CN115892360A - 一种风电运输船舶及海上风电输送方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风电运输船舶及海上风电输送方法，涉及海上风电技术领域，该船舶包括船体和若干个电池储能模块；船体上设有用于电性连接海上发电设备的第一充电端；船体上设有与电池储能模块一一对应匹配的充电固定区；对应电池储能模块卡接对应充电固定区；对应电池储能模块通过对应充电固定区电性连接第一充电端。该船舶不但可以克服海上风电场选址限制，最大化利用海上风能、避免高昂的建设维护成本问题、抗自然灾害能力强、影响海洋环境少、不受间歇式波动电力约束、安全性和工作效率高、可大规模应用，同时使用灵活性强、可以适应海上和陆上用电设备的使用需求、提高电池储能模块的维修便捷度并且降低维修时发生人为事故的概率。

Description

一种风电运输船舶及海上风电输送方法

技术领域

本申请属于海上风电技术领域，尤其涉及一种风电运输船舶及海上风电输送方法。

背景技术

在“双碳”目标下，中国大力发展清洁能源，以减少碳排放。在新能源电力输送领域，目前有如下几种输电方式，对于陆上的长距离输电，多采用特高压直流输电技术，最具代表性的是西电东送战略，将西北地区的清洁能源转化为电能，运往东部高负荷用电地区。而对于海上风电，则采用海底电缆输电的方式。除此之外，还有将风电转化为氢能再进行输运的方式。虽然上述输电方式得到了一定程度的发展和应用，但是仍存在相应的问题。

例如，建设输电铁塔的特高压输电方式，存在系统的稳定性和可靠性问题，并且只适用于陆上地区。而对于铺设海底电缆搭配换流站的输电方式，输电的费用大致在500~1000万元/公里，受限于其高昂的建设维护成本问题，限制了深远海风电场的发展；另外，间歇式波动的电力并网往往会出现电力充足时无用电需求、用电高峰期时又电力供应不足的问题，具体表现为：受限于风能的时效性和环境依赖性，风力发电有着出力不稳定的特点，这给输电并网带来诸多挑战，海上风电的出力高峰往往和实际城市用电需求相反，在白天城市用电负荷大的时候，往往风力较小，导致电力供应不足，而到了夜间城市用电需求减小时，海上风力又会变大，电力供应充足，这就会带来较多电力的浪费；除此之外，海底输电电缆还有抗自然灾害能力弱、影响海洋环境等缺点。

而风电制氢受限于氢能储运等关键技术的发展，存在安全性差、效率低等问题，尚不具备大规模应用的条件。

为了解决上述技术问题，现有技术CN 217462403 U公开了一种多类型分布式海洋电能传输系统，包括距港口设定距离的能源岛，港口和能源岛之间的海面上具有储能船，能源岛通过直流汇流器将电能传输给储能船，储能船运行至港口放电完成电能传输。其中，储能船包括船体和连接在船体上的储能模块，储能模块可以为大型储能电池，储能船采用全电力推进，由船上搭载的电池储能模块提供电能。港口设有储能船停靠区，停靠区内设置直流接口，用于与储能船连接接收电能。直流接口与港口停靠的用电船只连接，为用电船只供电，多余电力经逆变器逆变后并入电网用于港口设备运行。

但是现有多类型分布式海洋电能传输系统，其储能船上的电池储能模块是固定在储能船的船体上，无法拆卸下来，只能通过直流接口给港口的用电船只供电，但是无法将所储备的电能运送到陆地上以供陆地用电设备（例如，商用建筑和设施供电的大型电源基站、电动车辆充电站、电场储能项目等）使用，使用灵活性较差，而且难以满足人们对储能船舶功能多样化的使用要求。同时，一旦某个电池储能模块发生机械或电路结构的损坏，就要调整所有电池储能模块与储能船之间的机械或电路连接，不但维修不便，而且在维修时稍有不慎，还会影响其他正常电池储能模块与储能船之间的有效连接，大大提高了人为事故发生的概率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本申请的第一个发明目的在于提供一种风电运输船舶，不但可以克服海上风电场选址限制、增加了海上风电场选址的灵活性，使其能够最大化利用海上风能、避免了长距离的电缆铺设导致高昂的建设维护成本的问题、抗自然灾害能力强、影响海洋环境少、不受间歇式波动电力的约束、安全性高、工作效率高、可大规模应用，同时使用灵活性强、可以适应海上和陆上的用电设备的使用需求、有利于提高电池储能模块的维修便捷度并且降低维修时发生人为事故的概率。本申请的第二个发明目的是提供一种采用上述风电运输船舶实施的海上风电输送方法。

为了实现上述第一个发明目的，本申请所采用的技术方案如下：

一种风电运输船舶，包括船体和若干个电池储能模块；所述船体上设有用于电性连接海上发电设备的第一充电端；所述船体上设有与所述电池储能模块一一对应匹配的充电固定区；对应电池储能模块卡接对应充电固定区；所述对应电池储能模块通过对应充电固定区电性连接所述第一充电端。

进一步地，所述对应充电固定区包括形状与所述对应电池储能模块的外轮廓相匹配的对应固定槽，以及设于所述对应固定槽之中、用于电性连接所述第一充电端和对应电池储能模块的对应第二充电端；所述对应电池储能模块卡接所述对应固定槽。

