CN112009697A - 一种高效lng船舶动力供应系统及方法 - Google Patents

一种高效lng船舶动力供应系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112009697A
CN112009697A CN202010907448.7A CN202010907448A CN112009697A CN 112009697 A CN112009697 A CN 112009697A CN 202010907448 A CN202010907448 A CN 202010907448A CN 112009697 A CN112009697 A CN 112009697A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tail gas
lng
supply system
power supply
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010907448.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张琳东
董立臣
陈石义
王军
刘武
许攸
李汶颖
廖勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd filed Critical Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Priority to CN202010907448.7A priority Critical patent/CN112009697A/zh
Publication of CN112009697A publication Critical patent/CN112009697A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B17/0027—Tanks for fuel or the like ; Accessories therefor, e.g. tank filler caps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04—Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高效LNG船舶动力供应系统及方法，动力供应系统包括LNG燃料储存及供应系统、空气供给系统、燃料电池主供电系统、超级电容与蓄电池混合动力系统、尾气热回收及排放系统，其中：所述LNG燃料储存及供应系统和空气供给系统分别与燃料电池主供电系统连接；所述燃料电池主供电系统分别与超级电容与蓄电池混合动力系统和尾气热回收及排放系统相连。本发明将液化天然气技术和燃料电池技术创造性结合应用在船舶动力领域结合，解决了高效使用LNG作为船舶燃料的动力效率问题。本发明采用固体氧化物电池的天然气发电效率可到65％，加速性、可靠性、可维性乃至噪音重量体积都远优于传统燃机‑机械系统。

Description

一种高效LNG船舶动力供应系统及方法
技术领域
本发明涉及LNG船舶动力系统领域，尤其是涉及一种采用LNG作为动力 燃料、固态氧化物电池堆作为核心动力源，蓄电池/超级电容作为电能储存装 置的船舶动力供应系统及方法。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认 是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量 气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右。联合 国组织的173个成员国希望能够在2050年前将船舶的二氧化碳排放量至少降 低至2008年的一半。2018年4月，国际海事组织决定从2020年开始，船舶只 能使用含硫量不超过0.5％的燃料，为保护环境，降低污染，目前国际业界提 倡船舶使用LNG作为船舶替代燃料，是一种理想的船用燃料。而且LNG本身也可以利用液化生物甲烷来制取，同样可以发展出零碳未来。
固态氧化物电池堆(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种在中高温下直 接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化 学发电装置。在固态氧化物燃料电池中，电解质采用固体氧化物氧离子(O2-) 导体(如最常用的Y2O3稳定的氧化锆简称YSZ)，起传递O2-及分离空气和燃 料的双重作用。其工作原理公式所示：能量转换是通过电极上的电化学过程来 进行的，阴阳极反应分别为：
Figure BDA0002661936490000021
Figure BDA0002661936490000022
电池的总反应为：
Figure BDA0002661936490000023
