量输出电量。

所述可变速气体发电机组包括两种工作模式：分别是模式1和模式2，

模式1，LNG液相管路控制阀组为常闭状态，当缓冲罐内压力传感器的值达到基准值的80%时，供气监测控制箱通过采集到缓冲罐内压力值后，将信号发送给主配电板，并由主配电板统一发送至可变速气体发电机组的机体控制箱，之后自动启动所述可变速气体发电机组给所述蓄电池组充电及其他负载用电，直至缓冲罐内压力值低于基准值的10%，控制箱中起停控制器控制可变速气体发电机组停机；

运转过程中，控制器根据负载需求功率的实际值，调节可变速气体发电机组的转速、以及调压阀组中的流量开关，即外部需求可变速气体发电机组满负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的反馈信号，可变速气体发电机组转速为100%额定转速工况下运转；

当外部需求50%额定功率时，可变速气体发电机组50%负荷运转，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的反馈信号，可变速气体发电机组转速为60%额定转速工况下运转；

当外部需求可变速气体发电机组20%负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的发聩信号，可变速气体发电机组转速为25%额定转速工况下运转；

所述可变速气体发电机组根据转速的变化自动调节相应的天然气进机流量，始终使该系统运行在最佳工况下，并达到节能效果；

模式2，LNG液相管路控制阀组为常开状态，此时LNG储气罐内LNG通过液相管路、LNG液相管路控制阀组、热交换器、单向阀组、最后与LNG储气罐气体放散管路汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐内，再经过气体调压组合阀箱后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组，同理，模式2下运转的可变速气体发电机组，其输出功率的大小受主配备电板自带的能量管理系统控制，根据外部电路中所需要的负载的实际大小，主配备电板调节可变速气体发电机组的转速，控制实际的进气量，降低耗气量。

该趸船充放电控制系统，日常情况下通过风力发电机组及其整流器、光伏太阳能板及其斩波器、将电能输送至主配电板，由主配电板自带的能量管理系统来给蓄电池组充电、日常生活负载分配电能；

当可变速气体发电机组启动后，通过配套的发电机组整流器，再经过主配电板，并结合风力发电机、光伏太阳能板发电一起由主配电板自带的能量管理系统来给蓄电池组充电；

整个供电过程所有设备均为有线电缆连接。

本发明具有以下的有益效果：

第一、本发明公开了一种新型能源加注趸船，是一种同时可以加注天然气和电的混合加注趸船，不需要外接岸电的新船型。气电组合，根本上解决了天然气罐为他船加注燃料时的预冷工况，同时也为趸船上的气体发动机运行，提供气化需要的电能，即由此解决了一次加热问题。同时，利用将LNG储气罐的逃逸气体集中收集起来，利用发电机组将其转换为电能，改变了传统的将逃逸气体排向大气的方式。使得在趸船上就可以实现能量内循环。

第二、本发明中趸船上配备的标准集装箱储能电站系统，方便整体吊装，便于电池组达到使用周期时，更换新的整体式纯能集装箱电站。同时以电池箱的形式放置在室外，解决了趸船舱内因逃生通道、水密、防火分隔而难以布置电池组的难题。

第三、本发明使用可变速气体发电机组，即气体发动机侧可以变速运行，可根据配电板上的能量管理系统（配电板上的功率表、蓄电池组的用电量），来自动改变转速，转速的变化即会引起天然气的进入机组的气体量的变化，从而达到节能的效果。同时也提供，手动充电按钮，及当按下按钮时，可变速气体发电机组满载及额定工况、额定转速运行。

第四、本发明在整个趸船1运营过程中，风力发电机、光伏太阳能板、可变速气体发电机组均可以一直通过主配电板为蓄电池组充电，集成了多种新能源，充分发挥趸船的最大用途。

附图说明

图1是本发明的总布置示意图；

其中，1、趸船；2、LNG储气罐；3、缓冲罐；4、起吊设备；5、可变速气体发电机组；6、上层建筑；7、蓄电池组；8、充电桩；9、光伏太阳能板；10、主配电板板；16、发电机舱；20、手动吊；21、带缆桩；24、风力发电机；

图2是本发明的工作系统流程图；

11、发电机组整流器；12、逆变器；13、光伏太阳能斩波器；18、风力发电机；19、风力发电机整流器；24、气压传感器；25、供气监测控制箱；26、电池组斩波器；27、机体控制箱；

