CN117401109A - 一种海上风电储能船及海上风电运输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电储能船及海上风电运输方法，本申请中海上风电储能船包括设置在船体上的从海上风电系统获取动力以液化空气的空气液化系统、用于存储液化空气的液化空气存储系统及用于加热气化液化空气的发电系统，实现了将海上不稳定风能通过船舶运输至海岸线附近进行长期稳定的输出可靠、持续和足够质量的电力，多艘船舶往返穿梭即可实现风电灵活利用，本申请中的海上风电储能船及海上风电运输方法安全性高，环境适应能力强，对海洋环境影响弱，综合能源利用率高，有利于降低电力输送系统的建设和维护成本，消除了陆上电网对波动性海上风电并网的限制，适合应用在各种海上风电场的电力运输场合。

Description

一种海上风电储能船及海上风电运输方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上风电储能船及海上风电运输方法。

背景技术

海上风力发电具有风力大、单机容量大、发电时间长等优点，海上风力发电正在向大型化、规模化、深远海、多能融合方向发展。在海上风电输送领域，通常采用海底电缆输电的方式，或者将风电转化为氢能再进行输运的方式。对于在海底电缆输送风电的方式，大功率、长距离的跨海电缆输电及海上变电站平台建设成本高、维护难，不仅灵活调度能力差，限制波动性海上风电并网，还有抗自然灾害能力弱、影响海洋环境等技术问题；对于比风电转化为氢能输送风电的方式，存在安全性差、综合能源利用效率低等技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种海上风电储能船及海上风电运输方法，以解决现有技术中海上风电输送成本高高、维护难、效率低等技术问题。

为了达到上述发明的目的，本发明提供的技术方案如下：

一种海上风电储能船，包括船体，所述船体上设有从海上风电系统获取动力以液化空气的空气液化系统、用于存储所述空气液化系统液化的空气的液化空气存储系统、用于加热气化液化空气以推动发电机发电的发电系统、以及给船体航行提供动力的全回转推进系统，所述发电系统的液化空气入口与所述液化空气存储系统的液化空气出口相连，发电系统与地面电网电连接。

在一种实施方案中，所述液化空气存储系统设置于船体的船舱中，所述空气液化系统和发电系统设置于船体的甲板上。

在一种实施方案中，所述空气液化系统包括多级压缩机机组、空气压缩膨胀一体机、冷却器、节流阀、气液分离器和低温蓄冷装置，所述海上风电系统与所述多级压缩机机组电连接，多级压缩机机组出口与空气压缩膨胀一体机的压缩机入口连接，空气压缩膨胀一体机的压缩机的出口与冷却器的空气侧入口连接，冷却器的空气侧出口与空气压缩膨胀一体机的膨胀机的入口连接，膨胀机的出口与节流阀入口连接，节流阀出口与气液分离器的进口连接，所述气液分离器的液相出口与液化空气存储系统的液化空气入口连接，所述低温蓄冷装置存储有冷能并将冷能输送至冷却器。

在一种实施方案中，所述空气液化系统还包括空气洗涤塔，空气洗涤塔的入口与大气相通，空气洗涤塔的出口与多级压缩机机组的入口连接。

在一种实施方案中，所述气液分离器排出的气相空气在所述冷却器中吸收热量后，再与空气洗涤塔的出口排出的空气汇合再次进入多级压缩机机组。

在一种实施方案中，所述液化空气存储系统包括数个低温罐和高压泵，所述气液分离器的液相出口与低温罐的入口连接，低温罐的出口与高压泵的入口连接，高压泵的出口与发电系统的液化空气入口连接。

在一种实施方案中，发电系统包括冷能回收器、加热器、透平机和发电机，冷能回收器的冷侧入口与高压泵的出口连接，冷能回收器冷侧出口与加热器冷侧入口连接，加热器冷侧出口与透平机入口连接，透平机与发电机连接，发电机与地面电网电连接，透平机出口与冷能回收器热侧入口连接，冷能回收器热侧出口与低温蓄冷装置的空气入口连接，低温蓄冷装置存储回收器回收的冷能。