其中燃料气体可以是H2，也可以是燃料气体，而O2来源于空气。式中， 下标c、a和e分别表示在阴极、阳极和电解质中的状态。
本发明将液化天然气技术和燃料电池技术创造性结合应用在船舶动力领 域结合，解决了高效使用LNG作为船舶燃料的动力效率问题。与传统LNG船 舶动力技术相比，传统LNG船舶动力采用的是燃气内燃机或燃气轮机，其采 用的是机械传动理论，动力效率仅为45％左右。而本发明采用固体氧化物电池 的天然气发电效率可到65％，用电机驱动的船舶则具有输出功率大、极限转速 高、结构简单、成本低、动力装置体积小、运行灵活等特点，加速性、可靠性、 可维性乃至噪音重量体积都远优于传统燃机-机械系统。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种高效LNG船舶动力供 应系统及方法，旨在提升船用LNG燃料的使用效率，提高LNG动力船的效率， 实现能源高效利用，应用前景广阔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效LNG船舶动力供 应系统，包括LNG燃料储存及供应系统、空气供给系统、燃料电池主供电系 统、超级电容与蓄电池混合动力系统、尾气热回收及排放系统，其中：所述 LNG燃料储存及供应系统和空气供给系统分别与燃料电池主供电系统连接； 所述燃料电池主供电系统分别与超级电容与蓄电池混合动力系统和尾气热回 收及排放系统相连；
所述LNG燃料储存及供应系统包括LNG储罐、BOG压缩机和燃料LNG 气化器；其中：所述LNG储罐的液相出口通过管道与燃料LNG气化器连接， LNG储罐的气相出口通过管道与BOG压缩机连接，所述BOG压缩机的出口 和LNG气化器的出口连通后通过尾气热回收及排放系统的多股流换热装置接 入燃料电池主供电系统；
所述空气供给系统包括空气压缩机、空气缓冲罐，其中：所述空气压缩机 出口与空气缓冲罐入口相连，空气缓冲罐的出口通过尾气热回收及排放系统的 多股流换热装置后接入燃料电池主供电系统；
所述燃料电池主供电系统包括固态氧化物电池堆、尾气补燃装置，其中： 多股流换热装置的高温天然气出口和热空气出口分别接入固态氧化物电池堆、 尾气补燃装置，所述固态氧化物电池堆通过电缆接入超级电容与蓄电池混合动 力系统的第一DC/DC转换器，所述固态氧化物电池堆的高温燃料尾气出口通 过管道与尾气补燃装置连接，所述尾气补燃装置的高温尾气出口通过管道连接 至尾气热回收及排放系统的多股流换热装置；
所述超级电容与蓄电池混合动力系统包括直流母线和分别与直流母线连 接的第一DC/DC转换器10、第二DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述第二 DC/DC转换器分别与蓄电池组和超级电容组连接；
所述尾气热回收及排放系统包括多股流换热装置、尾气分离器、凝结水泵、 尾气放散筒，所述多股流换热装置的尾气出口通过管道与尾气分离器连接，所 述尾气分离器的底部冷凝水出口通过管道接入凝结水泵，所述尾气分离器的顶 部脱水尾气出口通过管道接入尾气放散筒。
本发明还提供了一种高效LNG船舶动力供应方法，包括如下内容：
一、燃料电池主供电系统产生电力和热能：
LNG燃料储存及供应系统将LNG燃料送入尾气热回收及排放系统的多股 流换热装置中换热成600-1000℃的高温天然气，空气供给系统将空气送入尾气 热回收及排放系统的多股流换热装置中换热成600-1000℃的热空气,高温天然 气和热空气在固态氧化物电池堆中反应产生的电力送至超级电容与蓄电池混 合动力系统给船舶供电；反应产生的燃料尾气和空气尾气在尾气补燃装置中混 合新鲜空气进一步燃烧，最终将尾气补燃装置产生的高温尾气送至尾气热回收 及排放系统分级回收热能；
二、岸电接入为船舶提供电能：
所述超级电容与蓄电池混合动力系统在码头靠泊时通过船-岸电缆将岸电 输入岸电接入装置进行交流/直流转换后通过电缆接入直流母线进行电能储存 及使用分配；
三、尾气热回收及排放系统利用回收的热能生产高品位蒸汽和低品位热 水：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进 行梯级换热，回收的热能将脱盐水加热成为蒸汽和热水；
四、尾气资源回收：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进 行梯级换热，换热后的尾气将冷凝的纯净水，经处理后注回脱盐水罐再利用。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明将液化天然气技术和燃料电池技术创造性结合应用在船舶动力领 域结合，解决了高效使用LNG作为船舶燃料的动力效率问题。与传统LNG船 舶动力技术相比，传统LNG船舶动力采用的是燃气内燃机或燃气轮机，其采 用的是机械传动理论，动力效率仅为45％左右。而本发明采用固体氧化物电池 的天然气发电效率可到65％，用电机驱动的船舶则具有输出功率大、极限转速 高、结构简单、成本低、体积小、运行灵活等特点，加速性、可靠性、可维性 乃至噪音重量体积都远优于传统燃机-机械系统。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是基于固体氧化物电池的LNG船用动力供应系统的示意图。