优选地，所述对应固定槽的至少一个顶角上设有用于引导所述对应电池储能模块作安装与水平固定的导角；所述对应固定槽的中部区域向上凸出形成一形状与所述对应电池储能模块的底部的凹陷相匹配的凸起；所述凸起卡接所述凹陷。

或者，进一步地，所述对应电固定区包括固定在所述船体上的凸起，以及固定在所述船体上、用于电性连接所述对应电池储能模块和第一充电端的第二充电端；所述对应电池储能模块上设有与所述凸起相匹配的凹口；所述凸起卡接所述凹口。

进一步地，所述对应充电固定区还包括底锁；所述对应电池储能模块上设有至少一个用于固定连接所述底锁的角件。

更进一步地，所述船体为三体船。

优选地，所述三体船包括主船体和两个辅船体；所述两个辅船体分别对应设于所述主船体的左侧端和右侧端上；所述充电固定区设于所述主船体上。

更进一步地，本申请的风电运输船舶还包括船体动力系统；所述船体动力系统包括主电源、备电源和处理电路；所述主电源和备份电源分别连接处理电路的输入端，处理电路的输出端用于连接船舶整体控制系统。

更进一步地，所述船体设有充电系统；所述第一充电端通过所述充电系统电性连接所述充电固定区；所述充电系统包括兆瓦充电系统和脉冲式充电系统。

更进一步地，所述船体设有充电系统；充电系统包括无线充电系统；所述无线充电系统包括设置在船体侧的受电系统和设置在岸侧的送电系统；所述受电系统用于给所述第一充电端和/或所述船体的船体动力系统供电；所述受电系统感应连接所述送电系统；所述受电系统包括受电柜和接收线圈；所述送电系统包括送电柜和发送线圈；所述发送线圈感应连接所述接收线圈。

优选地，所述发送线圈为螺线管结构，所述接收线圈为双解耦绕组结构。

优选地，所述发送线圈和接收线圈的绕组为铜环流管；所述发送线圈和接收线圈的磁芯为纳米晶磁芯。

优选地，所述接收线圈的背部区域设置有磁场屏蔽板。

更进一步地，所述电池储能模块为集装箱式电池模块，所述集装箱式电池模块的尺寸包括20英尺和40英尺。

更进一步地，本申请的风电运输船舶还包括电池管理系统；所述电池管理系统包括云端、与所述电池储能单元一一对应的传感器，与所述传感器一一对应的控制单元；对应传感器获取对应电池储能模块的状态数据并通过对应控制单元上传到所述云端。

更进一步地，所述电池储能模块为多个；多个所述电池储能模块排列成层状结构；所述层状结构的高度低于船体的驾驶室挡风玻璃最下端的高度。

优选地，在所述层状结构中，每层所述电池储能模块沿纵向和横向排列成一矩阵；并且，在横向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为0.35米；在纵向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为1.5米。

更进一步地，所述电池储能模块为两个以上，并且相邻的所述电池储能模块之间设置有桥锁或连杆。

为了实现上述第二个发明目的，本申请采用的技术方案内容具体如下：

一种海上风电输送方法，包括：

采用上述的风电运输船舶在岸侧装载待充电电池储能模块并输送至目标海上风电场；所述待充电电池储能模块从需求端输送至所述换流站；

当所述电池储能模块在所述目标海上风电场充满电后形成满电电池储能模块时，再次采用所述风电运输船舶装载所述满电电池储能模块并输送至所述岸侧，以将所述满电电池储能模块输送至所述需求端。

进一步地，所述海上风电输送方法还包括：

当所述风电运输船舶停靠岸侧时，采用所述无线充电系统对所述风电运输船舶进行充电以弥补中途损耗。

相比现有技术，本申请至少具有如下有益效果：

1.本申请由于采用电池储能模块来储备电力，从而使海上风场的电力运输不受时间和地点的限制，并且海上风电可以在电力富裕的时候给电池储能模块进行储能，不但不受间歇式波动电力的约束，而且大大减少了电力浪费；而且，采用电池储能模块来储备电力，还解放了风场选址的限制，适合应用在深远海风电场和近海风电场的电力运输场合。

2.本申请通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的铺设海底电缆搭配换流站的输电方式，不涉及长距离、长时间的海底开挖和施工，不但对海洋环境的影响和破坏较小，同时还能有效地抵御地震和台风等环境自然灾害，抗自然灾害能力强。

3.本申请通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的铺设海底电缆搭配换流站的输电方式，有利于降低电力输送系统的建设和维护成本,具体为：目前，海底电缆建造及维护成本昂贵，每公里大约需要耗费500-1000万人民币。通常来说，近海的固定式海上风场离岸距离不少于30公里，而深远海的漂浮式风电场的离岸距离则会更大。而造船技术随着多年的发展，已较为成熟，成本也控制在合理范围内，制造一艘3200公吨载重的运输船，大致花费在5000-8000万人民币。

4.本申请通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的将风电转化为氢能再进行输运的方式，成本低、安全性高、工作效率高，具备大规模应用的条件。

