CN117566080A - 太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法，船体从底层到顶层依次为主甲板、上甲板、艇甲板、驾驶甲板和顶蓬甲板；船体的尾部采用三尾鳍结构，包括三只螺旋桨，螺旋桨的主轴与机舱内部的发动机相连，舵机舱的内部设置有舵机，舵机主轴安装有舵；顶蓬甲板的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板，并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；主甲板以下的船底设置有燃油舱和甲醇燃料舱，储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力。

Description

太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法

技术领域

本发明涉及滚装船领域，尤其是涉及太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法。

背景技术

内河船舶绿色转型已是大势所趋，呈快速推进之势。

绿色转型呈快速增长之势，主要绿色能源结构转型应用的品种主要如下：

1、LNG，2、LNG/柴油双燃料，3、混合电力，4、纯电力推进，5、燃料电池也是绿色船舶技术的发展方向之一，目前要实现应用还处于探索阶段。

在实现减碳目标的其它技术领域还有二氧化碳收集、减少船舶阻力、节能技术等，上述绿色转型中最为普遍应用的是LNG/柴油双燃料动力船，LNG由于需要在-165°低温下进行储运，先期投入成本高昂，在运营中由于其易燃易爆的特性，又使得安全保障投入高，加上监管的复杂程度，导致运营成本上升，经过近几年的实践，很难在船舶行业再继续普遍推广应用。先期应用LNG燃料电力船舶的企业大多数已萌生退意。

氢燃料电池，虽然是绿色船舶技术的发展方向，但实质上的不便储运和危险程度高的特征，也是造成这一种类的应用处于理论上。

混合电力船舶技术虽然在实船应用较为成熟，但是其绿色等级的提高尚有不小距离。

其余领域如二氧化碳收集，由于3112制造成本高，营运操作复杂，在内河船舶上较难推广应用，节能技术应用可以使船舶绿色等级有所改善，但是要解决根本问题，还需要航运界做出不解的努力。

开发一种梭形三尾鳍的优秀船型，节能型线和应用多项船舶节能技术和尾轴尾管安装技术来提高船舶推进效率，从而减少推进功率，为有限的船舶太阳能发电功率得以推船航行。创新得到太阳能电力推进滚装船的装船。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供太阳能电力推进绿色滚装船，此滚装船采用梭形三尾鳍高节能船体型线及太阳能结合甲醇/柴油双燃料电力补充的大型滚装船，本大型滚装船设计有巨大的顶棚甲板面积，安装巨额数量的太阳能光伏发电板，配套优质大容量储能电池组，并结合应用多项节能技术，此滚装船太阳能发电系统可以获得推船航行的总功率。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：太阳能电力推进绿色滚装船，包括船体，所述船体从底层到顶层依次为主甲板、上甲板、艇甲板、驾驶甲板和顶蓬甲板；所述主甲板的底层从船艏到船尾依次设置有艏尖舱、艏侧推舱、第一空舱、第二空舱、第三空舱、第四空舱、机舱、空舱、舵机舱和尾尖舱；所述船体的尾部采用三尾鳍结构，包括三只螺旋桨，螺旋桨的主轴与机舱内部的发动机相连，舵机舱的内部设置有舵机，舵机主轴安装有舵；所述顶蓬甲板的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板，并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；所述主甲板以下的船底设置有燃油舱和甲醇燃料舱，储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力，并用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也在日照不足时向全船提供电力。

相邻的主甲板、上甲板、艇甲板、驾驶甲板和顶蓬甲板之间分别通过位于船尾的换步平台相连；所述主甲板和上甲板之间通过斜坡车道相连；所述换步平台所在部位设置有储藏间。

所述顶蓬甲板的顶部，并位于船艏所在侧固定安装有探照灯、喇叭、船名灯和桅杆，桅杆的顶部安装有雷达；所述顶蓬甲板的总面积呈长方形展开，使其甲板面积最大化，并缩小探照灯、喇叭、船名灯、桅杆和梯口所占面积，为太阳能板腾出足够大的空间面积。

所述主甲板的两侧设置有甲醇加注口，甲醇加注口与甲醇燃料舱相连通，主甲板上设置有可拆舱口盖，主甲板的顶部用于停放大型车，主甲板的头部两侧设置有锚链舱和工具间；所述锚链舱的内部设置有锚链，锚链的末端设置有船锚。

