CN113922421A - 海上风电制氢综合平台 - Google Patents

Abstract

本申请涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种海上风电制氢综合平台，海上风电制氢综合平台包括：移动平台；风力发电系统，设置于移动平台；制氢系统，设置于移动平台，制氢系统与风力发电系统连接；气体收集系统，与制氢系统连接。本申请提供的海上风电制氢综合平台，能够根据风力、风速、风向情况使移动平台(船体)自航至适宜位置，充分利用深远海上的风进行风力发电，显著提高风力发电效率，从而大幅度提高风能与氢能之间的转化效率，而且不需要在海上建造作业平台，节约成本，经济性高，具有较强的实用性。

Description

海上风电制氢综合平台

技术领域

本申请涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种海上风电制氢综合平台。

背景技术

氢能受到全球广泛关注，成为应对气候变化、建设脱碳社会的重要能源和产业方向。相对于氯碱副产气、焦炉煤气、乙烷裂解等制氢方式，利用可再生能源电解水制氢，保障绿氢能源供应才更加符合时代发展的要求。而全球海上风能源丰富，利用海上风电直接制氢整体是一项环保节能的制氢技术。虽然远海风场稳定、风机发电效率高，但其输送和并网难度大。

目前，关于全球近海风电的研究和发展，更多的是在弃风的情况下采用风电耦合制氢的模式进行海上电解水制氢，存在以下弊端：(一)对电网稳定冲击大，经济性差；(二)耦合制氢效率低。

建立深远海风机电站进行电力输送，需要配置独立的浮式风机基础、升压整流平台形成较远的远海电力输送系统，无法充分利用深远海风电。如果采用深远海风机电站进行电解制氢，还需要设计独立的制氢平台和输氢平台，并通过水下高压电缆与升压整流平台连接而获得动力，造价高、经济性差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种海上风电制氢综合平台，以在一定程度上解决现有技术中存在的现有的利用远海风力发电制氢平台需要需要配置独立的浮式风机基础、升压整流平台形成较远的远海电力输送系统，无法充分利用深远海风发电制氢，而且造价高、经济性差的技术问题。

本申请提供了一种海上风电制氢综合平台，包括：

移动平台；

风力发电系统，设置于所述移动平台；

制氢系统，设置于所述移动平台，所述制氢系统与所述风力发电系统连接；

气体收集系统，与所述制氢系统连接。

在上述技术方案中，进一步地，所述海上风电制氢综合平台还包括：海水制淡系统，设置于所述移动平台。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述移动平台为船舶的船体，所述船体包括甲板以及多个舱室；

所述风力发电系统、所述制氢系统设置于所述甲板；

所述多个舱室，所述多个舱室中的至少一个所述舱室设置有储料装置；

多个推进器，设置于所述船体。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述气体收集系统包括氢气收集系统和氧气收集系统；

所述制氢系统分别与所述氢气收集系统和所述氧气收集系统连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述制氢系统包括：

电解装置，与所述风力发电系统连接；

离子水箱，与所述电解装置连接；

碱箱，与所述电解装置连接；

所述电解装置分别与所述氢气收集系统和所述氧气收集系统连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述氢气收集系统包括氢气储罐，设置于多个所述舱室中的至少一个所述舱室中；

所述电解装置包括阴极出气口，所述氢气储罐与所述阴极出气口连接；

或者，所述海上风电制氢综合平台还包括氢气外输系统，所述氢气外输系统分别与所述电解装置的阴极出气口以及氢气接收站连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述移动平台的底部设置有压载舱；

所述甲板设置有按矩阵排列的多个支墩，所述多个支墩用于为所述电解装置提供多个安装位置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述风力发电系统包括：

风机，设置于所述甲板；

储能装置，与所述风机连接；

变压整流装置，设置于所述船体，所述变压整流装置与所述储能装置连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述船体还设置有多点系泊系统。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述海上风电制氢综合平台还包括：

