CN209434893U - 一种船舶风光水柴互补电力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶风光水柴互补电力系统。包括DC/DC变换器、控制器、逆变器、断路器、直流母排、交流母排及风光水发电装置。本系统将波浪能、风能、太阳能、燃料电池和超级电容输出的电能收集并连接至直流母排，通过逆变器将直流母排与连接柴油发电机的交流母排并网。控制器根据风能、太阳能和波浪能能量的大小来调节DC/DC变换器的电流大小，实现风光水柴各能源的互补以减少柴油发电机的输出，并且在风光水能源充足时可停止柴油发电机的运行。本系统将绿色能源发出的电能并入船舶电网来减少柴油的消耗，达到节能减排的目的。

Description

一种船舶风光水柴互补电力系统

技术领域

本实用新型涉及船舶新能源领域，具体是一种船舶风光水柴互补电力系统。

背景技术

随着海上运输越来越繁忙，船舶运输的重要性日益凸显。船舶具有运输量大，成本低等优点。船舶运行时需要消耗大量燃油，大型船舶每小时的燃油消耗量为1吨以上，柴油机排放的尾气含有大量氮氧化物和硫化物，这些气体对环境的危害很大。大量的柴油机尾气排放是全球变暖和温室效应的主要原因。海上风力资源、太阳能资源和波浪能资源丰富较容易获取，并且这些能源绿色环保。如果合理利用海上的风能和太阳能以及波浪能进行发电来减少船舶柴油机对柴油的消耗将大大减少船舶运营成本并且减少船舶尾气对环境的危害，达到节能减排的目的。

中国发明专利申请公开说明书CN101630851A公开了一种船舶用风光互补发电控制装置。该装置将风力发电和光伏发电以互补的形式连接直流负载和蓄电池以达到利用风能和太阳能的目的。但是该装置未能将风能和光伏产生的直流电源逆变为交流电向交流设备供电，故本装置只能对船舶上的直流负载进行供电，无法对大型交流负载供电，对减少船舶柴油发电机的柴油消耗和减少船舶尾气排放的能力极其有限有限。

中国实用新型专利授权公开说明书CN204733109U公开了一种船舶用风能光能互补供电系统。该供电系统使用太阳能电板和风力发电机对蓄电池进行充电，并将蓄电池的输出进行逆变对部分生活用交流设备供电。但是本系统只提供220V交流电，只能供应照明用电等生活用电。而且本系统未能将光伏和风能发电机发出的电能与船舶柴油发电机进行并车。然而只有将绿色能源发电装置与柴油发电机进行并车才能大幅度地减少船舶柴油的消耗。而该公开说明书中描述的系统并无将逆变器输出的交流电与柴油发电机进行并车的功能，只能在船舶停泊时使用该系统以停止柴油发电机达到减少油耗的目的。并且该系统只有风力发电和光伏发电进行互补在一定程度上受天气影响较大，应该增加互补能源的种类，最大化地节省柴油机的油耗，比如燃料电池、波浪能等。

实用新型内容

本实用新型目的在于，提供一种船舶风光水柴互补电力系统，以解决船舶节能减排问题，减少船舶柴油消耗和尾气排放。

为了实现上述的目的，本实用新型采用如下技术方案时：

本实用新型公开了一种船舶风光水柴互补电力系统。所述船舶风光水柴互补电力系统包括DC/DC变换器、控制器、逆变器、断路器、直流母排、交流母排、波浪能发电装置、风力发电装置、太阳能发电装置、超级电容、燃料电池、逆变开关、联络开关、同期装置。该船舶风光水柴互补电力系统将波浪能、风能、太阳能、燃料电池和超级电容输出的电能连接至直流母排，通过逆变器将直流电源与交流母排并网。控制器根据风能、太阳能和波浪能能量的大小来调节对应的DC/DC变换器的电流大小并且调节在网的柴油发电机的转速与电压，实现风光水各能源的互补并减少柴油发电机的输出。本系统将风能、太阳能和波浪能发电装置发出的电能与船舶交流电网进行并网，以减少柴油的消耗，达到节能减排的目的。

现在的船舶对柴油的消耗量很大，而且排出的尾气严重污染环境。大型船舶航行时每小时要烧掉一吨以上的柴油，船舶耗油量大从环境污染的角度和船舶运营的角度考虑都是大问题。本实用新型利用海上风力资源、太阳能和波浪能资源，将风力、太阳能和波浪能发电装置发出的电能并入船舶交流电网，从而减少柴油发电机的输出以达到减少船舶柴油消耗并减少船舶对环境的污染，同时减少船舶运营成本。