船体的船体型线采用大外飘的横剖型线，以实现通过小的排水量获得大的主甲板的面积。

所述主甲板以下的船底采用双层船底结构，其中，位于下层的船底结构设置有污油舱、生活污水舱、清水舱和江水箱，所述机舱的内部设置有监视室；

位于上层的船底结构尾部设置有尾部压载舱和尾中压载舱，位于上层的船底结构中部设置有中部压载舱和舷边舱。

所述上甲板上用于停放小汽车，上甲板的头部设置有观光大厅；

所述艇甲板为旅客甲板，艇甲板的尾部设置有餐厅、厨房、包间，艇甲板的头部设置有观光大厅和接待大厅，艇甲板的中间区域设置有座椅。

所述驾驶甲板的头部一侧设置有驾驶室、船长室、广播/资料室、第一蓄电池间、住船经理室、会议室、船员室、洗衣间和洗手间；

驾驶甲板的尾部一侧设置有保护区，保护区内部设置有烟囱和蓄电池间，所述蓄电池间用于存放储能电池组。

所述顶蓬甲板的顶部设置有重力清水箱和重力江水箱；

所述船体采用轻量化结构，具体为船底、水线以下船体板采用CCSB船板，剩余骨架及水线外板结构材料元用CCSAH-36高强度钢，上层建筑强横梁采用42CrMO高强度合金钢，用以实现船舶自重轻量化，来减小吃水，以使航行所需功率减少，进而利于应用太阳能光伏电能实现推进航行；

所述船体总长129.8m、水线长129.8m、垂线间长125.3m、总宽30m、型宽28.0m、型深5.3m、设计吃水3.6m。

太阳能电力推进绿色滚装船的设计方法，包括以下步骤：

步骤一，船体型线设计：

基于内河滚装船的主要特征：需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小；进而将船体型线开发设计成大外飘的横剖型线，实现用小的排水量获得大的甲板面积；

步骤二，船体动力选择：

基于步骤一中获取的大的甲板面积，通过在顶棚甲板安装太阳能板，配套大容量储能电池组，提供电能获得推船航行的总功率；并同时配套甲醇/柴油双燃料发电机组作为备用电力；

步骤三，船体运行模式选择：

当日照充裕的季节，全部应用太阳能电力推进航行；当日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；储能电池组在船舶待港状态下由太阳能进行充电，或者由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电；当在急流航段冲滩时，通过甲醇/柴油双燃料发电机组来增加推进功率；在日照不足时，也可以通过甲醇/柴油双燃料发电机组提供电力航行；

步骤四，船舶节能结构设计：

船舶可以布置太阳能发电板的面积受到设计船体主尺度的限制，不可能无限制的加大太阳能板安装数量，基于此，采用三尾鳍结构，进而给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力降至最低，并通过三只螺旋桨保证推进效率；

步骤五，船体结构轻量化设计：

将船体采用轻量化结构。

本发明有如下有益效果：

1、本发明提供一种三尾鳍船体节能型线，加上应用多项节能技术，其仿真计算和船模试验表明在航速为12kw/h，所需推进功率仅为660kw，当日照充裕的季节，本船可以全部应用太阳能电力推进航行，当日照不足的天气情况下，由储电池补充供电航行，储能电池在船舶待港状态下由太阳能系统进行充电，也可以由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电。

2、本发明船配套的甲醇/柴油双燃料发电系统可以作为备用电力，用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也可以在日照不足时间全船提供电力。

3、本发明的船体通过将总布置设计进行优化，使其获得巨大的顶棚甲板面积来布置太阳能发电板，在巨大的顶棚甲板上，尽量将顶棚甲板上必须安装的如桅杆、雷达、探照灯、信号灯等装备缩小面积，为太阳能板腾出足够大的空间面积，梯口布置尽量少量占用。发明将完全的清洁能源电力太阳能光伏发电应用于大型滚装船，将使内河船舶的清洁能源应用提上一个新的高度，实现绿色等级更加优秀。

4、本发明通过采用三尾鳍的船型，节能型线和应用多项船舶节能技术和尾轴尾管安装技术来提高船舶推进效率，从而减少推进功率，为有限的船舶太阳能发电功率得以推船航行，创新得到太阳能电力滚装船的装船应用，可以为“电化长江”做出重要贡献。