具体实施方式
一种高效LNG船舶动力供应系统，如图1所示，包括：LNG储罐1、BOG 压缩机2、LNG增压泵3、LNG增压气化器4、燃料LNG气化器5、空气压缩 机6、空气缓冲罐7、固态氧化物电池堆8、尾气补燃装置9、第一DC/DC转 换器10、直流母线11、第二DC/DC转换器12、蓄电池组13、超级电容组14、 岸电接入装置15、DC/AC转换器16、多股流换热装置17、尾气分离器18、 凝结水泵19、尾气放散筒20。
具体地，
1)由LNG储罐1、BOG压缩机2、LNG增压泵3、LNG增压气化器4、 燃料LNG气化器5共同组成了LNG燃料储存及供应系统。
LNG燃料储存于LNG储罐1。LNG储罐1的液相出口由管道连接至增压 泵3的入口，增压泵3的出口通过管道与LNG增压气化器4入口相连，LNG 增压气化器4出口返回至LNG储罐1实现自增压。达到0.3～0.4MPa的LNG 燃料从LNG储罐1的另一个液相出口由管道连接至燃料LNG气化器5的入口， 气化为常温；LNG储罐1的气相出口通过管道连接到BOG压缩机2，经过 BOG压缩机2增压的BOG(Boil Off Gas闪蒸气，LNG在静态储存时产生的 静态蒸发)和LNG气化器5出口的天然气连通混合后通过管道被送至尾气热 回收及排放系统加热，加热后的天然气被送至燃料电池主供电系统参与发电。
其中：
LNG储罐1可以是真空粉末绝热罐、高真空杜瓦瓶；BOG压缩机2可以 是螺杆压缩机、迷宫压缩机、平衡式往复式压缩机；LNG增压泵3可以是筒 袋潜液泵、外置离心泵。
2)由空气压缩机6、空气缓冲罐7、共同组成了空气供给系统。
空气自大气中吸入空气压缩机6，空气压缩机6的出口通过管道与空气缓 冲罐7入口相连，实现增压空气缓冲储存，空气缓冲罐7出口的空气通过管道 被送至尾气热回收及排放系统加热，加热后的空气被送至燃料电池主供电系统 参与发电。
其中：
空气压缩机6可以是螺杆压缩机、往复压缩机等。
3)由固态氧化物电池堆8、尾气补燃装置9等共同组成了燃料电池主供电 系统。
由尾气热回收及排放系统送至来的高温天然气和蒸汽(所述蒸汽来自尾气 热回收及排放系统)按一定比例混合增湿(根据燃料气组分不同采用不同的增 湿混合比例，有利于多组分碳氢燃料实现内部重整)，同送来的热空气在固态 氧化物电池堆8中产生电化学反应，生产出直流电通过电缆接入DC/DC转换 器10。固态氧化物电池堆8会产生高温燃料尾气(其中可能含有一氧化碳)， 通过管道将高温燃料尾气连接至尾气补燃装置9和热空气混合后燃烧产生高温 尾气再通过管道连接至尾气热回收及排放系统进行热量回收。
其中：所述固态氧化物电池堆8包含多个固态氧化物电池的堆叠。
4)由第一DC/DC转换器10、直流母线11、第二DC/DC转换器12、蓄 电池组13、超级电容组14、岸电接入装置15、DC/AC转换器16等共同组成 了超级电容与蓄电池混合动力系统。
固体氧化物电池的LNG船用动力系统生产的电能通过电缆连接到第一 DC/DC转换器10，相关电力转换成合适的船用直流电压后再送至直流母线11 分配，直流母线11通过电缆分别连接第二DC/DC转换器12、DC/AC转换器 16、或直接送至船舶辅助用电设备用户，维持船舶的生产生活用电。第二DC/DC 转换器12通过电缆连接蓄电池组13、超级电容组14等电能的储存装置。DC/AC 转换器16通过电缆连接至电动机螺旋桨推进装置，实现船舶电力驱动。当船 舶靠岸时，本系统允许依靠岸电接入装置15从码头获取电能，进而减少船舶 自身的燃料消耗。当岸电通过船-岸电缆输入岸电接入装置15进行电压、交流 /直流转换后通过电缆接入直流母线11进行电能储存及使用分配。
其中：
岸电接入装置15的设计符合《静止式岸电装置(GB/T 25316-2010)》要求， 其组件包括岸电电源装置、接线箱、电缆卷车和船载变电站、AC/DC转换器 等多个部件组成，属于常规装置可由专业厂家进行定制。
直流母线11是能源系统的汇合点，所有的能源都以直流的方式汇总到直 流母线11上，再进行分配。
能量转换装置分为：AC/DC、DC/DC、DC/AC，其中AC/DC是用于岸电 接入的交流电转换成直流电，送给直流母线；DC/DC是用于控制锂电池组/超 级电容组和直流母线之间的能量流动方向；DC/AC用于直流母线上的电能转 换成交流电，送给电动机螺旋桨推进装置。
5)由多股流换热装置17、尾气分离器18、凝结水泵19、尾气放散筒20 等共同组成了尾气热回收及排放系统。
从燃料电池主供电系统来的高温尾气，通过管道接入多股流换热装置17 中分别与常温天然气、空气、水分别发生换热交换，生成高温天然气、热空气、 蒸汽、热水等。多股流换热装置17出口尾气通过管道连接到尾气分离器18进 行冷凝水分离，尾气分离器18底部产生的冷凝水通过管道接入凝结水泵19增 压后送至本系统外的冷凝水收集装置处理回收，尾气分离器18顶部产生的脱 水尾气再通过管道接入尾气放散筒20最终排放至大气。
