1.本发明属于电能供给及分配的技术领域，涉及一种电能应用方法，特别是涉及一种液氢运输船的电能应用系统及应用方法。


背景技术：

2.目前，液氢运输船液罐内储存的液态氢，在运输过程中，由于液罐的吸热，不可避免地会在液罐内部产生蒸发气(bog
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boil off gas)，这种蒸发气一般不会直接排放到大气中，主要有以下两方面原因：一方面是相关规范不允许直接排放至大气中，另一方面是这种蒸发气也是一种资源，直接排放不经济。
3.基于此，现有技术中亟需一种比较有经济价值且符合规范要求的处理方式，将此蒸发气作为船上的一种能源加以最大化、最高效的利用，既不影响环境，也充分利用了资源。
4.因此，如何提供一种液氢运输船的电能应用系统及应用方法，以解决现有技术无法针对蒸发气提供一种氢能利用效率较高的船上应用方案等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种液氢运输船的电能应用系统及应用方法，用于解决现有技术无法针对蒸发气提供一种氢能利用效率较高的船上应用方案的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种液氢运输船的电能应用系统，所述液氢运输船的电能应用系统包括：氢燃料电池，用于将液化氢产生的蒸发气转换为电能；储能电池，用于在船舶电机需要提速时，辅助所述氢燃料电池为所述船舶电机供电；柴油发电机，用于与所述氢燃料电池和/或储能电池结合，满足船舶用电量超过预设电量阈值时的电能需求；直流主配电板，包括直流母排，所述直流母排分别与所述氢燃料电池、所述储能电池和所述柴油发电机连接，用于确定电能的传输结构；在第一航行状态下，通过所述氢燃料电池和所述储能电池供电；在第二航行状态下，所述柴油发电机与所述氢燃料电池和/或储能电池结合供电。
7.于本发明的一实施例中，所述氢燃料电池和所述储能电池分别通过直流/直流变流器单元与所述直流母排连接；所述柴油发电机通过交流/直流整流器单元与所述直流母排连接。
8.于本发明的一实施例中，所述直流母排通过直流/交流逆变器单元给全回转推进器变频电机和艏侧推变频电机供电。
9.于本发明的一实施例中，所述液氢运输船的电能应用系统还包括：交流主配电板；所述直流母排分别通过直流/交流逆变器单元、变压器连接所述交流主配电板；所述交流主配电板用于给船上的交流设备供电。
10.于本发明的一实施例中，所述交流主配电板通过变压器给220v交流配电板供电。
11.于本发明的一实施例中，所述交流主配电板连接液货配电板，所述液货配电板用于给船上的液货系统相关设备供电。
12.于本发明的一实施例中，所述液氢运输船的电能应用系统还包括：应急配电板；所述应急配电板由所述交流主配电板供电，所述应急配电板用于当全船失电时，由所述应急配电板上设置的应急发电机供电。
13.于本发明的一实施例中，所述应急配电板通过应急变压器给应急220v配电板供电。
14.于本发明的一实施例中，所述直流母排通过母联断路器分为两部分；所述直流母排的每一部分，各布置一个斩波器，以保护因故障或大负荷突失而造成的过电压；所述直流母排的每一部分，各布置一个保护装置，以控制电流的有序流动。
15.为实现上述目的及其他相关目的，本发明另一方面提供一种液氢运输船的电能应用方法，所述液氢运输船的电能应用方法包括：采集全船用电设备信息，确定电力负荷数据；根据所述电力负荷数据确定直流母排的电压等级；所述直流母排设于直流主配电板上；结合所述直流母排的电压等级以及船舶货物系统参数，选定氢燃料电池的功率；所述氢燃料电池用于将液化氢产生的蒸发气转换为电能；根据所述氢燃料电池的功率，选定储能电池的型号；所述储能电池用于在船舶电机需要提速时，辅助所述氢燃料电池为所述船舶电机供电；根据全船最大的用电负荷，选定柴油发电机的型号；所述柴油发电机用于与所述氢燃料电池和/或储能电池结合，满足船舶用电量超过预设电量阈值时的电能需求；所述直流母排分别与所述氢燃料电池、所述储能电池和所述柴油发电机连接，用于确定电能的传输结构；在第一航行状态下，通过所述氢燃料电池和所述储能电池供电；在第二航行状态下，所述柴油发电机与所述氢燃料电池和/或储能电池结合供电。
16.如上所述，本发明所述的液氢运输船的电能应用系统及应用方法，具有以下有益效果：
17.本发明提供一种可行的、氢能利用效率较高的、便于在船上应用的方案，实现了将液化氢产生的蒸发气用于全船动力源的电网中。此外，本发明提供储能电池在主推进电机需要短时提速时提供能源，弥补燃料电池在这一方面的不足，以及配置柴油发电机，与氢燃料电池和储能电池结合满足诸如主推进电机大功率航行等用电量较大的电能需求。
