本實用新型涉及電力驅動的船舶，具體涉及一種基于釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶裝置。

背景技術：

船舶是最重要的交通運輸工具之一。正如人們所知，傳統(tǒng)的船舶主要是依靠熱機，如柴油機、汽輪機以及燃汽輪機等來驅動的，船舶運行的能量來源依賴于具有污染的不可再生的燃油，這種以燃油為動力來源的船舶具有如下顯著缺陷：

1、排放的廢氣、廢水較多，對環(huán)境污染比較嚴重?！耙凰抑行偷酱笮图b箱船使用含硫量為3.5%的船用燃料油，并以70%最大功率的負荷行駛時，其一天排放的PM2.5大約相當于中國50萬輛新貨車一天內的排放總量。”7月3日，在自然資源保護協(xié)會（NRDC）的《船舶和港口空氣污染防治白皮書》發(fā)布會上，該項目組成員DavidPettit對記者說。同時，白皮書認為，船舶使用的燃料油，其含硫量是車用柴油的100至3500倍。因此，船舶單位燃料的二氧化硫和顆粒物排放量遠遠超過道路車輛。

2、噪聲污染非常嚴重，乘坐環(huán)境的舒適性相對較低。船舶在靠岸時其噪聲有時可達85~94dB船，舶超標準噪聲的存在會給周圍的他人產生影響，也給作業(yè)人員帶來極大的健康損害。在我國的長江流域一帶的運河水域，由于長期存在掛槳機船舶，這種簡單安裝柴油機的簡易船在營運中機器的排氣產生出極大的聲響，當這些船舶沿著運河穿越城鎮(zhèn)時，沿岸的居民都深受影響，不能專心學習和工作，更不能休息和睡眠，這是典型的環(huán)境噪聲污染損害。

3、由于內燃機效率低，能源的消耗較大，營運經濟性較差。特別是近年來，由于燃油價格上漲過快，船舶經營者承受較大的運營成本壓力。

面對更為嚴格的排放要求，以及提高船舶運營的經濟效益和為了滿足特種船舶的特殊要求，人們尋求通過改變船舶的能量來源和推進方式來解決上述問題，而電力推進方式則是一條有效途徑。

為此，人們開發(fā)出了一些電動船舶，其中一些嘗試利用新能源。這類電動船舶的結構基本類似，其通過太陽能電池板、風力發(fā)電機等產生電能，將能量儲存在蓄電池中，并通過DC/AC逆變器將存儲在電池中的直流電逆變成交流電，為漿、舵和驅動電機等電力推進裝置和船上的照明、空調等交流負載提供交流電能。然而，這類的新能源由于受到船體面積和風力載荷的限制，不能作為船舶的動力能源。也有人提出采用儲能電力推動船舶運行，但儲能電池仍采用動力鋰電或鉛酸電池，由于船舶動力儲能巨大，推力電機功率達到幾百千瓦，受到鋰電池和鉛酸電池的一致性影響很難使傳播正常行駛。也有技術對內燃機進行改進，使用燃氣作為動力能源來推進船只運行，以此來降低污染，雖然對動力燃料進行改進，但燃氣熱值低，動力不足，要提高功率，依然污染較嚴重，噪聲大，能源利用率低，不節(jié)能。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的船舶航行過程中污染嚴重、噪聲大、能耗高等缺點，旨在提供一種污染少、低噪聲、環(huán)境代價低、投資省、節(jié)能高效、能夠自行發(fā)電實現(xiàn)船舶分布式獨立的能源供應系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型提出了一種基于釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶裝置，包括：船舶主體，燃氣輪機燃燒單元，燃氣輪機發(fā)電單元，燃氣儲罐，余熱利用單元，船舶輔助用能單元，釩液電池儲能單元，變流控制單元，中央主控單元、開關磁阻電機動力單元；燃氣輪機燃燒單元的燃氣入口管與燃氣儲罐相連，燃氣儲罐里的高壓LNG進入燃氣輪機燃燒單元的燃燒室燃燒，產生高溫高壓氣流，高溫高壓氣流帶動燃氣輪機發(fā)電單元進行發(fā)電，發(fā)電單元的電力輸出端與變流控制單元連通并對釩電池儲能單元進行充電，變流控制單元與釩電池儲能單元實現(xiàn)雙向連通并進行存（供）電能，燃氣輪機的燃燒室排出的高溫廢氣，經熱力回收管線與余熱利用單元相連并進行熱量回收，形成以燃氣輪機為核心的熱力供能系統(tǒng)；變流控制單元經變流控制后其電力有多路輸出，其中，一路電力輸出至中央主控單元，提供中央主控器電源；一路電力輸出至船舶輔助用能單元，提供生活輔助用電；一路電力輸出至開關磁阻電機動力單元，形成以釩電池儲能為中心的電力供能系統(tǒng)。以上各功能單元按一定的邏輯順序放置于船舶主體之中，形成釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶系統(tǒng)。