5.本申请相对于现有的多类型分布式海洋电能传输系统，由于本申请的电池储能模块卡接在充电固定区，从而实现电池储能模块与船体之间的可拆卸连接，在电池储能模块充电完成之后，可以将电池储能模块从船体上拆卸下来，使用灵活性强，不但适用于海上用电设备（例如，船用电池或充电站）的供电，而且还适用于陆地用电设备（例如，给商用建筑和设施供电的大型电源基站、电动车辆充电站、电场储能项目等）的供电，满足人们对储能船舶功能多样化的使用要求。而且，一旦某个电池储能模块发生机械或电路结构的损坏，只需要将对应的电池储能模块从充电固定区上拆卸下来进行维修即可，十分方便，而且可以防止不同电池储能模块在机械连接或电路连接上的相互影响，大大降低了人为事故发生的概率。

6.本申请的充电固定区与电池储能模块一一对应匹配，为电池储能模块提供合适形状和尺寸的充电固定区，相对于多类型分布式海洋电能传输系统，提升了电池储能模块的装卸效率。

下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请风电运输船舶较优选实施例的结构示意图；

图2是图1另一个方向的结构示意图；

图3是本申请风电运输船舶较优选实施例的海上充电示意图；

图4是海上风电场与需求端的电力运输流程图；

图5是本申请风电运输船舶的充电固定区较优选实施例的结构示意图一；

图6是本申请风电运输船舶的充电固定区较优选实施例的结构示意图二；

图7是本申请风电运输船舶的20英尺电池储能模块较优选实施例的结构示意图；

图8是本申请风电运输船舶的40英尺电池储能模块较优选实施例的结构示意图；

图9是本申请风电运输船舶的20英尺电池储能模块的内部结构示意图；

图10是本申请风电运输船舶的40英尺电池储能模块的内部结构示意图；

图11是本申请风电运输船舶的电池储能模块的整体布局图；

图12是本申请风电运输船舶的脉冲式充电系统较优选实施例的充电流程图；

图13是本申请风电运输船舶较优选实施例靠岸无线充电的示意图；

图14是本申请风电运输船舶的电池管理系统较优选实施例的结构示意图；

图15是本申请风电运输船舶的船体动力系统较优选实施例与船舶整体控制系统的电路连接示意图。

其中，各附图标记为：

1、船体；11、第一充电端；12、充电固定区；121、固定槽；122、第二充电端；123、导角；13、上层甲板；14、起重装置；15、小型直升机停机坪；16、驾驶室；17、设备控制室；18、主船体；181、船尾主推进器；182、船艏辅推进器；19、辅船体；2、电池储能模块；21、电池舱；211、电池舱门；212、散热栅；213、散热风扇；214、电池隔板；215、电池单元；2151、小型电池单元；2152、大型电池单元；216、角件；217、电池充电接口；22、设备舱；3、海上浮标式充电平台；31、充电电缆；32、柔性牵引装置；33、电缆；4、层状结构；5、无线充电系统；51、受电柜；52、接收线圈；53、送电柜；54、发送线圈；6、船体动力系统；61、动力电池组；62、氢燃料电池；63、斩波器；64、熔断器；65、直流母线；66、逆变器；67、变压器；68、电动机；7、电池管理系统；71、云端；72、传感器；73、控制单元。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例中，所采用的术语“第一”、“第二”、“第三”等意在作为区分不同元素的标签，并且根据它们的数字指定可能不一定具有顺序含义。

下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。

实施例一

如图1至图15所示，本申请的风电运输船舶的第一种具体实施方式，包括船体1和若干个电池储能模块2；所述船体上设有用于电性连接海上发电设备的第一充电端11；所述船体上设有与所述电池储能模块一一对应匹配的充电固定区12；对应电池储能模块卡接对应充电固定区；所述对应电池储能模块通过对应充电固定区电性连接所述第一充电端。

本申请的风电运输船舶，由于采用电池储能模块来储备电力，从而使海上风场的电力运输不受时间和地点的限制，并且海上风电可以在电力富裕的时候给电池储能模块进行储能，不但不受间歇式波动电力的约束，而且大大减少了电力浪费；而且，采用电池储能模块来储备电力，还解放了风场选址的限制，适合应用在深远海风电场和近海风电场的电力运输场合。

本申请的风电运输船舶通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的铺设海底电缆搭配换流站的输电方式，不涉及长距离、长时间的海底开挖和施工，不但对海洋环境的影响和破坏较小，同时还能有效地抵御地震和台风等环境自然灾害，抗自然灾害能力强。

本申请的风电运输船舶，通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的铺设海底电缆搭配换流站的输电方式，有利于降低电力输送系统的建设和维护成本,具体为：目前，海底电缆建造及维护成本昂贵，每公里大约需要耗费500-1000万人民币。通常来说，近海的固定式海上风场离岸距离不少于30公里，而深远海的漂浮式风电场的离岸距离则会更大。而造船技术随着多年的发展，已较为成熟，成本也控制在合理范围内，制造一艘3200公吨载重的运输船，大致花费在5000-8000万人民币。

本申请的风电运输船舶，通过运输电池储能模块来实现海上风场的电力运输，相对于现有的将风电转化为氢能再进行输运的方式，成本低、安全性高、工作效率高，具备大规模应用的条件。