5、本发明基于内河滚装船的主要特征是，需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小。因此，本船船体型型线开发设计成很大外飘的横剖型线，实现用较小的排水量获得巨大的甲板面积。

6、本发明通过采用三尾鳍结构，由于其节能原理是该型线可以给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力可降至最低，从梭形三尾鳍的仿真计算结论可知，三只螺旋桨可以得到优良的推进效率。

7、本发明通过采用延长型纵流首，以本公司早期60车川江载货汽车、滚装船优良的首部型线作为母型船进行进一步优化，使其最大化的减少首部阻力。在2016年进行的121m载货汽车滚装船仿真计算和模型试验结论证明，这种延长型型线纵流首很适宜于内河大型滚装船，有良好的快速性能。

8、本发明通过采用高性能组合舵，高性能组合舵及其设计方法经CFD仿真计算，结论表明，该舵的小舵角时，舵效提高3%，大舵角时提高6%的舵效，大舵时的重大突破是阻力减少20%，本高性能组合舵最大特征是高效舵、小阻力、消涡节能性能得到充分应用。

9、本发明也适于商品车滚装船、客船、旅游船、大型邮轮等大丰满上层建筑船舶应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船主视图（含主要参数）。

图2本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船主甲板俯视图（载车状态）。

图3本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船主甲板俯视图（不载车状态）。

图4本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船双层底俯视图。

图5本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船舱底俯视图。

图6本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船斜坡车道俯视图。

图7本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船换步平台俯视图。

图8本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船自驾车甲板平面布置图。

图9本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船旅客甲板平面布置图。

图10本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船驾驶甲板平面布置图。

图11本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船太阳能甲板平面布置图。

图12本发明实施例1中（a）（b）（c）太阳能电力推进绿色滚装船大外漂及梭形三尾鳍型线图。

图13本发明实施例1中太阳能电力推进绿色滚装船母型船模试验航速预报图。

图14本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船主视图。

图15本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船主甲板平面布置图（载车状态）。

图16本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船主甲板平面布置图（空载状态）。

图17本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船舱底平面布置图。

图18本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船前视图（艏）。

图19本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船剖视图。

图20本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船双层底布置图。

图21本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船第二甲板平面布置图（载车状态）。

图22本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船旅客甲板平面布置图。

图23本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船驾驶甲板平面布置图。

图24本发明实施例4中太阳能电力推进载货汽车滚装船太阳能顶蓬平面布置图。

图中：顶蓬甲板1、驾驶甲板2、艇甲板3、上甲板4、换步平台5、主甲板6、尾尖舱7、舵8、舵机舱9、螺旋桨10、空舱11、发动机12、机舱13、第四空舱14、第三空舱15、第二空舱16、第一空舱17、艏侧推舱18、艏尖舱19、船锚20、锚链舱21、锚链22、探照灯23、喇叭24、船名灯25、桅杆26、雷达27、甲醇加注口28、大型车29、工具间30、斜坡车道31、可拆舱口盖32、污油舱33、生活污水舱34、燃油舱35、清水舱36、江水箱37、监视室38、甲醇燃料舱39、尾部压载舱40、尾中压载舱41、中部压载舱42、舷边舱43、小汽车44、观光大厅45、餐厅46、厨房47、包间48、接待大厅49、保护区50、烟囱51、蓄电池间52、洗手间53、洗衣间54、会议室55、船员室56、船长室57、住船经理室58、第一蓄电池间59、广播/资料室60、驾驶室61、太阳能板62、重力清水箱63、重力江水箱64、储藏间65、座椅66；

跳板68、跳板卷扬机67、风道68、小超市69、多功能厅70。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-13，太阳能电力推进绿色滚装船，包括船体，所述船体从底层到顶层依次为主甲板6、上甲板4、艇甲板3、驾驶甲板2和顶蓬甲板1；所述主甲板6的底层从船艏到船尾依次设置有艏尖舱19、艏侧推舱18、第一空舱17、第二空舱16、第三空舱15、第四空舱14、机舱13、空舱11、舵机舱9和尾尖舱7；所述船体的尾部采用三尾鳍结构，包括三只螺旋桨10，螺旋桨10的主轴与机舱13内部的发动机相连，舵机舱9的内部设置有舵机，舵机主轴安装有舵8；所述顶蓬甲板1的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板62，并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板62与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；所述主甲板6以下的船底设置有燃油舱35和甲醇燃料舱39，储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板62进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力，并用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也在日照不足时向全船提供电力。综上，本发明通过采用上述的滚装船，其采用的三尾鳍结构的节能船体型线技术，可以获得较小功率推进船舶航行的节能船型。本发明船的顶棚甲板上设置巨额数量的太阳能板，兼配以数量巨额的储能电池组，在日照充足时由太阳能供电航行，在没有日照时，应用储能系统供电航行。可保证本船在各种工况下安全航行。