其中：
多股流换热装置可以是板式换热器，或缠绕管式换热器。
本发明还提供了一种高效LNG船舶动力供应方法，包括如下内容：
一、燃料电池主供电系统产生电力和热能：
LNG燃料储存及供应系统的LNG燃料在LNG储罐中储存(储存压力 0.1MPa左右)，储罐中的LNG通过LNG增压泵3增压到中压(0.2MPa左右)， 中压LNG由LNG增压气化器4转化为气态天然气，并返回LNG储罐实现压 力增压。LNG储罐中的LNG通过管道输送到燃料LNG气化器气化成常温天 然气后会进一步在多股流换热装置中换热成高温天然气(600-1000℃)。空气 供给系统将空气压缩到中压(0.2MPa左右，但需要比燃料气端略高，以保证 氧离子的运动)后，在多股流换热装置中换热成热空气(600-1000℃)并送至 固态氧化物电池堆；高温天然气在固态氧化物电池堆中反应产生的电力送至超 级电容与蓄电池混合动力系统给船舶供电；反应产生的燃料尾气和空气尾气将 在尾气补燃装置9里混合新鲜空气(热量不足时可加入天然气)进一步燃烧， 最终将产生的高温尾气送至尾气热回收及排放系统分级回收热能。
二、岸电接入为船舶提供电能：
所述超级电容与蓄电池混合动力系统在码头靠泊时可以接收来自岸上的 充电系统进行充电，满足船舶靠岸基本电力消耗。当岸电通过船-岸电缆输入 岸电接入装置15进行交流/直流转换后通过电缆接入直流母线11进行电能储存 及使用分配。
三、尾气热回收及排放系统利用回收的热能生产高品位蒸汽和低品位热 水：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进 行梯级换热，回收的热能将脱盐水加热成为高品位蒸汽和低品位热水。其中低 品位热水可供船上生产生活用热水，高品位蒸汽可用于燃料电池反应增湿。
四、尾气资源回收：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进 行梯级换热，换热后的尾气将冷凝的纯净水，经处理后注回脱盐水罐再利用。 本系统运行时高温尾气亦可作为溴化锂吸收式制冷机的加热热源，为船舶提供 空调冷量。
本发明的工作原理是：
本发明提供了一种采用LNG作为动力燃料、固态氧化物电池堆作为核心 动力源，蓄电池/超级电容作为电能储存装置的船用动力系统及动力供应方法。 旨在提高使用LNG作为船舶燃料的动力效率问题，为国家大规模推广LNG在 船舶领域的应用提供一种高效动力系统方案。
本发明的一种高效LNG船舶动力供应系统包括依次连接的LNG燃料储存 及供应系统、空气供给系统、燃料电池主供电系统、超级电容与蓄电池混合动 力系统、尾气热回收及排放系统，其中：所述LNG燃料储存及供应系统和空 气供给系统分别与燃料电池主供电系统连接，提供其反应需要的天然气和氧 气；所述燃料电池主供电系统与超级电容与蓄电池混合动力系统相连，为其提 供动力电源；所述燃料电池主供电系统与尾气热回收及排放系统相连，由后者 进行热量回收、凝结水回收与尾气排放；所述超级电容与蓄电池混合动力系统 拥有岸电装置可以接收岸电。
流程1正常自发电：
LNG燃料储存及供应系统的LNG燃料在LNG储罐中储存(储存压力 0.1MPa左右)，储罐中的LNG通过LNG增压泵3增压到中压(0.4MPa左右)， 中压LNG由LNG增压气化器4转化为气态天然气，并返回LNG储罐实现压 力增压。LNG储罐中的LNG通过管道输送到燃料LNG气化器气化成常温天 然气后会进一步在多股流换热装置中换热成高温天然气(600-1000℃)。空气 供给系统将空气压缩到中压(0.4MPa左右，但需要比燃料气端略高，以保证 氧离子的运动)后，在多股流换热装置中换热成热空气(600-1000℃)并送至 固态氧化物电池堆；所述LNG在多股流换热装置中换热成高温天然气将产生 的电力发送给超级电容与蓄电池混合动力系统给船舶供电。
流程2岸电接入：
所述超级电容与蓄电池混合动力系统在码头靠泊时可以接收来自岸上的 充电系统进行充电，和满足船舶靠岸基本电力消耗。当岸电通过船-岸电缆输 入岸电接入装置15后需先通过AC/DC转换器进行电压、交流/直流转换后通 过电缆接入直流母线11进行电能储存及使用分配。
流程3冷暖通风：
当冬季热水需求量较大时，天然气和空气可大量进入尾气补燃装置9产生 热量，再通过尾气热回收及排放系统加热成热水给船舶供应暖通热量。当夏季 对制冷空调有需求时，尾气或可送至溴化锂吸收式制冷机用作热源，最终生成 冷水为船舶提供空调冷量。

Claims (10)

1.一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：包括LNG燃料储存及供应系统、空气供给系统、燃料电池主供电系统、超级电容与蓄电池混合动力系统、尾气热回收及排放系统，其中：所述LNG燃料储存及供应系统和空气供给系统分别与燃料电池主供电系统连接；所述燃料电池主供电系统分别与超级电容与蓄电池混合动力系统和尾气热回收及排放系统相连；