所述的余熱利用單元，其特征在于由蒸汽余熱利用單元和熱水余熱利用單元兩部分構成，其中，蒸汽余熱利用單元與船舶本體的供熱（冷）系統(tǒng)相連，冬天較冷時余熱蒸汽通過船舶的暖通系統(tǒng)向整艘船舶供暖；夏天較熱時，余熱蒸汽通過船舶的吸收式制冷系統(tǒng)向整艘船舶供冷，經過換熱后的水蒸氣冷凝為60-70℃的冷凝液，該冷凝液經過熱水回流管線及電磁閥控制后回流至熱水余熱利用單元，作為熱水余熱再次利用，優(yōu)選的吸收式制冷系統(tǒng)為溴化鋰制冷機組；余熱熱水來源有兩路，一路是燃氣輪機燃燒單元尾氣廢熱的回收利用，另一路是余熱蒸汽冷凝液的回收利用，熱水余熱利用單元與船舶本體的生活用熱水單元相連通，生活用熱單元為洗浴用熱水和餐飲用熱水。

所述的船舶本體的供熱（冷）系統(tǒng)，其特征在于供熱系統(tǒng)熱力管網和板式換熱器構成，供冷系統(tǒng)為吸收式制冷系統(tǒng)的溴化鋰制冷機組構成。

所述的釩液電池儲能單元，其特征在于釩液電池儲能單元為全釩液流電池儲能系統(tǒng)，是整艘船舶電力供能系統(tǒng)的核心單元，主要包括正負電解液儲槽，電堆系統(tǒng)，電解液循環(huán)泵及釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置，其中電堆系統(tǒng)的電力充放電端子與變流控制單元相連，變流控制單元與中央主控單元有信息連通，變流控制單元接收中央主控單元信號，確定電堆系統(tǒng)的電力流向，也確定變流控制單元各用電回路的通斷；中央主控單元與釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置有信號連通，中央主控單元根據整個船舶電力系統(tǒng)的用電負荷狀況信息反饋給釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置，釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置調節(jié)電解液循環(huán)泵和電磁閥來確定的電解液流量大小，釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置與電解液濃度測量傳感器和溫度傳感器相連，實時監(jiān)測正負電解液的濃度并把信息反饋給中央控制單元，中央控制單元發(fā)出信號確定是否給電解液充電或更換高濃度電解液；釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置實時監(jiān)測電解液溫度，并把溫度信息反饋給中央控制單元，中央控制單元發(fā)出信號確定是否投入或退出電解液散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)釩電池系統(tǒng)高效率運行并延長電堆系統(tǒng)的使用壽命。

所述的釩液電池儲能單元，其特征在于正負電解液儲槽下部均有電解液進出管，可以通過直接更換電解液的方式來達到給釩液電池系統(tǒng)充電的目的。

所述的變流控制單元，其特征在于變流控制單元是釩液電池儲能系統(tǒng)的主要控制部件，變流控制單元分別與釩液儲能單元、燃氣輪機發(fā)電單元、中央主控單元、開關磁阻電動機動力單元及輔助用能單元有電力回路連通，變流控制單元有工頻交流輸出回路和直流輸出回路，直流輸出回路的輸出直流電壓為48-560V；變流控制單元與市電充電樁接口連通，釩液電池儲能單元的充電電力可以由市電電力提供。

所述的開關磁阻電機動力單元，其特征在于開關磁阻電機動力單元，包括：開關磁阻電動機，船舶動力螺旋槳及開關磁阻電機動力單元本體控制系統(tǒng)，開關磁阻電動機通過聯(lián)軸器直接與動力螺旋槳相連，或通過變速箱及聯(lián)軸器與動力螺旋槳相連，其中變速箱的變速比為1:1—1:5，開關磁阻電機動力單元本體控制器通過控制線與中央主控單元相連接，中央主控單元對開關磁阻電機控制單元進行調節(jié)和控制。

所述的中央主控單元，包括控制模塊及與之相連的人機交互模塊和信號采集模塊，所述信號采集模塊還燃氣輪機發(fā)電單元，船舶輔助用能單元，釩液電池儲能單元，變流控制單元，開關磁阻電機動力單元相連接并進行信號反饋，實現(xiàn)對各上述各功能單元的控制與調節(jié)；信號采集模塊還與燃氣儲罐、余熱利用單元的各自聯(lián)通管路的電磁閥相連接并進行信號反饋，并實現(xiàn)對各電磁閥開關的控制和調節(jié)；人機交互模塊具有顯示屏和個功能按鈕，功能按鈕可以對各功能單元進行參數(shù)設置和與經調節(jié)。