进一步的，相邻的主甲板6、上甲板4、艇甲板3、驾驶甲板2和顶蓬甲板1之间分别通过位于船尾的换步平台5相连；所述主甲板6和上甲板4之间通过斜坡车道31相连；所述换步平台5所在部位设置有储藏间65。通过上述的换步平台5便于作业人员在不同层甲板之间的通行，通过储藏间65便于物品的存放。通过斜坡车道31便于滚装船进行通行。

进一步的，所述顶蓬甲板1的顶部，并位于船艏所在侧固定安装有探照灯23、喇叭24、船名灯25和桅杆26，桅杆26的顶部安装有雷达27；所述顶蓬甲板1的总面积呈长方形展开，使其甲板面积最大化，并缩小探照灯23、喇叭24、船名灯25、桅杆26和梯口所占面积，为太阳能板62腾出足够大的空间面积。通过上述的顶蓬甲板1的结构设计，能够获取足够的太阳能板62的安装面积，以提供足够的太阳能。

进一步的，所述主甲板6的两侧设置有甲醇加注口28，甲醇加注口28与甲醇燃料舱39相连通，主甲板6上设置有可拆舱口盖32，主甲板6的顶部用于停放大型车29，主甲板6的头部两侧设置有锚链舱21和工具间30；所述锚链舱21的内部设置有锚链22，锚链22的末端设置有船锚20。通过上述的甲醇加注口28便于向甲醇燃料舱39内部注入甲醇，以便于通过甲醇作为清洁燃料进行发电，以给储能电池组进行充电。

进一步的，船体的船体型线采用大外飘的横剖型线，以实现通过小的排水量获得大的主甲板6的面积。由于内河滚装船的主要特征是，需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小。因此，本船船体型线开发设计成很大外飘的横剖型线，实现用较小的排水量获得巨大的甲板面积。

此外，本发明在梭形双尾鳍优秀型线的基础之上，桁生出梭形三尾鳍型线结构，由于其节能原理是该型线可以给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力可降至最低，从梭形三尾鳍的仿真计算结论可知，三只螺旋桨可以得到优良的推进效率。

此外，本发明采用延长型纵流首，以本公司早期60车川江载货汽车、滚装船优良的首部型线作为母型船进行进一步优化，使其最大化的减少首部阻力。在2016年进行的121m载货汽车滚装船仿真计算和模型试验结论证明，这种延长型型线纵流首很适宜于内河大型滚装船，有良好的快速性能。以原60车位载货汽车滚装船运营中的统计技术数据可知，当主机转速为530转/h，航速可以达到13kw/h。

进一步的，所述主甲板6以下的船底采用双层船底结构，其中，位于下层的船底结构设置有污油舱33、生活污水舱34、清水舱36和江水箱37，所述机舱13的内部设置有监视室38。通过上述的双层船底结构的下层，能够用于储存船舶所产生的黑水以，以起到环保无害化处理的效果。而且通过监控室，便于对机舱进行监视，以保证安全性。

进一步的，位于上层的船底结构尾部设置有尾部压载舱40和尾中压载舱41，位于上层的船底结构中部设置有中部压载舱42和舷边舱43。

进一步的，所述上甲板4上用于停放小汽车44，上甲板4的头部设置有观光大厅45；通过上甲板4便于滚装船进行小汽车44的停放。

进一步的，所述艇甲板3为旅客甲板，艇甲板3的尾部设置有餐厅46、厨房47、包间48，艇甲板3的头部设置有观光大厅45和接待大厅49，艇甲板3的中间区域设置有座椅66。通过艇甲板3便于游客乘坐。

进一步的，所述驾驶甲板2的头部一侧设置有驾驶室61、船长室57、广播/资料室60、第一蓄电池间59、住船经理室58、会议室55、船员室56、洗衣间54和洗手间53。通过上述的驾驶甲板2便于驾驶人员对船舶进行驾驶。