所述LNG燃料储存及供应系统包括LNG储罐、BOG压缩机和燃料LNG气化器；其中：所述LNG储罐的液相出口通过管道与燃料LNG气化器连接，LNG储罐的气相出口通过管道与BOG压缩机连接，所述BOG压缩机的出口和LNG气化器的出口连通后通过尾气热回收及排放系统的多股流换热装置接入燃料电池主供电系统；
所述空气供给系统包括空气压缩机、空气缓冲罐，其中：所述空气压缩机出口与空气缓冲罐入口相连，空气缓冲罐的出口通过尾气热回收及排放系统的多股流换热装置后接入燃料电池主供电系统；
所述燃料电池主供电系统包括固态氧化物电池堆、尾气补燃装置，其中：多股流换热装置的高温天然气出口和热空气出口分别接入固态氧化物电池堆、尾气补燃装置，所述固态氧化物电池堆通过电缆接入超级电容与蓄电池混合动力系统的第一DC/DC转换器，所述固态氧化物电池堆的高温燃料尾气出口通过管道与尾气补燃装置连接，所述尾气补燃装置的高温尾气出口通过管道连接至尾气热回收及排放系统的多股流换热装置；
所述超级电容与蓄电池混合动力系统包括直流母线和分别与直流母线连接的第一DC/DC转换器10、第二DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述第二DC/DC转换器分别与蓄电池组和超级电容组连接；
所述尾气热回收及排放系统包括多股流换热装置、尾气分离器、凝结水泵、尾气放散筒，所述多股流换热装置的尾气出口通过管道与尾气分离器连接，所述尾气分离器的底部冷凝水出口通过管道接入凝结水泵，所述尾气分离器的顶部脱水尾气出口通过管道接入尾气放散筒。
2.根据权利要求1所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：所述LNG储罐的另一液相出口由管道连接至增压泵的入口，增压泵的出口通过管道与LNG增压气化器的入口相连，LNG增压气化器的出口返回至LNG储罐。
3.根据权利要求1所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：所述超级电容与蓄电池混合动力系统的直流母线与岸电接入装置连接。
4.根据权利要求1所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：所述尾气补燃装置的高温尾气出口通过管道连接至溴化锂吸收式制冷机。
5.根据权利要求1所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：所述多股流换热装置设置有脱盐水入口、热水出口和蒸汽出口。
6.根据权利要求5所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：多股流换热装置的蒸汽出口通过管道连接至多股流换热装置的高温天然气出口。
7.根据权利要求5所述的一种高效LNG船舶动力供应系统，其特征在于：所述凝结水泵的出口通过管道与冷凝水收集装置连接，所述冷凝水收集装置通过管道接入多股流换热装置的脱盐水入口。
8.一种高效LNG船舶动力供应方法，其特征在于：包括如下内容：
一、燃料电池主供电系统产生电力和热能：
LNG燃料储存及供应系统将LNG燃料送入尾气热回收及排放系统的多股流换热装置中换热成600-1000℃的高温天然气，空气供给系统将空气送入尾气热回收及排放系统的多股流换热装置中换热成600-1000℃的热空气,高温天然气和热空气在固态氧化物电池堆中反应产生的电力送至超级电容与蓄电池混合动力系统给船舶供电；反应产生的燃料尾气和空气尾气在尾气补燃装置中混合新鲜空气进一步燃烧，最终将尾气补燃装置产生的高温尾气送至尾气热回收及排放系统分级回收热能；
二、岸电接入为船舶提供电能：
所述超级电容与蓄电池混合动力系统在码头靠泊时通过船-岸电缆将岸电输入岸电接入装置进行交流/直流转换后通过电缆接入直流母线进行电能储存及使用分配；
三、尾气热回收及排放系统利用回收的热能生产高品位蒸汽和低品位热水：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进行梯级换热，回收的热能将脱盐水加热成为蒸汽和热水；
四、尾气资源回收：
所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气通向尾气热回收及排放系统进行梯级换热，换热后的尾气将冷凝的纯净水，经处理后注回脱盐水罐再利用。
9.根据权利要求8所述的一种高效LNG船舶动力供应方法，其特征在于：LNG燃料在LNG储罐中的储存压力为0.1MPa，储罐中的LNG通过LNG增压泵增压到0.4MPa的中压，再由LNG增压气化器转化为气态天然气，并返回LNG储罐实现自增压，达到0.3～0.4MPa后的LNG燃料从LNG储罐的另一个液相出口由管道连接至燃料LNG气化器，气化为常温后送入尾气热回收及排放系统的多股流换热装置。
10.根据权利要求8所述的一种高效LNG船舶动力供应方法，其特征在于：所述燃料电池主供电系统副产的高温尾气作为溴化锂吸收式制冷机的加热热源，为船舶提供空调冷量。