附图说明

图1为一种船舶风光水柴互补电力系统的系统图。

图2为一种船舶风光水柴互补电力系统的波浪能发电装置的具体实施图。

图3为一种船舶风光水柴互补电力系统的波浪能发电装置在船舶上的布置图。

图4为一种船舶风光水柴互补电力系统的风力发电装置布置图。

图5为一种船舶风光水柴互补电力系统的光伏电板布置图。

图中：1-DC/DC变换器、2-控制器、3-逆变器、4-断路器、5-直流母排、6-交流母排、7-波浪能发电装置、8-风力发电装置、9-太阳能发电装置、10-超级电容、11-燃料电池、12-联络开关、13-逆变开关、14-同期装置、15-柴油发电机、16-轴带发电机、17-太阳能辐射传感器、18-风力传感器、19-外展油缸、20-连接臂、21-下放油缸、22-伸缩油缸、23-固定座板、24-上蓄能油缸、25-下蓄能油缸、26-浮板、27-液压发电系统、28-DC/DC变换器、29-DC/DC变换器、30-DC/DC变换器、31-DC/DC变换器。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型船舶风光水柴互补电力系统的系统图。如图1所示，整个船舶风光水柴互补电力系统由DC/DC变换器（1,28,29,30,31）、控制器2、逆变器3、断路器4、直流母排5、交流母排6、波浪能发电装置7、风力发电装置8、太阳能发电装置9、超级电容10、燃料电池11、联络开关12、逆变开关13、同期装置14、柴油发电机15、轴带发电机16、太阳能辐射传感器17、风力传感器18组成。所述波浪能发电装置7是可拆卸式的，在船舶抛锚或者靠泊时可以安装在船舶船舷进行发电，波浪能发电装置7将波浪能转化为电能后通过DC/DC变换器1向直流母排5供电。所述风力发电装置8安装在船艏和船尾罗经甲板或者雷达桅上方，风力发电装置8将风能转换为直流电后通过DC/DC变换器28向直流母排5供电。风力发电装置8是可倒伏的，在靠港作业时可以将风力发电装置8的杆塔倒伏下来以方便船舶靠港作业。所述太阳能发电装置9主要由由太阳能光伏电板组成，太阳能光伏电板安装在船舶尾楼的左右舷侧面以及罗经甲板的空余地方，光伏电板吸收太阳能后转化为直流电再通过通过DC/DC变换器29向直流母排5供电。所述超级电容10通过DC/DC变换器30连接至直流母排5，超级电容10用于当系统启动大功率负载时减少负载对电网的冲击。当直流母排5的电压下降时超级电容10向直流母排放电，当直流母排5的电压上升时直流母排5对超级电容10进行充电，系统遭受大的负载冲击时超级电容10将维持直流母排5的电压稳定。所述燃料电池11将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能，再通过DC/DC变换器31向直流母排5供电，当风能、太阳能和波浪能由于天气原因无法发电时可以使用燃料电池11进行发电。

如图1所示直流母排5可向直流负载直接供电，直流母排5经逆变开关13连接至逆变器3，逆变器3将直流电逆变为交流400V。逆变器3的交流输出端连接至联络开关12，联络开关12的另一侧连接至交流母排6。联络开关12的合闸操作具有连锁功能，只有当联络开关12两侧的交流电满足同期条件时联络开关12才能合闸。同期装置14对联络开关12两侧的交流电进行测量并进行电压幅值、相序和相角差的判断，同时同期装置14会对柴油发电机15和轴带发电机16的转速进行调节以使联络开关12两侧的交流电满足同期条件。当联络开关12两侧的交流电满足同期条件后，同期装置14才向联络开关12发出合闸指令。图1中柴油发电机15和轴带发电机16分别经由断路器后连接至交流母排6，当船舶在狭载航道航行时使用柴油发电机15对交流母排供电，当船舶行驶在开阔水域时可以使用轴带发电机16向交流母排供电并停止柴油发电机15以节省油耗。船舶主推进器与侧推等交流负载连接至交流母排。