在一种实施方案中，所述低温蓄冷装置内填充有第一相变材料，第一相变材料为二甲基亚砜溶液、丙二醇溶液或共晶盐类中的一种，低温蓄冷装置中的冷能通过低温循环工质释放给空气液化系统的冷却器。

在一种实施方案中，所述加热器由蓄热装置提供热能，所述蓄热装置包括多个填充罐，所述填充罐内填充有第二相变材料，所述第二相变材料为工业石蜡、硝酸钾或硝酸钠中的一种。

在一种实施方案中，所述蓄热装置中的热量为空气液化系统中压缩空气产生的热量，空气液化系统中压缩空气产生的热量通过导热油或水回收至蓄热装置。

本申请还提供一种海上风电运输方法，将上述海上风电运输船行至目标地的海上风电系统，将海上风电系统与船体上的空气液化系统电连接，就地液化空气对风能进行储能，当液化空气存储系统内存满液化空气时，断开海上风电系统与空气液化系统电连接，将满载液化空气的船体行至岸边，待地面电力需要时，将船体上的发电系统与地面电网电连接，将发电系统产生的电并入地面电网。

在一种实施方案中，在船体行驶过程中，全回转推进系统的电力来自于船体上的发电系统。

相比现有技术，本申请至少具有如下有益效果：

本申请通过在在船体上设置空气液化系统、液化空气存储系统和发电系统，实现了将海上不稳定风能通过船舶运输至海岸线附近进行长期稳定的输出可靠、持续和足够质量的电力，多艘船舶往返穿梭即可实现风电灵活利用，本申请中的海上风电储能船及海上风电运输方法安全性高，环境适应能力强，对海洋环境影响弱，综合能源利用率高，有利于降低电力输送系统的建设和维护成本，消除了陆上电网对波动性海上风电并网的限制，适合应用在各种海上风电场的电力运输场合。

附图说明

图1是本申请实施例中海上风电储能船的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语,不能理解为指示或暗示相对重要性。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种海上风电储能船，包括船体，船体上设有空气液化系统、液化空气存储系统、发电系统及全回转推进系统15，空气液化系统用于液化空气，液化空气存储系统用于存储空气液化系统液化的空气，液化空气存储系统中的液化空气在发电系统中被加热气化，气化后的空气膨胀做工带动发电系统中的发电机17发电，海上风电系统16与空气液化系统电连接，从而给空气液化提供电能，发电系统与地面电网18电连接，从而将发电系统产生的电并入电网，全回转推进系统15用以给船体运行提供动力。

如图1所示，空气液化系统包括多级压缩机机组2、空气压缩膨胀一体机3、冷却器4、节流阀5、气液分离器6和低温蓄冷装置12，液化空气存储系统包括数个低温罐7和高压泵8，发电系统包括冷能回收器9、加热器10、透平机11、发电机17。

海上风电系统16与多级压缩机机组2电连接，多级压缩机机组2出口与空气压缩膨胀一体机3的压缩机31入口连接，空气压缩膨胀一体机3的压缩机31的出口与冷却器4的空气侧入口连接，冷却器4的空气侧出口与空气压缩膨胀一体机3的膨胀机32的入口连接，膨胀机32的出口与多节流阀5入口连接，多节流阀5出口与气液分离器6进口连接，气液分离器6的液相出口与低温罐7的入口连接，低温罐7的出口与高压泵8的入口连接，高压泵8的出口与冷能回收器9的冷侧入口连接，冷能回收器9冷侧出口与加热器10冷侧入口连接，加热器10冷侧出口与透平机11入口连接，透平机11与发电机17连接，发电机17与地面电网18电连接，透平机11出口与冷能回收器9热侧入口连接，冷能回收器9热侧出口与低温蓄冷装置12的空气入口连接，低温蓄冷装置12存储回收器9回收的冷能并将冷能输送至冷却器4。