进一步的，驾驶甲板2的尾部一侧设置有保护区50，保护区50内部设置有烟囱51和蓄电池间52，所述蓄电池间52用于存放储能电池组。通过上述的烟囱51便于进行排烟，通过蓄电池间52便于进行储能电池组的存放。

进一步的，所述顶蓬甲板1的顶部设置有重力清水箱63和重力江水箱64。

进一步的，所述船体采用轻量化结构，具体为船底、水线以下船体板采用CCSB船板，剩余骨架及水线外板结构材料元用CCSAH-36高强度钢，上层建筑强横梁采用42CrMO高强度合金钢，用以实现船舶自重轻量化，来减小吃水，以使航行所需功率减少，进而利于应用太阳能光伏电能实现推进航行。

进一步的，所述船体总长129.8m、水线长129.8m、垂线间长125.3m、总宽30m、型宽28.0m、型深5.3m、设计吃水3.6m。

进一步的，所述垂线间长125.3m、滚转处所长122m、方形系数0.616m、车道长度968m、上甲板高5.8m、艇甲板间高2.6m、驾驶甲板间高2.6m、顶蓬甲板间高2.4m、司乘人员62间共175人，肋距0.5m、船员26人、跳板长12.6m、电动机功率600Kw×1000rpm、航速19Km/h。

实施例2：

大外漂的船体舷侧横剖面型线结构对船舶纵向强度的受力情况，相比较于垂直舷侧结构有明显差异，需要对发明船纵向结构强度进性特殊设计，本发明船采用下述方法来加强船体结构的纵向强度。全船的纵向舱壁增加为4道，自尾部过渡期延长至首部，首部范围因为其外漂形状更大，因此额外再增加短纵向和横向舱壁数量来增加首部的纵向结构强度。

从完全利用太阳能板电力推进大型滚装船的发明愿景考虑，由于船舶可以布置太阳能发电板的面积受到设计船主尺度的限制，不可能无限制的加大太阳能板安装数量。虽然本发明船太阳能安装已经足够巨额数量，但是需要满足船舶航行合适的快速性所需太阳能电力，船舶节能技术的应用仍然是重中之重。因此，除上述大外漂及梭形三尾鳍加延长型纵流首优秀的船体节能型线之外，还需要加大以下船舶节能技术和尾轴尾管安装方法应用；

一种高性能组合舵及设计方法：

高性能组合舵及其设计方法经CFD仿真计算，结论表明，该舵的小舵角时，舵效提高3%，大舵角时提高6%的舵效，大舵时的重大突破是阻力减少20%。本高性能组合舵最大特征是高效舵、小阻力、消涡节能性能得到充分应用。其中，一种高性能组合舵及设计方法采用本公司在先申请中，CN202210299322.5的结构及方法。

船舶水动力综合节能装置及安装方法：

通过采用水动力综合节能装置达到进一步的节能效果。具体采用本公司在先申请中，CN202011011913.5的结构及方法。

焊接式节能消涡鳍及生产工艺：

通过采用焊接式节能消涡鳍，达到节能效果。其中采用本公司在先申请中CN202210232902.2的结构。

一种船舶螺旋桨前防缠绕的节能整流鳍：

通过采用防缠绕的节能整流鳍，达到防缠绕节能效果，采用本公开CN213168503U的结构。

一种船舶桨舵组合消涡节能装置及安装方法：采用本公司CN202011011939.X的结构。

这2~5项节能技术进行综合应用，可以获得聚集性节能效果。

上述节能技术和船用尾轴尾管装置及安装方法和应用，可以很大程度提高本发明船节能降耗等级，实现航行所需的功率在一个常规惯性航速下达到最小，当太阳能电力推进发明一个切实可行的创新船型。其中，船用尾轴尾管装置及安装方法采用CN201710013042.2的结构。

实施例3：

太阳能电力推进绿色滚装船的设计方法，包括以下步骤：

步骤一，船体型线设计：

基于内河滚装船的主要特征：需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小；进而将船体型线开发设计成大外飘的横剖型线，实现用小的排水量获得大的甲板面积；

步骤二，船体动力选择：

基于步骤一中获取的大的甲板面积，通过在顶棚甲板安装太阳能板62，配套大容量储能电池组，提供电能获得推船航行的总功率；并同时配套甲醇/柴油双燃料发电机组作为备用电力；