附图说明
18.图1显示为本发明的液氢运输船的电能应用系统于一实施例中的结构示意图。
19.图2显示为本发明的液氢运输船的电能应用系统于一实施例中的电力系统原理图。
20.图3显示为本发明的液氢运输船的电能应用方法于一实施例中的原理流程图。
21.元件标号说明
22.100直流主配电板
23.101、102、103交流/直流整流器单元
24.104、105直流/直流变流器单元
25.106、107、108、109、110直流/交流逆变器单元
26.111母联断路器
27.121、122斩波器
28.131、132保护装置
29.190直流母排
30.201、202、203可变转速柴油发电机
31.204氢燃料电池
32.205储能电池
33.301、302全回转推进器变频电机
34.303艏侧推变频电机
35.401、402变压器
36.500交流主配电板
37.501、502变压器
38.510220v交流配电板
39.520液货配电板
40.600应急配电板
41.601应急发电机
42.602应急220v配电板
43.603、604应急变压器
44.s31～s35步骤
具体实施方式
45.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
47.本发明所述的液氢运输船的电能应用系统及应用方法提供一种可行的、氢能利用效率较高的、便于在船上应用的方案，实现了将液化氢产生的蒸发气用于全船动力源的电网中。
48.以下将结合图1至图3详细阐述本实施例的一种液氢运输船的电能应用系统及应用方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的液氢运输船的电能应用系统及应用方法。
49.请参阅图1，显示为本发明的液氢运输船的电能应用系统于一实施例中的结构示意图。如图1所示，所述液氢运输船的电能应用系统包括：氢燃料电池、储能电池、柴油发电机和直流主配电板。
50.所述氢燃料电池用于将液化氢产生的蒸发气转换为电能。
51.所述储能电池用于在船舶电机需要提速时，辅助所述氢燃料电池为所述船舶电机供电。
52.所述柴油发电机，用于与所述氢燃料电池和/或储能电池结合，满足船舶用电量超过预设电量阈值时的电能需求。
53.所述直流主配电板，包括直流母排，所述直流母排分别与所述氢燃料电池、所述储能电池和所述柴油发电机连接，用于确定电能的传输结构。
54.在第一航行状态下，通过所述氢燃料电池和所述储能电池供电；在第二航行状态下，所述柴油发电机与所述氢燃料电池和/或储能电池结合供电。
55.于实际应用中，所述第一航行状态为船舶低负荷航行状态，船舶低负荷航行时，可以通过氢燃料电池和储能电池达到零排放的目的；所述第二航行状态为船舶需要较大推进功率航行状态，当船舶需要较大推进功率航行时，可以通过柴油发电机和电池的结合使用，基于到达时间，而达到航速、能耗的最佳匹配。
56.请参阅图2，显示为本发明的液氢运输船的电能应用系统于一实施例中的电力系统原理图。如图2所示，呈现了于一实施例中液氢运输船的电能供给及分配原理。
57.所述氢燃料电池204通过直流/直流变流器单元104与所述直流母排190连接，所述储能电池205分别通过直流/直流变流器单元105与所述直流母排190连接。
58.所述柴油发电机201、202、203通过交流/直流整流器单元101、102、103与所述直流母排190连接。
59.所述直流母排190通过直流/交流逆变器单元106、107、108给全回转推进器变频电机301、302和艏侧推变频电机303供电。
60.所述液氢运输船的电能应用系统还包括：交流主配电板500。
61.所述直流母排190分别通过直流/交流逆变器单元109、110、变压器401、402连接所述交流主配电板500；所述交流主配电板500用于给船上的交流设备供电。
62.所述交流主配电板500通过变压器501、502给220v交流配电板510供电，两路供电之间连锁。
63.所述交流主配电板500连接液货配电板520，所述液货配电板520用于给船上的液货系统相关设备供电。
64.所述液氢运输船的电能应用系统还包括：应急配电板600。
65.所述应急配电板600由所述交流主配电板500供电，所述应急配电板600用于当全船失电时，由所述应急配电板600上设置的应急发电机601供电。
66.所述应急配电板600通过应急变压器603、604给应急220v配电板602供电，两路供电之间连锁。
67.所述直流母排通过母联断路器分为两部分。
68.所述直流母排的每一部分，各布置一个斩波器121、122，以保护因故障或大负荷突失而造成的过电压。