图3是本发明的发电机组的管系原理图；

其中，15、热交换器；16、液相管路；14、气体调压组合阀箱；17、LNG储气罐放散管路；22、液相管路控制阀组；23、单向阀组。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种新型能源加注趸船包括1个200m³LNG储气罐、缓冲罐、起吊设备、1组2MWH磷酸铁蓄电池组、充电桩、1台LNG可变速气体发电机组、主配电板。本发明通过以下技术方案予以实现：

加注趸船艏部放置LNG储气罐、缓冲罐，艉部放置电池组，所述LNG储气罐内的LNG气体依次通过液相管路、LNG液相管路控制阀组、热交换器、单向阀组、最后与LNG储气罐气体放散管路汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐内，再经过气体调压组合阀箱后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组；

气压传感器，设置在所述缓冲罐内，用于检测缓冲罐内的气压；

蓄电池组，通过主配电板与所述可变速气体发电机组电连接；

充电桩，与所述蓄电池组之间通过电缆连接，充电桩上设有用于向受电船充电的高压电缆；

起吊设备，用于对所述LNG气体加注管进行起吊\收回；

所述主配电板与所述气压传感器和可变速气体发电机组信号连接。

还包括风力发电机组及其整流器、光伏太阳能板及其斩波器，所述风力发电机组和光伏太阳能板将电能输送至主配电板，由主配电板自带的能量管理系统来给所述蓄电池组充电。

当有LNG动力船中途需要加注LNG时，受注船靠近该加注趸船，通过起吊设备传递加注软管来加注LNG燃料，完成加注后，加注趸船收回起吊设备，其加注过程中所需要的电力均来自蓄电池组。

本发明一种新型能源加注趸船的工作方式如下：

当有纯电力推进船中途需要充电时，受电船靠近该加注趸船，通过1KV充电桩来给受电船充电，当充电完成后，拔出充电插头，并通过手动吊收回充电插头。

当长期无船来加注时，由于LNG储气罐的内液体和LNG储气罐的制造工艺的客观存在问题，LNG储气罐都会有静态蒸发率和动态蒸发率，LNG储气罐会有一定量的逃逸天然气体，当罐内的天然气气体压力过大时，LNG储气罐配套的监测装置便会发出声光报警，并打开初期罐压力释放阀，向外界排放多余的天然气，而本船配备LNG可变速气体发电机组和缓冲罐，可将多余的天然气燃烧做功发电，然后发电机组通过主配电板给电池组的充电，这样整个环节没有LNG的泄漏，避免了天然气的浪费。

该装置主要由LNG储气罐系统和蓄电池系统两大部分组成；当加注趸船上的LNG储气罐2加注完液态LNG燃料后，该趸船1便可以正常运营。当有其他船舶需要加注LNG燃料时，则受注船靠近该趸船1，并通过趸船1上带缆桩21与受注船固定，再通过起吊设备21输送加注软管至受注船上，与受注船上的充装法兰对接，对接完毕后，进行相应的LNG燃料加注工作，待加注完成后，通过趸船1上自带的LNG监控系统自动切断相应的阀组，起吊设备收回加注软管，完成LNG燃料加注工作。在整个加注过程中，相对于趸船1所配备的蓄电池组7的容量，加注LNG过程中所需要的用电量很小，设备运转所需的电力供应来自蓄电池组7，无需启动LNG发机组5发电提供电力。对于此加注环节，由于可变速气体发电机组5不需要运行，直接减少了可变速气体发电机组5启动时需要的LNG电加热功率、减少了因可变速气体发电机组5运转时所消耗的LNG燃料、减少了因可变速气体发电机组5运转时产生的振动及噪声污染。

同理当有电动船需要充电时，受电船靠近该趸船1，并通过趸船1上的带缆桩21与受电船固定，通过充电桩8上的充电插头直接与受电船的插座相连接，由于该趸船配备1KV中压充电桩8，使得仅用单根充电插头便可快速为受电船充满电量也可以根据趸船1配备的能量管理系统来监控并控制对外输出的电量。由于采用了高压电缆，使其充电电缆直径小、重量轻，其操作过程可以人为操作手动吊20完成。