步骤三，船体运行模式选择：

当日照充裕的季节，全部应用太阳能电力推进航行；当日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；储能电池组在船舶待港状态下由太阳能进行充电，或者由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电；当在急流航段冲滩时，通过甲醇/柴油双燃料发电机组来增加推进功率；在日照不足时，也可以通过甲醇/柴油双燃料发电机组提供电力航行；

步骤四，船舶节能结构设计：

船舶可以布置太阳能发电板的面积受到设计船体主尺度的限制，不可能无限制的加大太阳能板安装数量，基于此，采用三尾鳍结构，进而给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力降至最低，并通过三只螺旋桨保证推进效率；

步骤五，船体结构轻量化设计：

进一步的，通过采用免设跳板的新型滚装船技术，这一技术可以降低船舶自重约80吨，进一步减小船舶推进功力，更有利于太阳能电力推进。其中关于跳板，拟开发一种滚装码头两栖式跳趸船来与本大型滚装船与码头岸基的通道流通，这一技术早在2005年6月24日由交通部海事局水运司组织的专家组评审通过，题目是“川江滚装船车辆装卸方式设计方案”专家评审意见，这一技术另案表述，不再详述。

实施例4：

参见图14-24，本实施例提供一种太阳能电力推进载货汽车滚装船，包括船体，所述船体从底层到顶层依次为主甲板6、上甲板4、艇甲板3、驾驶甲板2和顶蓬甲板1；所述主甲板6的底层从船艏到船尾依次设置有艏尖舱19、艏侧推舱18、第一空舱17、第二空舱16、第三空舱15、第四空舱14、机舱13、空舱11、舵机舱9和尾尖舱7；所述船体的尾部采用三尾鳍结构，包括三只螺旋桨10，螺旋桨10的主轴与机舱13内部的发动机相连，舵机舱9的内部设置有舵机，舵机主轴安装有舵8；所述顶蓬甲板1的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板62，并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板62与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；所述主甲板6以下的船底设置有燃油舱35和甲醇燃料舱39，储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板62进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力，并用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也在日照不足时向全船提供电力。综上，本发明通过采用上述的滚装船，其采用的三尾鳍结构的节能船体型线技术，可以获得较小功率推进船舶航行的节能船型。本发明船的顶棚甲板上设置巨额数量的太阳能板，兼配以数量巨额的储能电池组，在日照充足时由太阳能供电航行，在没有日照时，应用储能系统供电航行。可保证本船在各种工况下安全航行。

进一步的，相邻的主甲板6、上甲板4、艇甲板3、驾驶甲板2和顶蓬甲板1之间分别通过位于船尾的换步平台5相连；所述主甲板6和上甲板4之间通过斜坡车道31相连；所述换步平台5所在部位设置有储藏间65。通过上述的换步平台5便于作业人员在不同层甲板之间的通行，通过储藏间65便于物品的存放。通过斜坡车道31便于滚装船进行通行。

进一步的，所述顶蓬甲板1的顶部，并位于船艏所在侧固定安装有探照灯23、喇叭24、船名灯25和桅杆26，桅杆26的顶部安装有雷达27；所述顶蓬甲板1的总面积呈长方形展开，使其甲板面积最大化，并缩小探照灯23、喇叭24、船名灯25、桅杆26和梯口所占面积，为太阳能板62腾出足够大的空间面积。在船艏所在侧的主甲板6外壁上铰接有跳板68，跳板68与用于驱动其下放或者收起的跳板卷扬机67。通过上述的顶蓬甲板1的结构设计，能够获取足够的太阳能板62的安装面积，以提供足够的太阳能。通过采用跳板68便于后续车辆装载时，车辆的上船使用。

进一步的，所述主甲板6的两侧设置有甲醇加注口28，甲醇加注口28与甲醇燃料舱39相连通，主甲板6上设置有可拆舱口盖32，主甲板6的顶部用于停放大型车29，主甲板6的头部两侧设置有锚链舱21和工具间30；所述锚链舱21的内部设置有锚链22，锚链22的末端设置有船锚20。用于储存甲醇的甲醇存储间设置有用于通风的风道68，通过风道68起到很好的通风作用，进而保证后续运行的安全性。在甲醇存储间的侧边设置有准备间69。通过上述的准备间69便于后续甲醇加注过程中，进行准备作业。通过上述的甲醇加注口28便于向甲醇燃料舱39内部注入甲醇，以便于通过甲醇作为清洁燃料进行发电，以给储能电池组进行充电。