本申请的风电运输船舶，相对于现有的多类型分布式海洋电能传输系统，由于本申请的电池储能模块卡接在充电固定区，从而实现电池储能模块与船体之间的可拆卸连接，在电池储能模块充电完成之后，可以将电池储能模块从船体上拆卸下来，使用灵活性强，不但适用于海上用电设备（例如，船用电池或充电站）的供电，而且还适用于陆地用电设备（例如，给商用建筑和设施供电的电源基站,电动车辆充、换电站,电场储能项目等）的供电，满足人们对储能船舶功能多样化的使用要求。而且，一旦某个电池储能模块发生机械或电路结构的损坏，只需要将对应的电池储能模块从充电固定区上拆卸下来进行维修即可，十分方便，而且可以防止不同电池储能模块在机械连接或电路连接上的相互影响，大大降低了人为事故发生的概率。

本申请的风电运输船舶，其充电固定区与电池储能模块一一对应匹配，为电池储能模块提供合适形状和尺寸的充电固定区，相对于多类型分布式海洋电能传输系统，提升了电池储能模块的装卸效率。

具体地，所述第一充电端设置为接口结构，从而简化结构便于加工的同时降低生产成本。

具体地，如图1和图2所示，所述充电固定区设置在船体的上层甲板13上，从而获得更好的运输平衡度。并且，船体的两侧分别装有起重装置14，负责电池储能模块的装卸。而且，在接近上层甲板的船艏处还设有小型直升机停机坪15，供紧急情况时的人员和物资输运。并且，所述第一充电端设置在船体的船艏处，而船体的船尾处设有驾驶室16和设备控制室17，并位于充电固定区的后方。

具体地，所述海上发电设备包括海上风电场储能基站（图未示，主要用于能量转换与存储，例如将风能转化为电能）和若干个海上浮标式充电平台3；海上风电场储能基站通过电缆33与海上浮标式充电平台相连；如图3所示，所述第一充电端设置在本申请风电运输船舶的船艏处；所述海上浮标式充电平台向外延伸的桁架处设有可伸缩调节的充电电缆31，无需通过额外的自动定位装置与登乘系统，可通过简单的人力引导，即可实现海上浮标式充电平台与本申请风电运输船舶的第一充电端相连接。同时，海上浮标式充电平台与风电运输船舶的船体之间还通过柔性牵引装置32（例如，牵引绳或牵引铁链）进行连接，从而减少在充电过程中船舶因受风浪影响产成大距离漂移而拉断充电电缆的情况的出现概率，大大地提升充电可靠性，具体为：所述船体上设置有用于连接柔性牵引装置的连接位，所述柔性牵引装置一端连接所述连接位，另一端连接所述海上浮标式充电平台。

本申请的装载有电池储能模块的风电运输船的电力运输和供给流程（即本申请的海上风电运输方法流程），如图4所示，整体流程可分为供给端和需求端两大部分。供给端从运输船在岸侧（包括港口或换流站）装载待充的电池储能模块开始，在装载完毕后，风电运输船舶驶向目标风场。到达目的地后，风电运输船舶可通过电缆与海上浮标式充电平台进行连接充电。待充满后，前往新的目标港口进行卸货，在船舶停靠岸的过程中，可通过设置在岸侧无线充电泊位上的无线充电装置进行充电以弥补中途损耗。无线充电的电能可由浅近海风电场通过海底电缆输送，从而实现零碳足迹。而在需求端方面，在船舶于码头完成电池储能模块的卸载后，可根据需求，在港口进行解封，或者直接以集装箱式电池模块的形式，通过船舶或者车载的方式运至客户手中。

具体地，所述电池储能模块可以形成集装箱式电池模块，其尺寸包括20英尺和40英尺，从而更加符合陆地用电设备的使用要求。对应地，针对上述20英尺和40英尺的两种集装箱式电池模块，本申请的风电运输船舶提供相对应的两种尺寸的充电固定区，如图5和图6所示，提升电池储能模块的装卸效率。

具体地，如图5和图6所示，所述对应充电固定区包括形状与所述对应电池储能模块的外轮廓相匹配的对应固定槽121，以及设于所述对应固定槽之中、用于电性连接所述第一充电端和对应电池储能模块的对应第二充电端122；所述对应电池储能模块卡接所述对应固定槽。

通过将对应固定槽和对应第二充电端整合为一体化的对应充电固定区，只要将对应电池储能模块放置到对应充电固定区，即可通过对应固定槽快速地实现对应电池储能模块与船体的机械连接，以及通过对应第二充电端快速实现对应电池储能模块与船体的电路连接，省去了人为插拔充电线的步骤，简化了流程，大大地提升了电池储能模块在船体上的装配效率，而且在拆卸的时候，只需要将对应电池储能模块从对应固定槽中拔离，即可快速断开对应电池储能模块与船体的机械连接和电路连接，有助于进一步提升电池储能模块的装卸效率。

具体地，所述第二充电端设置为接口结构，从而简化结构便于加工的同时降低生产成本。

作为本实施例的一种改进，所述对应充电固定区还包括底锁（图未示）；所述对应电池储能模块上设有至少一个用于固定连接所述底锁的角件216，优选对应电池储能模块的四个底角和四个顶角处安装有所述角件，通过把所述角件的角件孔卡在底锁上用于固定，从而进一步提高了电池储能模块在船体上的安装稳定性。

作为本实施例的一种改进，所述电池储能模块为两个以上，并且相邻的所述电池储能模块之间设置有桥锁（图未示）或连杆（图未示），从而进一步加强电池储能模块的稳定性，减小电池储能模块在船舶航行过程中随横摇的晃动。

