CN215911912U - 一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台 - Google Patents

一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台 Download PDF

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Abstract

一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，有漂浮于海上的浮式平台，在浮式平台一端、浮式平台甲板下方设置有核动力装置、发电模块、配电模块，核动力装置通过管路依次与发电模块、配电模块相连接，在浮式平台甲板下方还设置有液氨储舱。浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块，海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模块、氨液化模块、液氨储舱通过管路顺次连接，空气制氮模块伸出的支管路与制氨模块连接。利用海上核能制氢制氨，可以高效利用核能风电产生的电力，和整个风力电网形成峰谷互补，本发明可以高负荷运行，合理有效地利用电能在海上制氢制氨。

Description

一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台
技术领域
本发明涉及船舶建造及设计领域，具体涉及以核能为动力，在海上即可制氢制氨并且储舱的平台。
背景技术
核动力作为常规船舶的直接推进动力，将受到航行区域和靠泊港口的限制，传统的化石能源无法实现零碳排放，作为实现碳减排和碳中和路线图和目标能源，核动力是理想的清洁能源之一。
陆上建设制氢和氨合成工厂，受到用地、选址和投资等诸多因素限制，而海上浮式制氢和氨合成及液化储存平台，可以实现分布式、小型化、低风险的清洁燃料来源和供给。
海上风力电网依托天然的风力资源，有发电量大的优势，也同时存在闲时大量多余电能无法有效利用的问题。核动力制氢制氨生产储存平台作业需要大量电能，可利用风力电网的闲置电能，与此同时在风力电网用电高峰，平台也可作为海上电站为风力电网补充电能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，旨在达到在海上可利用风电与核电相结合，进行制氢的目的，其所采用的技术方案是：
一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，有漂浮于海上的浮式平台，在浮式平台一端、浮式平台甲板下方设置有核动力装置、发电模块、配电模块，发电模块、配电模块与核动力装置之间设置有隔离空舱，核动力装置通过管路依次与发电模块、配电模块相连接，在浮式平台甲板下方还设置有一个或一个以上的液氨储舱。
浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块，海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模块、氨液化模块、液氨储舱通过管路顺次连接，空气制氮模块伸出的支管路与制氨模块连接，配电模块通过管路分别与海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块连接。配电模块通过电缆与风力电网相连接。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，配电模块和风力电网之间设置有变电站，电缆依次将配电模块、变电站、风力电网连接。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，核动力装置与发电模块之间设置有蒸汽轮机，核动力装置依次与蒸汽轮机、发电模块相连接。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，氨液化模块与液氨储舱相连通。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，发电模块、配电模块设置在浮式平台甲板下方的舱室内。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，浮式平台通过系泊装置停泊在作业位置。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，在浮式平台甲板上方、远离核动力装置一侧，设置有办公生活楼。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，液氨储舱是半冷半压式储舱或全冷式储舱。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，海水淡化装置是蒸发式或反渗透式淡化装置。
上述一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，空气制氮模块带有增压设备，空气制氮模块产生的氮气通过增压设备供给到制氨模块内。
核能作为一次清洁能源，但存在陆上应用的技术和法规方面的限制性；海上风电作为又一清洁能源，减少了对陆地资源的占用，但也存在向陆上输电距离长电能输送损耗大和发电负荷与输电负荷不匹配的问题；本发明开创性的提出了在海上，尤其是接近于海上风场附近，高效利用核能和风能相结合，为海上制氢制氨提供电力，并利用液氨存储的便利性，实现碳减排和碳中和。
利用海上核能和风能制氢制氨，可以高效利用核能产生的电力，和整个风力电网形成峰谷互补，在风力电网用电高峰时段，本发明采用核能发电进行作业；在风力电网用电低谷时段，外部风能电网的电力输送至海上制氢制氨储舱平台，海上制氢制氨储舱平台利用外部风力电网可以高负荷运行，制氢和制氨。
本平台比较陆上集中式制氢和制氨工厂，具有分布式和规模小的优点，不受陆上地形、功能划分、安全距离的因素限制。同时海上平台作为浮式结构物，具有高度的可复制性，利于标准化建造和生产管理，可以有效降低运营费用，节约管理成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是浮式平台作业流程图；
图3是浮式平台电力流程图；
其中：1-核动力装置、2-发电模块、3-配电模块、4-电解制氢模块、5-空气制氮模块、6-制氨模块、7-氨液化模块、8-风力电网、9-液氨储舱、10-浮式平台、11-办公生活楼、12-隔离空舱、13-电缆、14-变电站、15-系泊装置。
具体实施方式
实施例1
结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，有漂浮在海面上的浮式平台10，浮式平台通过系泊装置15固定在预定作业位置。在浮式平台的甲板下方、浮式平台一端设置有核动力装置1，与核动力装置相邻处设置有隔离空舱12，隔离空舱将核动力装置与其他设备隔离。在浮式平台甲板下方还设置有发电模块2、配电模块3和液氨储舱9，发电模块和配电模块设置在甲板下方的舱室内，减少海洋盐水雾对电气系统的腐蚀影响。就能够液氨储舱设置在甲板下方，一方面可有效利用甲板下方空间，充分利用平台容积尽可能多的储存液氨，另一方面有利于浮式平台的平稳性。在浮式平台远离核动力装置的一端，在浮式平台甲板上方设置有办公生活楼。
浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置(图中未显示)、电解制氢模块4、空气制氮模块5、制氨模块6、氨液化模块7，将上述各模块设置在甲板上方，符合海上作业平台通风等系列要求，有利于满足海上作业时安全。通过管路将海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模块、氨液化模块、液氨储舱顺次连接，制氨模块伸出有支管路与空气制氮模块连接。
如图2所示，海水经由海水淡化装置处理后，形成的淡水进入电解制氢模块，电解制氢模块将水电解成氢气与氧气。海水淡化装置可使用蒸发式或反渗透式等模式单一或相结合的方式生产淡水，将海水中的水和盐充分分离，盐水排出舷外，生产的淡水储存备用。电解制氢模块采用电解的方式把水分子分解为氢气和氧气(主要的原理如下：阴极：4H2O+4e-＝2H2+4OH-，阳极：4OH--4e-＝O2+2H2O，总反应式：4H2O＝2H2+O2)。其中，氢气可通过增设中间储罐临时储存备用，也可通过增压设备供给到制氨模块中直接作为原料，氧气可以释放到大气之中。
生成的氢气被送入制氨模块，在制氨模块内，氢气与氮气相反应形成氨气，氮气是通过空气制氮模块对空气进行处理，对空气进行脱水处理，去除水分的干空气经过膜过滤，过滤出空气中的氮气，过滤出的氮气通过增压设备供给到制氨模块内，与制氨模块内的氢气进行反应，形成氨气(氨合成的原理：使用电能将氨合成炉加热，将氢气和氮气通入氨合成炉中，在催化剂的作用下氢气和氮气反应生成氨气。反应式为4H2+N2＝2NH3，反应温度设定在400±30℃，反应压力10atm)。经过空气制氮模块过滤出的氮气，也可以采用中间储罐临时储存备用。氨气经由氨液化模块冷却液化，形成液氨送入液氨储舱内存储。氨以液态方式存储，可以增加氨的存储量。根据船舶类型、船舶尺度、续航力等需求，液氨储舱可采用不同容积、不同型式、不同设计压力。本发明可根据船舶情况采用半冷半压式(设计温度-40℃，设计压力4～10barg不等，C型储罐)或全冷式(设计温度-40℃，设计压力≤0.7barg，A型储罐或B型储罐或薄膜型储罐)。
本发明的这种海上制氢制氨储舱平台，利用核能、风能相结合产生电力，对各模块进行供电，保证海上制氢制氨储舱平台进行作业。如图3所示，核动力装置与驱动蒸汽轮机(图中未显示)相连接，核动力装置将核能转化成内能，驱动蒸汽轮机将此内能转化为机械能，此机械能驱动发电模块转化成电能，发电模块与配电模块相连接，将产生的电能输送至各模块，保证海上制氢制氨储舱平台的正常作业。配电模块通过电缆13还连接有变电站14，配电模块通过变电站与海上或陆地上的风力电网连接，通过风力电网对海上制氢制氨储舱平台上的各模块提供电力，保证海上制氢制氨储舱平台的正常作业。本发明带有的配电模块通过变电站与风力电网连接，配电模块也可以对风力电网提供电力。本发明的这种海上制氢制氨储舱平台通过核能或风力电网或核能结合风力电网输送电力，而核能既可以对平台提供电力，也可以为风力电网提供电力。本发明采用风力电网输送电力，利用风力电网充足电力资源的同时，风力电网与核能发电相结合，可消除风力电网发电、用电不均匀导致为平台供电负荷不均匀的问题。海上制氢制氨储舱平台采用电能作为作业驱动能源，电能来源为核动力装置，以及风力电网，通过“风电+核电”制氢制氨实现全生产过程的零碳排放。