消防系统，设置于所述移动平台；

作业区间，设置于所述移动平台，所述作业区间设置有发电设备。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的海上风电制氢综合平台包括：移动平台；风力发电系统，设置于移动平台；制氢系统，设置于移动平台，制氢系统与风力发电系统连接；气体收集系统，与制氢系统连接。

本申请提供的海上风电制氢综合平台，能够根据风力、风速、风向情况使移动平台(船体)自航至适宜位置，充分利用深远海上的风进行风力发电，显著提高风力发电效率，从而大幅度提高风能与氢能之间的转化效率，而且不需要在海上建造作业平台，节约成本，经济性高，具有较强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的海上风电制氢综合平台的结构示意图；

图2为图1提供的海上风电制氢综合平台在M处的放大结构示意图；

图3为图1提供的海上风电制氢综合平台在N处的放大结构示意图；

图4为本申请实施例提供的海上风电制氢综合平台的俯视图；

图5为本申请实施例提供的海上风电制氢综合平台的部分结构示意图。

附图标记：1-移动平台，101-舱室，2-风力发电系统，3-制氢系统，4-推进器，5-变压整流装置，6-多点系泊系统，7-消防系统，8-作业区间，9-直升机平台，10-氢气外输装置，11-甲板吊机，12-支墩，13-电缆路径。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图5描述根据本申请一些实施例所述的海上风电制氢综合平台。

参见图1至图5所示，本申请的实施例提供了一种海上风电制氢综合平台，包括：移动平台1以及设置在移动平台1上的风力发电系统2、制氢系统3、气体收集系统和海水制淡系统，其中，移动平台1将风力发电系统2、制氢系统3、气体收集系统和海水制淡系统运输至深远海的指定位置，风力发电系统2用于为制氢系统3、海水制淡系统以及下述其他用电设备、系统提供电能，制氢系统3通过电解水制氢气的方式制备氢气，气体收集系统用于收集或输送制氢系统3制得的氢气，海水制淡系统用于淡化海水获得淡水作为电解液的重要成分，以下将具体介绍本海上风电制氢综合平台各系统的具体结构。

移动平台1具体为船舶，包括船体以及设置于船体的甲板，移动平台1整体采用钢制，设计为船型，一是有利于加大平台甲板面积和提高甲板载荷，二是具有良好的水动力性能，三是有利于减小阻力和便于航行。甲板的下方形成有多个相互独立的舱室101，各个舱室101作为储藏间。移动平台1的整体的底部形成压载舱，用于调整本海上风电制氢综合平台整体的重心位置、浮态和稳性。

船体设置有与船体可拆卸连接的推进器4，使得本海上风电制氢综合平台在建造完工后可根据风向、风力等自航至指定的风场位置，另外，本海上风电制氢综合平台处于指定位置，而外部环境不满足本海上风电制氢综合平台的作业条件或者外部环境超过本海上风电制氢综合平台抗风浪的能力或者其他应急情况时，本海上风电制氢综合平台可以自航以躲避恶劣作业环境，避免引发危险或者造成经济损失。此外，由于本海上风电制氢综合平台具有自航能力，也可以作为氢气输送平台与陆上氢气接收站进行靠泊外输。

甲板上设置有多个支墩12，多个支墩12密集排列并且多个支墩12呈矩阵排列，使得任意相邻的两个支墩12之间形成能够形成预定间距，以这样的方式布置支墩12能够满足制氢系统3中不同类型、不同数量、不同安装位置的制氢装置的安装需求。

进一步地，船体的底部设置有多组多点系泊系统6，多点系泊系统6的数量优选为四组，四组多点系泊系统6分别设置在船体底部的靠近四个顶角位置，并且每一组多点系泊系统6中包括多个系泊装置，系泊装置采用大抓力锚或海底固定式定位基础与海床连接，实现移动平台1以及本海上风电制氢综合平台定位，多点系泊系统6中的每一个系泊装置具体可通过锚链或钢缆或链-缆-链的方式与海床连接，为移动平台1以及本海上风电制氢综合平台整体的安全作业和环境适应性提供保障，而且，多点系泊系统6相较于船舶常用的动力定位系统经济性更高，能够节约成本。此外，优选地，多点系泊系统6配置有可拆式锚机，以提高系泊效率。