进一步的，船体的船体型线采用大外飘的横剖型线，以实现通过小的排水量获得大的主甲板6的面积。由于内河滚装船的主要特征是，需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小。因此，本船船体型线开发设计成很大外飘的横剖型线，实现用较小的排水量获得巨大的甲板面积。

此外，本发明在梭形双尾鳍的基础之上，衍生出梭形三尾鳍结构，由于其节能原理是该型线可以给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力可降至最低，从梭形三尾鳍的仿真计算结论可知，三只螺旋桨可以得到优良的推进效率。

此外，本发明采用延长型纵流首，以本公司早期60车川江载货汽车、滚装船优良的首部型线作为母型船进行进一步优化，使其最大化的减少首部阻力。在2016年进行的121m载货汽车滚装船仿真计算和模型试验结论证明，这种延长型型线纵流首很适宜于内河大型滚装船，有良好的快速性能。以原60车位载货汽车滚装船运营中的统计技术数据可知，当主机转速为530转/h，航速可以达到13kw/h。

进一步的，所述主甲板6以下的船底采用双层船底结构，其中，位于下层的船底结构设置有污油舱33、生活污水舱34、清水舱36和江水箱37，所述机舱13的内部设置有监视室38。通过上述的双层船底结构的下层，能够用于储存船舶所产生的黑水以，以起到环保无害化处理的效果。而且通过监控室，便于对机舱进行监视，以保证安全性。

进一步的，位于上层的船底结构尾部设置有尾部压载舱40和尾中压载舱41，位于上层的船底结构中部设置有中部压载舱42和舷边舱43。

进一步的，所述上甲板4上用于停放大型车29，上甲板4的头部设置有接待大厅49和小超市69；通过上甲板4便于滚装船进行小汽车44的停放。

进一步的，所述艇甲板3为旅客甲板，艇甲板3的尾部设置有餐厅46、厨房47、包间48，艇甲板3的头部设置有观光大厅45和接待大厅49，艇甲板3的中间区域设置有座椅66。通过艇甲板3便于游客乘坐。在艇甲板3的头部设置有多功能厅70。

进一步的，所述驾驶甲板2的头部一侧设置有驾驶室61、船长室57、广播/资料室60、第一蓄电池间59、住船经理室58、会议室55、船员室56、洗衣间54和洗手间53。通过上述的驾驶甲板2便于驾驶人员对船舶进行驾驶。

进一步的，驾驶甲板2的尾部一侧设置有保护区50，保护区50内部设置有烟囱51和蓄电池间52，所述蓄电池间52用于存放储能电池组。通过上述的烟囱51便于进行排烟，通过蓄电池间52便于进行储能电池组的存放。

进一步的，所述顶蓬甲板1的顶部设置有重力清水箱63和重力江水箱64。

进一步的，所述船体采用轻量化结构，具体为船底、水线以下船体板采用CCSB船板，剩余骨架及水线外板结构材料元用CCSAH-36高强度钢，上层建筑强横梁采用42CrMO高强度合金钢，用以实现船舶自重轻量化，来减小吃水，以使航行所需功率减少，进而利于应用太阳能光伏电能实现推进航行。

Claims (10)

1.太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，包括船体，所述船体从底层到顶层依次为主甲板（6）、上甲板（4）、艇甲板（3）、驾驶甲板（2）和顶蓬甲板（1）；所述主甲板（6）的底层从船艏到船尾依次设置有艏尖舱（19）、艏侧推舱（18）、第一空舱（17）、第二空舱（16）、第三空舱（15）、第四空舱（14）、机舱（13）、空舱（11）、舵机舱（9）和尾尖舱（7）；所述船体的尾部采用三尾鳍结构，包括三只螺旋桨（10），螺旋桨（10）的主轴与机舱（13）内部的发动机相连，舵机舱（9）的内部设置有舵机，舵机主轴安装有舵（8）；所述顶蓬甲板（1）的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板（62），并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板（62）与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；所述主甲板（6）以下的船底设置有燃油舱（35）和甲醇燃料舱（39），储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板（62）进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力，并用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也在日照不足时向全船提供电力。

2.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，相邻的主甲板（6）、上甲板（4）、艇甲板（3）、驾驶甲板（2）和顶蓬甲板（1）之间分别通过位于船尾的换步平台（5）相连；所述主甲板（6）和上甲板（4）之间通过斜坡车道（31）相连；所述换步平台（5）所在部位设置有储藏间（65）。