Claims (10)

1.一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：有漂浮于海上的浮式平台(10)，在浮式平台一端、浮式平台甲板下方设置有核动力装置(1)、发电模块(2)、配电模块(3)，发电模块(2)、配电模块(3)与核动力装置之间设置有隔离空舱(12)，核动力装置通过管路依次与发电模块、配电模块相连接，在浮式平台甲板下方还设置有一个或一个以上的液氨储舱(9)；
浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置、电解制氢模块(4)、空气制氮模块(5)、制氨模块(6)、氨液化模块(7)，海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模块、氨液化模块、液氨储舱通过管路顺次连接，空气制氮模块伸出的支管路与制氨模块连接，配电模块通过管路分别与海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块连接；
配电模块通过电缆(13)与风力电网(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：配电模块和风力电网之间设置有变电站(14)，电缆依次将配电模块、变电站、风力电网连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：核动力装置与发电模块之间设置有驱动蒸汽轮机，核动力装置依次与驱动蒸汽轮机、发电模块相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：氨液化模块与液氨储舱相连通。
5.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：发电模块、配电模块设置在浮式平台甲板下方的舱室内。
6.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：浮式平台通过系泊装置(15)停泊在作业位置。
7.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：在浮式平台甲板上方、远离核动力装置一侧，设置有办公生活楼(11)。
8.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：液氨储舱是半冷半压式储舱或全冷式储舱。
9.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：海水淡化装置是蒸发式或反渗透式淡化装置。
10.根据权利要求1所述的一种基于核电、风电相结合的海上制氢制氨储舱平台，其特征在于：空气制氮模块带有增压设备，空气制氮模块产生的氮气通过增压设备供给到制氨模块内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114561653A (zh) * 2022-03-24 2022-05-31 中国石油大学(北京) 海上风电制氢气和氧气的储存、运输系统及方法

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