作为本实施例的一种改进，所述对应固定槽的至少一个顶角上设有用于引导所述对应电池储能模块作安装与水平固定的导角123，通过导角校正电池储能模块的安装角度、位置，从而进一步提升对应电池储能模块在对应固定槽上的装配效率，同时还有助于提高对应电池储能模块在对应固定槽上的安装准确性，如图5和图6所示，优选所述对应固定槽的四个顶角上设有用于引导所述对应电池储能模块作安装与水平固定的导角。

作为本实施例的一种改进，所述对应固定槽的中部区域向上凸出形成一形状与所述对应电池储能模块的底部的凹陷（图未示）相匹配的凸起（图未示）；所述凸起卡接所述凹陷，这样可以使船体与电池储能模块的底部紧密贴合，有利于增强船体与电池储能模块之间的机械连接和电路连接的稳固性。优选所述凸起的高度为50mm。

具体地，如图7和图8所示，所述集装箱式电池模块分为电池舱21和设备舱22两个部分。从外部结构来看，电池舱主要由电池舱门211，排气栅（图未示），进气栅（图未示），散热栅212和设于底部、用于电性连接第二充电端的电池充电接口217构成。设备舱的外部设有供人机交互的显示器（图未示），和设备储藏柜舱门（图未示）。集装箱式电池模块的内部结构如图9和图10所示，电池舱设有散热风扇213，可拆卸式电池隔板214，电池单元215，以及位于舱室顶部的消防喷头(图未示)。集装箱式电池模块的内部可根据需求对不同型号的电池单元进行自由调配，仅需通过简单的拆装隔板，就能将电池舱分隔出不同大小的空间。除了设置在固定槽内的第二充电端，在人机交互侧，还另外设有另一充电接口（图未示）。此处接口采用通用规格，可适配需求端的不同设备，从而大大提升电池储能模块的适用性。除此之外，此充电接口还能连接上下两层集装箱式电池模块，使其形成串联。同时，集装箱式电池模块周围每间隔10米放置两台灭火设备，用于应对突发的火灾或燃烧风险，与电池储能模块内的灭火系统形成双保险。

集装箱式电池模块在所述船体上的装卸主要分为如下几个步骤：

步骤一、 船舶停靠码头，通过无线充电装置进行涓流充电补充运输途中损耗的电力，同时给船用电池充电。

步骤二、工作人员登船做集装箱式电池模块的最后检查并且拆卸相关固定锁件，拔下电缆插头。

步骤三、码头起重机卸下集装箱式电池模块并调运至运载车辆上。

步骤四、码头起重机将待充电的集装箱储能模块吊装至运输船固定槽位处。

步骤五、工作人员登船安装底锁、扭锁、桥锁等固定件，连接电缆插头，检查电池模块是否正确固定，并连接至船舶的控制系统。

具体地，所述集装箱式电池模块采用磷酸铁锂电池，其有着能量密度高，低自放电效率（<0.3%/天）,无明显记忆效应等优点。并且随着锂电池适用范围的扩大，其成本也得到逐步下降，预计2025年成本会降至700元/（kWh），使之成为一种高性价比选择。根据使用端的需求和集装箱式电池模块的尺寸，本申请风电运输船舶的集装箱式电池模块将使用两种规格的电池单元组成，分别为小型电池单元2151和大型电池单元2152。其中，所述小型电池单元可为汽车充电供能或者为轻型卡车、小型船舶提供动力。小型电池单元的电池容量为250 KWh,而目前电动车辆的电池容量为40度-80度不等，所以一个小型电池单元可满足多辆电动车辆的充电需求，在实际应用端，可配置多个小型电池单元为一组，搭配充电枪为汽车充电。而大型电池单元可为大型工程车辆及中型电动、混动船舶等提供动力或者日常供电，也可多个为一组构成电源基站为基础设施供电或充当备用电源。大型电池单元的电池容量达800 KWh，尺寸也相对更大。

其中，所述小型电池单元和大型电池单元的规格详见表1。

名称	小型电池单元	大型电池单元
			尺寸/mm	2300*1100*2000	2300*2400*2000
重量/kg	3000	5500
			化学成分	锂离子	锂离子
峰值功率/KW	240	240
			最大持续功率/KW	160	160
电池容量/KWh	250	500

表1：电池单元技术参数

本申请的集装箱式电池模块的应用场景可分为四类，分别为给商用建筑和设施供电的电源基站，电动车辆充、换电站，船用电池或充电站、以及电场储能项目。在需求端，可根据不同用途，配给大、小两种规格的电池单元或使用集装箱式电池模块将其进行封装。

第一.应用于商用建筑和设施供电的电源基站。该应用要求储电量较高，可采用一个或多个40英尺的集装箱式电池模块的形式。电源基站可作为商用建筑和设施的备用电源，在用电高峰或者紧急情况时维持建筑的电力供应，同时，该电源基站也可为建筑的小型用电设备供电。建筑运营方可通过租赁的方式使用电源基站的换电服务，也可一次性买入集装箱式电池模块，单次支付换电费用，或者自行用谷电对电源基站进行充电。