69.所述直流母排的每一部分，各布置一个保护装置131、132，以控制电流的有序流动。
70.根据本发明的电能供给及分配方案可知，本发明考虑在船上配置氢燃料电池。氢
燃料电池的体积适中，便于在船上的布置；同时，它的能量转化率相对较高，是氢能利用的一种相对比较经济的方案。
71.氢燃料电池产出的电能是直流电，因此考虑将此直流电作为一种电源连接到直流主配电板上(通过直流/直流变流器)。船舶的推进方式不再采用常规的低速或者中速柴油机推进，而采用全回转式的电力推进。直流主配电板通过直流/交流逆变器给交流变频主推进电机供电，从而推动船舶航行。
72.考虑到燃料电池负载不能突加的特性，难以直接满足主推进电机短时提速的工作要求，因此，直流主配电板上还需连接储能电池(锂电池或其他储能形式电池)。储能电池可以在主推进电机需要短时提速时提供能源，弥补燃料电池在这一方面的不足。
73.考虑到氢bog(boil-off gas，蒸发气体)蒸发量的限制，以及储能电池的充电需求，单纯的燃料电池和储能电池的组合并不能满足诸如主推进电机大功率航行等用电量较大的电能需求，因此在船上考虑配置一些柴油发电机。
74.柴油发电机发出的是交流电，通过交流/直流整流器连接到直流配电板。由于有交流/直流整流器的存在，因此并不要求柴油发电机的恒定转速、恒定频率输出，也就是，柴油发电机可以变转速运行。柴油发电机可以根据负荷的情况调整转速，使柴油机始终处于一个相对经济的运行状态，而达到节能的效果。
75.此外，柴油发电机可以给储能电池充电，使储能电池充分发挥对全船电网的调节功能。柴油发电机的功率和台数视全船各工况用电负荷而定。
76.请参阅图3，显示为本发明的液氢运输船的电能应用方法于一实施例中的原理流程图。如图3所示，所述液氢运输船的电能应用方法具体包括以下几个步骤：
77.s31，采集全船用电设备信息，确定电力负荷数据。
78.具体地，首先采集全船主要用电设备信息，包括全回转推进器功率、艏侧推功率、货物系统、全船基础负载等，根据相关的使用工况，编制电力负荷估算书。
79.s32，根据所述电力负荷数据确定直流母排的电压等级；所述直流母排设于直流主配电板上。
80.s33，结合所述直流母排的电压等级以及船舶货物系统参数，选定氢燃料电池的功率；所述氢燃料电池用于将液化氢产生的蒸发气转换为电能。
81.具体地，在此基础上，结合货物系统参数，确定合适的氢燃料电池的功率，即确定氢燃料电池的型号，并通过适当的直流/直流变流器单元，连接至直流母排。
82.s34，根据所述氢燃料电池的功率，选定储能电池的型号；所述储能电池用于在船舶电机需要提速时，辅助所述氢燃料电池为所述船舶电机供电。
83.具体地，储能电池的选型与已选定的氢燃料电池相关，通过适当的直流/直流变流器单元，连接至直流母排。
84.s35，根据全船最大的用电负荷，选定柴油发电机的型号；所述柴油发电机用于与所述氢燃料电池和/或储能电池结合，满足船舶用电量超过预设电量阈值时的电能需求。
85.具体地，根据全船最大的用电负荷，合理选型所需的可变转速柴油发电机，分别通过交流/直流整流器单元，连接至直流母排。
86.所述直流母排分别与所述氢燃料电池、所述储能电池和所述柴油发电机连接，用于确定电能的传输结构；在第一航行状态下，通过所述氢燃料电池和所述储能电池供电；在
第二航行状态下，所述柴油发电机与所述氢燃料电池和/或储能电池结合供电。
87.本发明所述的液氢运输船的电能应用方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
88.本发明所述的液氢运输船的电能应用系统的原理与所述的液氢运输船的电能应用方法一一对应，本发明所述的液氢运输船的电能应用系统可以实现本发明所述的液氢运输船的电能应用方法，但本发明所述的液氢运输船的电能应用方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的液氢运输船的电能应用系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
89.综上所述，本发明所述液氢运输船的电能应用系统及应用方法提供一种可行的、氢能利用效率较高的、便于在船上应用的方案，实现了将液化氢产生的蒸发气用于全船动力源的电网中。此外，本发明提供储能电池在主推进电机需要短时提速时提供能源，弥补燃料电池在这一方面的不足，以及配置柴油发电机，与氢燃料电池和储能电池结合满足诸如主推进电机大功率航行等用电量较大的电能需求。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
90.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。