进一步地，风力发电系统2包括：风机、储能装置和变压整流装置5，风机设置在甲板上，通过风力发电，将风能转化为电能并将电能储存至储能装置中，储能装置的输出端设置有变压整流装置5，对储能装置释放的电能进行整流，以使得储能装置能够对制氢系统3、海水制淡系统以及移动平台1上的储氢、外输、航行以及消防安全和通讯提供动力，不需要再建立独立的风电场，或者利用外部的风电提供动力，更加经济和便捷用电设备进行稳定、安全地供电。

优选地，变压整流装置5设置在船体的靠近尾部的一个舱室101内，避免甲板上浪损坏变压整流装置5。

需要说明的是，本申请实施例中，仅介绍了风力发电的重要结构和部件，风力发电的原理以及具体包含的设备、结构不作为本申请重点要求的保护对象，因此，风力发电的具体结构作为现有技术中的成熟技术，本领域技术人员完全能够理解，在此不作过于详细的介绍。

进一步地，制氢系统3包括：电解装置、离子水箱、碱箱，还包括气液处理器、计算机管理系统以及加水泵等，离子水箱和碱箱设置在移动平台1的舱室101内，离子水箱内存储有离子水，碱箱内存储有碱液，离子水、碱液以及上述的淡水作为电解装置所需的电解液的重要组成成分，电解装置在进行电解过程中，阴极不断产生氢气、阳极不断产生氧气，碱液能够中和电解过程中产生的酸性物质，离子水与淡水和碱液混合能够增加混合液体的导电性，从而确保电解效果，然后，由气液处理器将电解产生的气体分离出来以便进行后续输送、存储等，加水泵的数量为多个，用于将离子水箱中离子水、碱箱中碱液以及储水罐中淡水泵入电解装置中，电解装置与计算机管理系统电连接，便于工作人员控制电解装置的启停以及调节电解装置的电流等工作参数，优选地，各个加水泵也与计算机管理系统电连接。

更进一步地，气体收集系统包括：氢气收集系统和氧气收集系统，具体地，氢气的收集可以分为两种形式，一种为存储于移动平台1，移动平台1的多个舱室101中的其中一个舱室101为氢气储存仓，氢气储存舱可以为普通舱，能够满足通过压力罐存储氢气，这种情况下，氢气处于气态，储存环境满足高压低温的条件，氢气储存仓可以为菱形液货舱，此时氢气处于液态，储存环境满足低压低温的储存条件。另一种为通过氢气外输装置10将氢气直接输送至氢气终端站，具体地，氢气外输装置10设置于船体上，氢气外输装置10包括外输装置、外输软管、软管吊车等，外输装置具有辊轮结构，外输软管缠绕在外输装置上，外输软管的一端与电解装置的阴极出气口连接，软管吊车用于吊装外输软管，以便另一端能够与船体以外的穿梭船或驳船上的储罐连接，由穿梭船将氢气运送至陆上的氢气终端站。

氧气的收集方式可参照上述内容。

进一步地，海水制淡系统包括海水制淡设备以及储水罐，海水制淡设备具体可以为反渗透式海水制淡设备，用于使用海水制得淡水，储水罐与海水制淡设备连接，用于存储制得的淡水，优选地，海水制淡设备以及储水罐设置于移动平台1的一个舱室101内。

更优选地，移动平台1(船体)设置有海底门和海水提升装置，海底门用于向压载舱内吸入海水，海水提升装置用于向海水制淡设备供应海水。

进一步地，本海上风电制氢综合平台还包括在甲板的中间位置并相对甲板的具有预定高度的位置设置有管廊处所，为淡水、海水、碱液、离子水等各种液体以及氢气、氧气等气体的输送管道提供综合布置场所，便于管路连接、走向排布，也便于与处于不同支墩12上的电解装置连接，提高制氢效率。