CN202010907448.7A 2020-09-02 2020-09-02 一种高效lng船舶动力供应系统及方法 Pending CN112009697A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010907448.7A CN112009697A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种高效lng船舶动力供应系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010907448.7A CN112009697A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种高效lng船舶动力供应系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112009697A true CN112009697A (zh) 2020-12-01

Family

ID=73516689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010907448.7A Pending CN112009697A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种高效lng船舶动力供应系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112009697A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185196A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2004051049A (ja) * 2002-07-23 2004-02-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 液化ガス運搬船のｂｏｇ処理方法及び装置
JP2006349084A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Kawasaki Shipbuilding Corp 液化天然ガス運搬船の蒸発ガス供給システム
US20090282840A1 (en) * 2006-02-27 2009-11-19 Highview Enterprises Limited Energy storage and generation
KR20140138017A (ko) * 2013-05-23 2014-12-03 대우조선해양 주식회사 선박 엔진용 하이브리드 연료 공급 시스템 및 방법
WO2018100485A1 (en) * 2016-11-30 2018-06-07 Saipem S.P.A. Closed gas cycle in cryogenic applications or refrigerating fluids
KR20180135783A (ko) * 2017-06-13 2018-12-21 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
CN109065914A (zh) * 2018-07-03 2018-12-21 中国石油大学(北京) 以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统
CN209180655U (zh) * 2018-11-13 2019-07-30 中国石油工程建设有限公司 一种小型lng分布式能源系统
CN110186251A (zh) * 2019-06-11 2019-08-30 中国石油工程建设有限公司 一种适用于超大规模的三循环天然气液化装置及方法
CN209782244U (zh) * 2019-04-09 2019-12-13 中国石油工程建设有限公司 一种气电氢综合能源供应系统
JP2020087600A (ja) * 2018-11-20 2020-06-04 東京瓦斯株式会社 燃料電池発電システム
CN212766780U (zh) * 2020-09-02 2021-03-23 成都精智艺科技有限责任公司 一种高效lng船舶动力供应系统

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185196A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2004051049A (ja) * 2002-07-23 2004-02-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 液化ガス運搬船のｂｏｇ処理方法及び装置
JP2006349084A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Kawasaki Shipbuilding Corp 液化天然ガス運搬船の蒸発ガス供給システム