第二.应用于电动车辆的充、换电站。在港口周边地区可建造配套的电动车辆冲、换电站。对于小型家用电动车来说，比较适合使用充电模式。因为各类型车辆品牌众多，电池型号很难做到统一，并且电池容量相对较小，可在较短时间内完成充电。对于此场景，可采用20英尺集装箱式电池模块对车用充电桩提供电力。集装箱式电池模块可通过租赁方式，向充电站运营方提供换电服务，或在自营充电站直接收取充电费用。而对于大型工程车辆，如重型卡车等，则比较适合采用换电模式。对于此应用场景，可根据车辆需求和尺寸，在车头后部直接装卸小型或大型电池单元进行供能。当电池电量用尽后可直接在换电站的换电仓内，通过起重装置对电池单元进行装卸。电池单元可采用租赁的方式提供给车辆运营方。

第三.应用于船用电池或充电站，例如应用在电动船舶上的电池或充电站。纯电力驱动的方式一般适用于短途航行的中、小型电动船舶。对于此场景，中型电动船舶可采用安装在船尾的20尺的集装箱式电池模块来对该类船舶提供电力，此类船舶主要采用换电的方式完成电力补充，将电池以租赁的形式提供给船舶运营方。具体方式为：通过码头的起重机直接对集装箱式电池模块进行装卸和吊运，并通过人力进行电缆插头的插拔。而对于观光的小型电动船舶，则可使用小型和大型电池单元进行供电。充电方式可使用直接通过充电枪对船舶进行充电，也可通过租赁的方式使用电池单元的换电服务。

第四.应用于电场的储能项目。本申请风电运输船可以和电场结合，将40尺集装箱式电池模块作为电场储能项目的一部分。在电场负荷冗余，或者用电低谷时进行充电。之后，再利用电池空闲时间，参与电场高峰时段的调峰调频，提升电场的电能质量，并且收取运营费用。

在供给端，有别于传统的电力供给方式，本申请的风电运输船通过装载、运输集装箱式电池模块进行电力的输送。

作为本实施例的一种改进，本申请的风电运输船舶优选所述船体为三体船；所述三体船包括主船体18和两个辅船体19；所述两个辅船体分别对应设于所述主船体的左侧端和右侧端上；由于三体船的稳定性优于传统的单体船，尤其是横摇稳定性，通过将两个辅船体设置在所述主船体的左侧端和右侧端上，能够提供更优的耐波性，从而更好的抵御台风、地震等自然灾害和恶劣海况（例如，大浪）的作用力。

同时，由于三体船的水线面积较小，船身细长，在高速行驶时能够有效减小兴波阻力，从而提高航速，增加航程。相较于传统的单体船，本申请的风电运输船舶所采用的三体船设计能够节省约20%的功率。同时，三体船的船身细长，对螺旋桨水流的干扰影响较小，能够有效降低螺旋桨产生的噪声，从而对附近海域的生态环境和海洋生物影响也相对较少。作为本实施例的进一步改进，所述充电固定区设于所述主船体上，由于三体船的主船体的甲板面积宽大，能够提供更多电池储能单元的有效装载面积，从而提高运载效率。

本申请风电运输船舶所采用的三体船的规格见下表1。

长度	100米
		宽度	22.5米
吃水	6.5 米
		载重	3200 公吨
航程	1500 千米
		速度	标准：10 节 ，最大：14 节
电池容量	50兆瓦时

表1：风电运输船舶所采用的三体船规格

考虑到锂电池的安全性问题，因锂电池电极易在高温下融化导致短路，所以模块化电池的温度控制非常重要，除了在电池储能模块上安装温度控制器和散热风扇外，还需要采用合理的集中布置方式以平衡散热和装载效率。本申请的风电运输船的充电固定区的具体布置方案如图11所示。根据CSS船级社规范，集装箱式电池模块将放置于三体船的最上层甲板处。在方便散热通风的同时，同时最大化利用了三体船宽大的甲板面积，增大电池装载量。

同时为了进一步提高电池模块的装载量，作为本实施例的一种改进，所述电池储能模块为多个；多个所述电池储能模块排列成层状结构4，如图13所示，所述层状结构的高度低于船体的驾驶室挡风玻璃最下端的高度，在确保不遮挡视野的同时，最大限度提升了装载量。

作为本实施例的一种改进，如图11所示，在所述层状结构中，每层所述电池储能模块沿纵向和横向排列成一矩阵；并且，在横向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为0.35米，用以更好地散热；在纵向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为1.5米，从而为叉车和工作人员留下空间，方便对电池储能模块进行装卸和检修。

由于风电运输船舶一次所携带电池容量较大（约50MWh），在海上的充电速度直接影响了整体的电力运输效率，具体地，所述船体设有充电系统（图未示）；所述第一充电端通过所述充电系统电性连接所述充电固定区；所述充电系统包括兆瓦充电系统（例如，Cavotec的MCS系统），最高充电功率高达3MW，充满单个电池储能模块（例如，20英尺电池储能模块，电池容量1MWh），只需20分钟就能将电量充至80%，这种超快速充电解决方案缩短了电池储能模块充电时间，从而提升了电力运输的效率。