海上风电系统16为多级压缩机机组2的运转提供电能，多级压缩机机组2压缩空气，压缩后的空气在压缩机31再次压缩，再次压缩的空气在冷却器4内被冷却，冷却后的空气在膨胀机32中膨胀，获得低于比冷却器4出口更低温的压缩空气，低温压缩空气经过多节流阀5形成低温气象空气和液态空气组成的混合物，混合物在气液分离6中进行气液分离，液态空气进入低温罐7进行存储。高压泵8输送低温罐7内的液态空气至发电系统，液态空气依次在冷能回收器9和加热器10内被加热气化形成深冷气体，深冷气体流入膨胀机8，膨胀机8与发电机9连接，深冷气体在透平机11内做功使透平机11带动发电机17产生电能，发电机17与电网18电连接，发电机17产生的电能并入电网18。

深冷气体在透平机11内做功后形成余冷气体，余冷气体在冷能回收器9内对来自低温罐7的液态空气进行第一次加热，释放热量后的余冷气体至低温蓄冷装置12中吸收热量制造冷能，低温蓄冷装置12中的冷能在冷却器4中对压缩空气降温。

多级压缩机机组2的入口与空气洗涤塔1的出口连接，从而除去空气中的固体颗粒物与部分水蒸气。本实施例中，低温蓄冷装置12为多管式相变蓄冷罐，冷却器4为多通道冷却器，多管式相变蓄冷罐12内填充有第一相变材料，第一相变材料为二甲基亚砜溶液、丙二醇溶液或共晶盐类中的一种，低温蓄冷装置12中的冷能通过冷循环管道中的低温循环工质13释放给空气液化系统的冷却器4。

加热器10由蓄热装置14提供热能，蓄热装置14包括多个填充罐，填充罐内填充第二相变材料，第二相变材料为工业石蜡、硝酸钾或硝酸钠中的一种。为了提高能源利用率，蓄热装置14的热量为空气液化系统中多级压缩机机组2和/或空气压缩膨胀一体机3压缩空气产生的热量，空气液化系统中压缩空气产生的热量通过导热油或水回收至蓄热装置14。

全回转推进系统15的电力来自于船体上的发电系统或蓄电池。气液分离器6排出的气相空气在冷却器4吸收热量后，再与空气洗涤塔1的出口排出的空气汇合再次进入多级压缩机机组2，从而多次利用已经冷却的空气，提高能源利用率。本实施例中的低温罐7为适合存储液态空气的C型双耳低温罐。

为了保持船体的重心平衡，液化空气存储系统设置于船体的船舱中，空气液化系统和发电系统设置于船体的甲板上。

本实施例还提供一种海上风电运输方式，将上述海上风电运输船行至目标地的海上风电系统16，将海上风电系统16与船体上的空气液化系统电连接，就地液化空气对风能进行储能，当低温罐7内存满液化空气时，断开海上风电系统16与空气液化系统电连接，将满载液化空气的船体行至岸边，待地面电力需要时，将船体上的发电系统与地面电网电连接，将发电系统产生的电并入地面电网。

在船体行驶过程中，全回转推进系统15的电力来自于船体上的发电系统，在船体行驶过程中无需额外能源或产生温室气体即可实现船舶的运输。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种海上风电储能船，包括船体，其特征在于，所述船体上设有从海上风电系统获取动力以液化空气的空气液化系统、用于存储液化空气的液化空气存储系统、用于加热气化液化空气以推动发电机发电的发电系统、以及给船体航行提供动力的全回转推进系统，所述液化空气存储系统的液化空气入口与空气液化系统的液化空气出口连接，所述发电系统的液化空气入口与所述液化空气存储系统的液化空气出口相连，发电系统与地面电网电连接。