US20090282840A1 (en) * 2006-02-27 2009-11-19 Highview Enterprises Limited Energy storage and generation
KR20140138017A (ko) * 2013-05-23 2014-12-03 대우조선해양 주식회사 선박 엔진용 하이브리드 연료 공급 시스템 및 방법
WO2018100485A1 (en) * 2016-11-30 2018-06-07 Saipem S.P.A. Closed gas cycle in cryogenic applications or refrigerating fluids
KR20180135783A (ko) * 2017-06-13 2018-12-21 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
CN109065914A (zh) * 2018-07-03 2018-12-21 中国石油大学(北京) 以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统
CN209180655U (zh) * 2018-11-13 2019-07-30 中国石油工程建设有限公司 一种小型lng分布式能源系统
JP2020087600A (ja) * 2018-11-20 2020-06-04 東京瓦斯株式会社 燃料電池発電システム
CN209782244U (zh) * 2019-04-09 2019-12-13 中国石油工程建设有限公司 一种气电氢综合能源供应系统
CN110186251A (zh) * 2019-06-11 2019-08-30 中国石油工程建设有限公司 一种适用于超大规模的三循环天然气液化装置及方法
CN212766780U (zh) * 2020-09-02 2021-03-23 成都精智艺科技有限责任公司 一种高效lng船舶动力供应系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李斌: "燃料电池技术及其船舶应用现状", 《世界海运》 *
秦锋等: "能量管理策略在混合动力船舶上的应用", 《船电技术》 *
阮栋等: "气-电混合动力系统在船舶上的应用", 《武汉船舶职业技术学院学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106817067A (zh) 一种基于燃料电池的多能互补热电联产系统和工作方法
CN108800628B (zh) 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统
CN112448413A (zh) 一种近零碳排放的分布式能源供给系统及方法
CN114142791B (zh) 一种多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统
CN109882737B (zh) 一种气电氢综合能源供应系统及方法
CN212766780U (zh) 一种高效lng船舶动力供应系统
CN110690855A (zh) 一种基于氢储能的新型净零能耗建筑的能源系统
CN112259758B (zh) 一种零排放船用冷热电联供机组及其使用方法
CN109707992A (zh) 一种多功能充电加氢站
CN113889648B (zh) 一种mw级热电联供燃料电池电站
CN112572743A (zh) 一种应用太阳能制氢的低温燃料电池混合多能动力系统
Lee et al. Analysis of fuel cell applied for submarine air independent propulsion (AIP) system
CN209180655U (zh) 一种小型lng分布式能源系统
CN116344883A (zh) 一种sofc-soec多能源联储联供系统及方法
CN215904702U (zh) 一种基于风电的海上制氢制甲醇储舱平台
CN115084580A (zh) 基于可逆固体氧化物电池可再生能源就地储能系统及方法
CN205801489U (zh) 一种船载热泵空调系统
CN209782244U (zh) 一种气电氢综合能源供应系统
CN209655011U (zh) 一种多功能充电加氢站
CN213341659U (zh) 一种近零碳排放的分布式能源供给系统
CN112009697A (zh) 一种高效lng船舶动力供应系统及方法
CN114725428B (zh) 一种以氨气为载体的零碳排放固体氧化物燃料电池与可再生能源联合发电系统
CN115354345A (zh) 光伏光热耦合共电解结合垃圾发电的综合能源系统及其工艺方法
CN213150830U (zh) 一种双燃料电池供电系统
CN213242616U (zh) 一种甲醇水燃料电池叉车配电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201201