在整个趸船1运营过程中，风力发电机24、光伏太阳能板9、可变速气体发电机组5均可以一直通过主配电板10为蓄电池组7充电，集成了多种新能源，充分发挥趸船1的最大用途。由于LNG储气罐2的总体日蒸发率（静态蒸发率和动态蒸发率）大约为LNG储气罐的0.6%，而以该趸船1为例，其配备的BOG缓冲罐3为3m³，同时当缓冲罐3内的压力传感器达到基准值的80%时，供气监测控制箱25通过采集到缓冲罐内压力值后，将信号发送给主配电板10，并由主配电板10统一发送至可变速气体发电机组的机体控制箱27，之后自动启动所述可变速气体发电机组5，给所述蓄电池组7充电及其他负载12用电，直至缓冲罐内压力值低于基准值的10%，控制箱27中起停控制器控制自动启动可变速气体发电机组5，发电并给电池组7充电，直至缓冲罐3内压力值低于基准值的10%，可变速气体发电机组5自动停机。

该趸船充放电控制系统，日常情况下通过风力发电机组18及其整流器19、光伏太阳能板9及其光伏太阳能斩波器13、将电能输送至主配电板10，由主配电板10自带的能量管理系统通过电池组斩波器26给蓄电池组7充电、日常生活负载12分配电能。同时当可变速气体发电机组5启动后，通过配套的整流器11，再经过主配电板10，并结合风力发电机18、光伏太阳能板9发电一起由主配电板10自带的能量管理系统通过电池组斩波器26来给蓄电池组7充电。由于蓄电池组7的容量比较大，且发电机组5的功率不大，一般不会出现剩余电量。整个供电过程所有设备均为有线电缆连接，该外部系统图为新型加注趸船的主要电力系统图，适用于所有气电能源加注船舶。

船上的LNG储气罐2，由于总体蒸发率（静态蒸发率和动态蒸发率）的客观存在现象，该趸船配备的LNG发机组为可变速发电机组5，有两种工作模式：模式1、模式2，无论选择哪种工作模式，发电机组的输出功率都由主配电板的能量管理系统负责分配并反馈；

如当选择模式1时，LNG液相管路控制阀组22为常闭状态，该可变速气体发电机组只当缓冲罐3内压力传感器的值达到基准值的80%时，自动启动可变速气体发电机组5，发电并给电池组充电及其他负载用电，直至缓冲罐3内压力值低于基准值的10%，可变速气体发电机组5自动停机。其运转过程中，根据负载需求功率的实际值，自动调节发电机组5的转速、以及调压阀组14中的流量开关，即外部需求发电机组5满负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组5发出相应的发聩信号，发电机组5转速为100%额定转速工况下运转。当外部需求50%额定功率时，发电机组50%负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组5发出相应的反聩信号，发电机组5转速为低速（约为60%额定转速）工况下运转。当外部需求发电机组20%负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的发聩信号，发电机组5转速为低速（约为25%额定转速）工况下运转。该变速可变速气体发电机组5最大的不同是可以根据转速的变化自动调节相应的天然气进机流量，始终使该系统运行在最佳工况下，并达到节能效果。

当选择模式2时，LNG液相管路控制阀组22为常开状态，此时LNG储气罐内LNG通过液相管路16、LNG液相管路控制阀组、热交换器15、单向阀组23、最后与LNG储气罐气体放散管路17汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐3内，再经过气体调压组合阀箱14后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组5，由于该船配备了蓄电池组，所以解决了发电机组的首次加热问题（热交换器电加热所需功率）、启动马达用电问题。同理，此模式下运转的可变速气体发电机组5，其输出功率的大小依然受主配备电板自带的能量管理系统控制，根据外部电路中所需要的负载的实际大小，自动调节该发电机组5的转速，控制实际的进气量，降低耗气量。而正常情况下，选择模式2方式工作，一般都适合与该趸船上蓄电池组需要持续大容量充电的情况下，因此模式2工况下，一般都为满负荷充电工况。

Claims (6)

1.一种新型LNG能源气电加注趸船，其特征在于：包括趸船、以及设置在趸船上的：LNG储气罐系统，包括LNG储气罐和与所述LNG储气罐相连通的缓冲罐，所述LNG储气罐上设有与受气船连接的LNG气体加注管；

所述LNG储气罐内的LNG气体依次通过液相管路、LNG液相管路控制阀组、热交换器、单向阀组、最后与LNG储气罐气体放散管路汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐内，再经过气体调压组合阀箱后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组；

气压传感器，设置在所述缓冲罐管路上，用于检测缓冲罐内的天然气气压；

蓄电池组，通过主配电板与所述可变速气体发电机组电连接；主配电板为趸船上的总配电屏，所有电源设备均接入主配电板，主配电板上有多个开关，负责对所有外接电力设备进行控制，同时主配电板内部集成了能量管理系统，所述能量管理系统对所有进入主配电板的电源能量或发电量进行实时监测，并通过变量算法程序发出指令给发电机组，调节所述可变速气体发电机组的转速比，进而调节进气量；