图2示出了波浪能发电装置7的一种具体实施方式。如图2所示，所述船舶波浪能发电装置7包括外展油缸19、连接臂20、下放油缸21、伸缩油缸22、固定座板23、上蓄能油缸24、下蓄能油缸25、浮板26、和液压发电系统27，其特征是该船舶波浪能发电装置通过固定座板7焊接或者使用螺栓固定在船舶甲板上，该船舶波浪能发电装置在不工作时通过收缩外展油缸19、下放油缸21和伸缩油缸22回收至船舶甲板上，该波浪能发电装置在需要发电时通过伸长外展油缸19、下放油缸21和伸缩油缸22将浮板26下放至水面进行发电。所述浮板26一端活动连接至伸缩油缸22，另一端随着波浪的波峰和波谷上下摆动。所述上蓄能油缸24与下蓄能油缸25的一端活动连接至浮板26，另一端活动连接至伸缩油缸22。浮板26的上下摆动推动着上蓄能油缸24和下蓄能油缸25内的活塞往复运动。上蓄能油缸24和下蓄能油缸25内活塞的往复运动建立液压发电系统27的油压以进行发电。

图3示出了波浪能发电装置7在船舶上的布置图。波浪能发电装置7为可拆除式，当船舶抛锚或者靠港时将波浪能发电装置7安装于船舶的船舷进行发电，在船舶航行时波浪能发电装置需要回收至船上进行存放。

图4为一种船舶风光水柴互补电力系统的风力发电装置布置图。如图4所示，风力发电装置8安装于船舶艉楼罗经甲板和艏部，根据情况可以将风力发电装置8的杆塔设置为可倒伏式的以便于船舶装载货物。

图5为一种船舶风光水柴互补电力系统的光伏电板布置图。如图5所示，太阳能发电装置9安装于船舶艉楼两侧和罗经甲板，太阳能发电装置9主要由光伏电板组成。

Claims (6)

1.一种船舶风光水柴互补电力系统，包括5台DC/DC变换器（1,28,29,30,31）、控制器（2）、逆变器（3）、断路器（4）、直流母排（5）、交流母排（6）、波浪能发电装置（7）、风力发电装置（8）、太阳能发电装置（9）、超级电容（10）、燃料电池（11）、联络开关（12）、逆变开关（13）、同期装置（14）、柴油发电机（15）、轴带发电机（16）、太阳能辐射传感器（17）和风力传感器（18），其特征是：所述DC/DC变换器（1,28,29,30,31）将风力发电装置（8）发出的电能、波浪能发电装置（7）发出的电能、太阳能发电装置(9)发出的电能、燃料电池（11）发出的电能和超级电容（10）连接至直流母排（5），并对传输电能的大小进行控制；所述同期装置（14）对逆变器（3）的交流侧与交流母排（6）进行同期操作，同期装置（14）对柴油发电机（15）的转速进行调节以使联络开关（12）两端达到同期条件，并对联络开关(12)发出合闸指令；所述控制器（2）根据风能、太阳能和波浪能的能量大小来调节各个DC/DC变换器（28,29，1）的电流大小并且对柴油发电机（15）和轴带发电机（16）的转速和机端电压进行调节。

2.根据权利要求1所述的船舶风光水柴互补电力系统，其特征在于：所述超级电容（10）用于当系统投入大功率负载时吸收电力负载对电网的冲击以及稳定直流母排（5）的电压。

3.根据权利要求1所述的船舶风光水柴互补电力系统，其特征在于：所述燃料电池（11）燃烧无污染的燃料并发出直流电能，当波浪能发电装置（7）、风力发电装置（8）和太阳能发电装置（9）由于气候原因无法正常发电时，燃料电池（11）向直流母排供电。

4.根据权利要求1所述的船舶风光水柴互补电力系统，其特征在于：所述波浪能发电装置（7）为能够回收至船上且能够下放至水面，发电时下放至水面进行发电，不发电时回收至船上。

5.根据权利要求1所述的船舶风光水柴互补电力系统，其特征在于：所述太阳能辐射传感器（17）连接至控制器（2），控制器（2）根据太阳的光照强度对太阳能发电装置（9）的DC/DC变换器（29）上的电流大小进行调节。

6.根据权利要求1所述的船舶风光水柴互补电力系统，其特征在于：所述风力传感器（18）用于测量当前的风力强度并将风力强度信息发送给控制器（2），控制器（2）按照风力大小对风力发电装置（8）的DC/DC变换器（28）上的电流大小进行调节。