需要说明的是，本申请中，电解装置采用模块化的设计，电解液的供给通过外接管路的方式实现，使得电解装置能够在密集排布于甲板的各个支墩12上具有多种设置位置、设置方式，可根据制氢能力、效率的大小实现快速改装、替换以及数量增减等操作。

进一步地，甲板规划设置有电缆路径13，便于对用于储能装置与各用电设备电连接的电缆的预敷设，使得电缆的走向、排布整齐划一，便于检修。

进一步地，船体的舷侧设置有至少一个甲板吊机11，为移动平台1上的制氢装置、或者其他电力设备等的维修以及平台补给进行吊装。

更进一步地，船体设置有消防系统7，优选地，消防系统7具体设置于船体的靠近船首或船尾一个舱室101中，消防系统7包括设置在船体的舱室101中的消防水、泡沫消防、CO₂灭火器等灭火装置，为平台火灾、爆炸等应急情况提供安全保障。

移动平台1设置有作业区间8，作业区间8设置有高舒适性的为工作人员提供住宿、娱乐、餐饮、健身等基建场所的楼梯，同时楼体兼具临时避难所的供能，楼体配置有应急发电机、应急配电板、蓄电池等，为平台应急失电情况提供应急电源，使得在应急情况下能够为工作人员提供安全庇护并未紧急情况下逃生、消防、照明提供动力。

优选地，作业区间8的场地设置有供直升机降落的直升机平台9，为生产人员轮班、应急救援和撤离提供保障。

综上所述，本申请提供的海上风电制氢综合平台，能够根据风力、风速、风向情况使移动平台(船体)自航至适宜位置，充分利用深远海上的风进行风力发电，显著提高风力发电效率，从而大幅度提高风能与氢能之间的转化效率，而且不需要在海上建造作业平台，节约成本，经济性高，具有较强的实用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种海上风电制氢综合平台，其特征在于，包括：

移动平台；

风力发电系统，设置于所述移动平台；

制氢系统，设置于所述移动平台，所述制氢系统与所述风力发电系统连接；

气体收集系统，与所述制氢系统连接。

2.根据权利要求1所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述海上风电制氢综合平台还包括：海水制淡系统，设置于所述移动平台。

3.根据权利要求1所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述移动平台为船舶的船体，所述船体包括甲板以及多个舱室；

所述风力发电系统、所述制氢系统设置于所述甲板；

所述多个舱室，所述多个舱室中的至少一个所述舱室设置有储料装置；

多个推进器，设置于所述船体。

4.根据权利要求3所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述气体收集系统包括氢气收集系统和氧气收集系统；

所述制氢系统分别与所述氢气收集系统和所述氧气收集系统连接。

5.根据权利要求4所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述制氢系统包括：

电解装置，与所述风力发电系统连接；

离子水箱，与所述电解装置连接；

碱箱，与所述电解装置连接；

所述电解装置分别与所述氢气收集系统和所述氧气收集系统连接。

6.根据权利要求5所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述氢气收集系统包括氢气储罐，设置于多个所述舱室中的至少一个所述舱室中；

所述电解装置包括阴极出气口，所述氢气储罐与所述阴极出气口连接；

或者，所述海上风电制氢综合平台还包括氢气外输系统，所述氢气外输系统分别与所述电解装置的阴极出气口以及氢气接收站连接。

7.根据权利要求5所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述移动平台的底部设置有压载舱；

所述甲板设置有按矩阵排列的多个支墩，所述多个支墩用于为所述电解装置提供多个安装位置。

8.根据权利要求3所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述风力发电系统包括：

风机，设置于所述甲板；

储能装置，与所述风机连接；

变压整流装置，设置于所述船体，所述变压整流装置与所述储能装置连接。

9.根据权利要求3所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述船体还设置有多点系泊系统。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的海上风电制氢综合平台，其特征在于，所述海上风电制氢综合平台还包括：

消防系统，设置于所述移动平台；

作业区间，设置于所述移动平台，所述作业区间设置有发电设备。

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