2.根据权利要求1所述的海上风电储能船，其特征在于，所述液化空气存储系统设置于船体的船舱中，所述空气液化系统和发电系统设置于船体的甲板上。

3.根据权利要求1所述的海上风电储能船，其特征在于，所述空气液化系统包括多级压缩机机组、空气压缩膨胀一体机、冷却器、节流阀、气液分离器和低温蓄冷装置，所述海上风电系统与所述多级压缩机机组电连接，多级压缩机机组出口与空气压缩膨胀一体机的压缩机入口连接，空气压缩膨胀一体机的压缩机的出口与冷却器的空气侧入口连接，冷却器的空气侧出口与空气压缩膨胀一体机的膨胀机的入口连接，膨胀机的出口与节流阀入口连接，节流阀出口与气液分离器的进口连接，所述气液分离器的液相出口与液化空气存储系统的液化空气入口连接，所述低温蓄冷装置存储有冷能并将冷能输送至冷却器。

4.根据权利要求3所述的海上风电储能船，其特征在于，所述空气液化系统还包括空气洗涤塔，空气洗涤塔的入口与大气相通，空气洗涤塔的出口与多级压缩机机组的入口连接。

5.根据权利要求4所述的海上风电储能船，其特征在于，所述气液分离器排出的气相空气在所述冷却器中吸收热量后，再与空气洗涤塔的出口排出的空气汇合再次进入多级压缩机机组。

6.根据权利要求3所述的海上风电储能船，其特征在于，所述液化空气存储系统包括数个低温罐和高压泵，所述气液分离器的液相出口与低温罐的入口连接，低温罐的出口与高压泵的入口连接，高压泵的出口与发电系统的液化空气入口连接。

7.根据权利要求6所述的海上风电储能船，其特征在于，发电系统包括冷能回收器、加热器、透平机和发电机，冷能回收器的冷侧入口与高压泵的出口连接，冷能回收器冷侧出口与加热器冷侧入口连接，加热器冷侧出口与透平机入口连接，透平机与发电机连接，发电机与地面电网电连接，透平机出口与冷能回收器热侧入口连接，冷能回收器热侧出口与低温蓄冷装置的空气入口连接，低温蓄冷装置存储回收器回收的冷能。

8.根据权利要求7所述的海上风电储能船，其特征在于，所述低温蓄冷装置为多管式相变蓄冷罐，所述冷却器为多通道冷却器。

9.根据权利要求8所述的海上风电储能船，其特征在于，所述低温蓄冷装置内填充有第一相变材料，第一相变材料为二甲基亚砜溶液、丙二醇溶液或共晶盐类中的一种，低温蓄冷装置中的冷能通过低温循环工质释放给空气液化系统的冷却器。

10.根据权利要求7所述的海上风电储能船，其特征在于，所述加热器由蓄热装置提供热能，所述蓄热装置包括多个填充罐，所述填充罐内填充有第二相变材料，所述第二相变材料为工业石蜡、硝酸钾或硝酸钠中的一种。

11.根据权利要求10所述的海上风电储能船，其特征在于，所述蓄热装置中的热量为空气液化系统中压缩空气产生的热量，空气液化系统中压缩空气产生的热量通过导热油或水回收至蓄热装置。

12.一种海上风电运输方法，其特征在于，将权利要求1-11任一项所述海上风电运输船行至目标地的海上风电系统，将海上风电系统与船体上的空气液化系统电连接，就地液化空气对风能进行储能，当液化空气存储系统内存满液化空气时，断开海上风电系统与空气液化系统电连接，将满载液化空气的船体行至岸边，待地面电力需要时，将船体上的发电系统与地面电网电连接，将发电系统产生的电并入地面电网。

13.根据权利要求12所述的海上风电运输方法，其特征在于，在船体行驶过程中，全回转推进系统的电力来自于船体上的发电系统。