充电桩，与所述蓄电池组之间通过电缆连接，充电桩上设有用于向受电船充电的高压电缆；

起吊设备，用于对所述LNG气体加注管进行起吊\收回；

所述主配电板与所述气压传感器之间通过供气监测控制箱进行间接连接，主配电板与可变速气体发电机组机体上的控制箱有线连接，使设备间具备串口通信功能。

2.根据权利要求1所述的新型LNG能源气电加注趸船，其特征在于：所述蓄电池组装设在整体式储能集装箱中，装有蓄电池组的整体式储能集装箱放置在趸船艉部室外。

3.根据权利要求1所述的新型LNG能源气电加注趸船，其特征在于：还包括风力发电机组及其整流器、光伏太阳能板及其斩波器，所述风力发电机组和光伏太阳能板将电能输送至主配电板，由主配电板自带的能量管理系统来给所述蓄电池组充电。

4.一种基于权利要求1~3中任一所述的新型LNG能源气电加注趸船的工作方法，其特征在于：当有其他船舶需要加注LNG燃料时，则受注船靠近该趸船，并通过趸船上带缆桩与受注船固定，再通过起吊设备输送LNG气体加注管至受注船上，与受注船上的充装法兰对接，对接完毕后，进行相应的LNG燃料加注工作，待加注完成后，通过所述供气监测控制箱自动切断相应的阀组，起吊设备收回LNG气体加注管，完成LNG燃料加注工作，在整个LNG加注过程中，设备运转所需的电力供应来自蓄电池组；

当有电动船需要充电时，受电船靠近该趸船，并通过趸船上的带缆桩与受电船固定，通过充电桩上的充电插头直接与受电船的插座相连接，通过主配电板中的能量管理系统来监控并控制对外输出的电量来源方式，并通过充电桩上的计量表，计量输出电量。

5.根据权利要求1所述的新型LNG能源气电加注趸船的工作方法，其特征在于：所述可变速气体发电机组包括两种工作模式：分别是模式1和模式2，

模式1，LNG液相管路控制阀组为常闭状态，当缓冲罐内压力传感器的值达到基准值的80%时，供气监测控制箱通过采集到缓冲罐内压力值后，将信号发送给主配电板，并由主配电板统一发送至可变速气体发电机组的机体控制箱，之后自动启动所述可变速气体发电机组给所述蓄电池组充电及其他负载用电，直至缓冲罐内压力值低于基准值的10%，控制箱中起停控制器控制可变速气体发电机组停机；

运转过程中，控制器根据负载需求功率的实际值，调节可变速气体发电机组的转速、以及调压阀组中的流量开关，即外部需求可变速气体发电机组满负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的反馈信号，可变速气体发电机组转速为100%额定转速工况下运转；

当外部需求50%额定功率时，可变速气体发电机组50%负荷运转，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的反馈信号，可变速气体发电机组转速为60%额定转速工况下运转；

当外部需求可变速气体发电机组20%负荷运转时，主配电板通过电缆给可变速气体发电机组发出相应的发聩信号，可变速气体发电机组转速为25%额定转速工况下运转；

所述可变速气体发电机组根据转速的变化自动调节相应的天然气进机流量，始终使该系统运行在最佳工况下，并达到节能效果；

模式2，LNG液相管路控制阀组为常开状态，此时LNG储气罐内LNG通过液相管路、LNG液相管路控制阀组、热交换器、单向阀组、最后与LNG储气罐气体放散管路汇接一起变成一路气体管路汇入缓冲罐内，再经过气体调压组合阀箱后，变成所需的供气压力直接进入可变速气体发电机组，同理，模式2下运转的可变速气体发电机组，其输出功率的大小受主配备电板自带的能量管理系统控制，根据外部电路中所需要的负载的实际大小，主配备电板调节可变速气体发电机组的转速，控制实际的进气量，降低耗气量。

6.根据权利要求3所述的新型LNG能源气电加注趸船的工作方法，其特征在于：

该趸船充放电控制系统，日常情况下通过风力发电机组及其整流器、光伏太阳能板及其斩波器、将电能输送至主配电板，由主配电板自带的能量管理系统来给蓄电池组充电、日常生活负载分配电能；

当可变速气体发电机组启动后，通过配套的发电机组整流器，再经过主配电板，并结合风力发电机、光伏太阳能板发电一起由主配电板自带的能量管理系统来给蓄电池组充电；

整个供电过程所有设备均为有线电缆连接。

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