同时，为了缓解电池的极化效应，从而增加电池寿命，所述充电系统还包括脉冲式充电系统，在充电的最后阶段，可使用脉冲充电的技术方案对电池储能模块进行涓流充电，具体的实施方案，如图12所示。通过适时停止充电，使充电电流突变为零，可瞬间消除欧姆极化效应，并且由于电解液的扩散作用，也可有效降低浓差极化和电化学极化。除了通过上述电缆在深远海给本申请的风电运输船舶充电，在船舶靠岸时也可利用浅近海风电场输送到岸的电能，通过无线的方式对船舶进行充电。因为无线充电需要控制船舶与岸上充电线圈保持在合理偏移范围内，因此非常适合在风浪较为平静的靠岸侧进行应用，同时可以帮助消纳浅近海的风电资源，具体地，所述充电系统还包括无线充电系统5；如图13所示，所述无线充电系统包括设置在船体侧的受电系统和设置在岸侧的送电系统；所述受电系统用于给所述第一充电端和/或所述船体的船体动力系统供电；所述受电系统感应连接所述送电系统；所述受电系统包括受电柜51和接收线圈52；所述送电系统包括送电柜53和发送线圈54；所述发送线圈感应连接所述接收线圈。所述无线充电系统的工作原理是通过松散耦合变压器（图未示）形成一个发散式的磁场，在发送线圈和接收线圈之间通过空间磁场耦合来实现能量传输。

优选所述发送线圈为螺线管结构，所述接收线圈为双解耦绕组结构，能够有效提高发送线圈和接收线圈的耦合程度和水平错位耐受量。

而当无线充电的功率最高可达1.2 MW,就需要考虑线圈的散热问题。本申请的风电运输船优选所述发送线圈和接收线圈的绕组为铜环流管，从而可以在线圈绕组的内部中控使用液体冷却，同时配合优选所述发送线圈和接收线圈的磁芯为纳米晶磁芯，以将充电、散热时间比控制在1:1。

优选地所述接收线圈的背部区域设置有磁场屏蔽板（图未示），以防止船员暴露在强磁场中。并且，如图5所示，所述无线充电系统安装在本申请的风电运输船的两侧的辅船体处，可在装卸电池储能模块、停靠码头时，对风电运输船的船体动力系统6和/或电池储能模块进行充电。

随着风电运输船舶数量的增加和相关配套设施的完善，可形成一个高效率，绿色，零碳排放的供电网络，但是系统的复杂性也会随之增加，因此需要强大的能源管理系统去实时监测并管理需求端于供给端的平衡，从而更及时更高效的配给电池储能模块和规划充电路线。如图14所示，基于云端的电池管理系统7可以较好的解决这一问题，所述电池管理系统包括云端71、与所述电池储能单元一一对应的传感器72，与所述传感器一一对应的控制单元73；对应传感器获取对应电池储能模块的状态数据（例如，电量数据）并通过对应控制单元上传到所述云端。

通过布置在每个电池储能单元的传感器和控制单元将电池储能单元的实时数据上传至云端，从而形成一个电池网络。可通过终端性能强大的服务器去保存数据，并通过更为先进的算法去优化、管理这些电池供给网络。

具体地，所述船体动力系统包括主电源、备电源和处理电路；所述主电源和备份电源分别连接处理电路的输入端，处理电路的输出端用于连接船舶整体控制系统。所述主电源包括动力电池组61，所述备份电源包括氢燃料电池62，所述处理电路包括斩波器63、熔断器64、直流母线65和逆变器66；所述船舶整体控制系统包括变压器67和电动机68。以动力电池组为主要电源，氢燃料电池充当备用电源，以延长风电运输船的航程和应对突发情况。如图15所示，所述动力电池组和氢燃料电池采用串联的方式接入船舶整体控制系统，可分别给推进装置提供电力和维持日常的船舶用电设备。氢燃料电池生成直流电，当氢燃料电池为动力源时，风电运输船采用直流组网方式，通过斩波器稳定电流幅值后连接到直流母线上。随后，直流母线上的逆变器能将直流电转变为交流电，为风电运输船推进装置（包括船尾主推进器181和船艏辅推进器182）和日常的船舶用电设备供电。通过电池管理系统对混合动力系统进行整体性电能和电能需求分析，制订系统电能管理实施方案。具体的电力推进模式有经济航行模式，全速推进模式，停驻模式等。经济航行模式部分动力电池组和氢燃料电池同时并网供电，当负载较大时，动力电池组加大介入，增加出力，而在负载不高时，关闭部分动力电池单元，氢燃料电池对电池组进行充电。全速推进模式动力电池组和氢燃料电池同时并网向推进装置供电，推进系统全功率运行。停驻模式采用单一能源供电，可选择以蓄电池供电或者以氢燃料电池供电日常负荷。氢燃料电池的介入，相较于纯电力驱动，增加了运输船的航程，提高了电力运输的灵活性和效率。氢燃料电池除了在岸上补充燃料之外，还可以通过海上风场的电解水制氢装置补充氢燃料，进一步消纳风电资源。电力、氢燃料电池的混合动力系统使用完全绿色的清洁能源，减少了碳排放，同时，该系统运行噪声小，没有化石燃料泄漏的风险，能够有效保护当地的海洋生态环境。

实施例二

本申请的风电运输船舶的第二种具体实施方式，其与图1至14所示的第一种具体实施方式的区别点仅仅在于对应充电固定区与对应电池储能模块的机械连接与电路连接方式的不同，本实施例的具体连接方式是：

所述对应电固定区包括固定在所述船体上的凸起，以及固定在所述船体上、用于电性连接所述对应电池储能模块和第一充电端的第二充电端；所述对应电池储能模块上设有与所述凸起相匹配的凹口；所述凸起卡接所述凹口。同样可以实现对应充电固定区与对应电池储能模块的机械连接与电路连接方式，但是相对于实施例一中采用固定槽配合第二充电端的方式，本实施例的电池储能模块在船体上的安装稳定性略差。