3.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述顶蓬甲板（1）的顶部，并位于船艏所在侧固定安装有探照灯（23）、喇叭（24）、船名灯（25）和桅杆（26），桅杆（26）的顶部安装有雷达（27）；所述顶蓬甲板（1）的总面积呈长方形展开，使其甲板面积最大化，并缩小探照灯（23）、喇叭（24）、船名灯（25）、桅杆（26）和梯口所占面积，为太阳能板（62）腾出足够大的空间面积。

4.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述主甲板（6）的两侧设置有甲醇加注口（28），甲醇加注口（28）与甲醇燃料舱（39）相连通，主甲板（6）上设置有可拆舱口盖（32），主甲板（6）的顶部用于停放大型车（29），主甲板（6）的头部两侧设置有锚链舱（21）和工具间（30）；所述锚链舱（21）的内部设置有锚链（22），锚链（22）的末端设置有船锚（20）。

5.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，船体的船体型线采用大外飘的横剖型线，以实现通过小的排水量获得大的主甲板（6）的面积。

6.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述主甲板（6）以下的船底采用双层船底结构，其中，位于下层的船底结构设置有污油舱（33）、生活污水舱（34）、清水舱（36）和江水箱（37），所述机舱（13）的内部设置有监视室（38）；

位于上层的船底结构尾部设置有尾部压载舱（40）和尾中压载舱（41），位于上层的船底结构中部设置有中部压载舱（42）和舷边舱（43）。

7.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述上甲板（4）上用于停放小汽车（44），上甲板（4）的头部设置有观光大厅（45）；

所述艇甲板（3）为旅客甲板，艇甲板（3）的尾部设置有餐厅（46）、厨房（47）、包间（48），艇甲板（3）的头部设置有观光大厅（45）和接待大厅（49），艇甲板（3）的中间区域设置有座椅（66）。

8.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述驾驶甲板（2）的头部一侧设置有驾驶室（61）、船长室（57）、广播/资料室（60）、第一蓄电池间（59）、住船经理室（58）、会议室（55）、船员室（56）、洗衣间（54）和洗手间（53）；

驾驶甲板（2）的尾部一侧设置有保护区（50），保护区（50）内部设置有烟囱（51）和蓄电池间（52），所述蓄电池间（52）用于存放储能电池组。

9.根据权利要求1所述太阳能电力推进绿色滚装船，其特征在于，所述顶蓬甲板（1）的顶部设置有重力清水箱（63）和重力江水箱（64）；

所述船体采用轻量化结构，具体为船底、水线以下船体板采用CCSB船板，剩余骨架及水线外板结构材料元用CCSAH-36高强度钢，上层建筑强横梁采用42CrMO高强度合金钢，用以实现船舶自重轻量化，来减小吃水，以使航行所需功率减少，进而利于应用太阳能光伏电能实现推进航行；

所述船体总长129.8m、水线长129.8m、垂线间长125.3m、总宽30m、型宽28.0m、型深5.3m、设计吃水3.6m。

10.权利要求1-9任意一项所述太阳能电力推进绿色滚装船的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，船体型线设计：

基于内河滚装船的主要特征：需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小；进而将船体型线开发设计成大外飘的横剖型线，实现用小的排水量获得大的甲板面积；

步骤二，船体动力选择：

基于步骤一中获取的大的甲板面积，通过在顶棚甲板安装太阳能板（62），配套大容量储能电池组，提供电能获得推船航行的总功率；并同时配套甲醇/柴油双燃料发电机组作为备用电力；

步骤三，船体运行模式选择：

当日照充裕的季节，全部应用太阳能电力推进航行；当日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；储能电池组在船舶待港状态下由太阳能进行充电，或者由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电；当在急流航段冲滩时，通过甲醇/柴油双燃料发电机组来增加推进功率；在日照不足时，也可以通过甲醇/柴油双燃料发电机组提供电力航行；

步骤四，船舶节能结构设计：

船舶可以布置太阳能发电板的面积受到设计船体主尺度的限制，不可能无限制的加大太阳能板安装数量，基于此，采用三尾鳍结构，进而给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力降至最低，并通过三只螺旋桨保证推进效率；

步骤五，船体结构轻量化设计：

将船体采用轻量化结构。