上述实施方式仅为本申请的优选实施方式，不能以此来限定本申请保护的范围，本领域的技术人员在本申请的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本申请所要求保护的范围。

Claims (20)

1.一种风电运输船舶，其特征在于：包括船体和若干个电池储能模块；所述船体上设有用于电性连接海上发电设备的第一充电端；所述船体上设有与所述电池储能模块一一对应匹配的充电固定区；对应电池储能模块卡接对应充电固定区；所述对应电池储能模块通过对应充电固定区电性连接所述第一充电端。

2.根据权利要求1所述的风电运输船舶，其特征在于：所述对应充电固定区包括形状与所述对应电池储能模块的外轮廓相匹配的对应固定槽，以及设于所述对应固定槽之中、用于电性连接所述第一充电端和对应电池储能模块的对应第二充电端；所述对应电池储能模块卡接所述对应固定槽。

3.根据权利要求2所述的风电运输船舶，其特征在于：所述对应固定槽的至少一个顶角上设有用于引导所述对应电池储能模块作安装与水平固定的导角；所述对应固定槽的中部区域向上凸出形成一形状与所述对应电池储能模块的底部的凹陷相匹配的凸起；所述凸起卡接所述凹陷。

4.根据权利要求1所述的风电运输船舶，其特征在于：所述对应电固定区包括固定在所述船体上的凸起，以及固定在所述船体上、用于电性连接所述对应电池储能模块和第一充电端的第二充电端；所述对应电池储能模块上设有与所述凸起相匹配的凹口；所述凸起卡接所述凹口。

5.根据权利要求1所述的风电运输船舶，其特征在于：所述对应充电固定区还包括底锁；所述对应电池储能模块上设有至少一个用于固定连接所述底锁的角件。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：所述船体为三体船。

7.根据权利要求6所述的风电运输船舶，其特征在于：所述三体船包括主船体和两个辅船体；所述两个辅船体分别对应设于所述主船体的左侧端和右侧端上；所述充电固定区设于所述主船体上。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：还包括船体动力系统；所述船体动力系统包括主电源、备电源和处理电路；所述主电源和备份电源分别连接处理电路的输入端，处理电路的输出端用于连接船舶整体控制系统。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：所述船体设有充电系统；所述第一充电端通过所述充电系统电性连接所述充电固定区；所述充电系统包括兆瓦充电系统和脉冲式充电系统。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：所述船体设有充电系统；充电系统包括无线充电系统；所述无线充电系统包括设置在船体侧的受电系统和设置在岸侧的送电系统；所述受电系统用于给所述第一充电端和/或所述船体的船体动力系统供电；所述受电系统感应连接所述送电系统；所述受电系统包括受电柜和接收线圈；所述送电系统包括送电柜和发送线圈；所述发送线圈感应连接所述接收线圈。

11.根据权利要求10所述的风电运输船舶，其特征在于：所述发送线圈为螺线管结构，所述接收线圈为双解耦绕组结构。

12.根据权利要求10所述的风电运输船舶，其特征在于：所述发送线圈和接收线圈的绕组为铜环流管；所述发送线圈和接收线圈的磁芯为纳米晶磁芯。

13.根据权利要求10所述的风电运输船舶，其特征在于：所述接收线圈的背部区域设置有磁场屏蔽板。

14.根据权利要求1-5任意一项所述风电运输船舶，其特征在于：所述电池储能模块为集装箱式电池模块，所述集装箱式电池模块的尺寸包括20英尺和40英尺。

15.根据权利要求1-5任意一项所述风电运输船舶，其特征在于：还包括电池管理系统；所述电池管理系统包括云端、与所述电池储能单元一一对应的传感器，与所述传感器一一对应的控制单元；对应传感器获取对应电池储能模块的状态数据并通过对应控制单元上传到所述云端。

16.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：所述电池储能模块为多个；多个所述电池储能模块排列成层状结构；所述层状结构的高度低于船体的驾驶室挡风玻璃最下端的高度。

17.根据权利要求16所述的风电运输船舶，其特征在于：在所述层状结构中，每层所述电池储能模块沿纵向和横向排列成一矩阵；并且，在横向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为0.35米；在纵向方向上，相邻的所述电池储能模块之间的间距为1.5米。

18.根据权利要求1-5任意一项所述的风电运输船舶，其特征在于：所述电池储能模块为两个以上，并且相邻的所述电池储能模块之间设置有桥锁或连杆。

19.一种海上风电输送方法，其特征在于，包括：

采用权利要求10所述的风电运输船舶在岸侧装载待充电电池储能模块并输送至目标海上风电场；所述待充电电池储能模块从需求端输送至所述换流站；

当所述电池储能模块在所述目标海上风电场充满电后形成满电电池储能模块时，再次采用所述风电运输船舶装载所述满电电池储能模块并输送至所述岸侧，以将所述满电电池储能模块输送至所述需求端。

20.根据权利要求19所述的海上风电输送方法，其特征在于，还包括：

当所述风电运输船舶停靠岸侧时，采用所述无线充电系统对所述风电运输船舶进行充电以弥补中途损耗。

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