本實用新型的有益效果在于，其有效解決了現(xiàn)有現(xiàn)有電動船舶所存在的電力傳輸及用電效率低，能量損耗高，續(xù)航里程短等問題。本實用新型將燃氣能源實現(xiàn)梯級利用，實現(xiàn)能源利用的高效率；采用釩液流電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)大用量儲能和大倍率放電的可能，滿足了船舶大功率電機對儲能系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)了大噸位船舶電力推動；動力系統(tǒng)采用高效磁阻電機，實現(xiàn)直流驅動去掉了中間的DC/AC轉換裝置，因而有效提高了電力傳輸及用電的效率，減少了能源消耗，從而增加了電動船的續(xù)航能力。此外，由于采用直流電，其功率因素為1，不存在交流電中的功率因素和諧波的問題，因此無需因功率因素低而增加功率因數(shù)校正器。采用電力推進時新能源電動船不僅能節(jié)能和提高能源效率，且環(huán)保無污染，噪音低。

附圖說明

圖1為本實用新型基于釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶裝置結構示意圖 ；

圖2為本實用新型余熱利用單元結構示意圖；

圖3為本實用新型釩液電池儲能單元結構示意圖；

1、船舶主體，2、燃氣輪機燃燒單元，3、燃氣輪機發(fā)電單元，4、燃氣儲罐，5、余熱利用單元，51、蒸汽余熱利用單元，52、熱水余熱利用單元，53、供熱（冷）系統(tǒng)，54、生活用熱水單元，55、供熱電磁閥，6、船舶輔助用能單元，7、釩液電池儲能單元，71、電解液儲槽，72、電解液循環(huán)泵，73、電堆系統(tǒng)，74、電解液電磁閥，75、電解液進出管，76、釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置，8、變流控制單元，9、中央主控單元，10、開關磁阻電機動力單元，101、動力螺旋槳。

具體實施方式

結合圖1及下列實施例是對本實用新型的進一步解釋和說明，對本實用新型不構成任何限制。

參閱圖1，本實用新型提出了一種基于釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶裝置，包括：船舶主體1，燃氣輪機燃燒單元2，燃氣輪機發(fā)電單元3，燃氣儲罐4，余熱利用單元5，船舶輔助用能單元6，釩液電池儲能單元7，變流控制單元8，中央主控單元9、開關磁阻電機動力單元10；燃氣輪機燃燒單元2的燃氣入口管與燃氣儲罐4相連，燃氣儲罐4里的高壓LNG進入燃氣輪機燃燒單元2的燃燒室燃燒，產生高溫高壓氣流，高溫高壓氣流帶動燃氣輪機發(fā)電單3元進行發(fā)電，發(fā)電單元3的電力輸出端與變流控制單元8連通并對釩電池儲能單元7進行充電，變流控制單元8與釩電池儲能單元7實現(xiàn)雙向連通并進行存（供）電能，燃氣輪機的燃燒室排出的高溫廢氣，經熱力回收管線與余熱利用單元5相連并進行熱量回收，形成以燃氣輪機為核心的熱力供能系統(tǒng)；變流控制單元8經變流控制后其電力有多路輸出，其中，一路電力輸出至中央主控單元9，提供中央主控器電源；一路電力輸出至船舶輔助用能單元6，提供生活輔助用電；一路電力輸出至開關磁阻電機動力單元10，形成以釩電池儲能為中心的電力供能系統(tǒng)。以上各功能單元按一定的邏輯順序放置于船舶主體1之中，形成釩電池自儲能燃氣冷熱電三聯(lián)供船舶系統(tǒng)。

所述的余熱利用單元，其特征在于余熱利用單元5由蒸汽余熱利用單元51和熱水余熱利用單元52兩部分構成，其中，蒸汽余熱利用單元51與船舶本體的供熱（冷）系統(tǒng)53相連，冬天較冷時余熱蒸汽通過本體的供熱（冷）系統(tǒng)53的暖通系統(tǒng)向整艘船舶供暖；夏天較熱時，余熱蒸汽通過船舶的吸收式制冷系統(tǒng)向整艘船舶供冷，經過換熱后的水蒸氣冷凝為60-70℃的冷凝液，該冷凝液經過熱水回流管線及電磁閥控制后回流至熱水余熱利用單元52，作為熱水余熱再次利用；余熱熱水來源有兩路，一路是燃氣輪機燃燒單元尾氣廢熱的回收利用，另一路是余熱蒸汽冷凝液的回收利用，熱水余熱利用單元52與船舶本體的生活用熱水單元54相連通，生活用熱水單元54為洗浴用熱水和餐飲用熱水。

所述的船舶本體的供熱（冷）系統(tǒng)，其特征在于供熱系統(tǒng)熱力管網和板式換熱器構成，供冷系統(tǒng)為吸收式制冷系統(tǒng)的溴化鋰制冷機組構成。

所述的釩液電池儲能單元，其特征在于釩液電池儲能單元7為全釩液流電池儲能系統(tǒng)，是整艘船舶電力供能系統(tǒng)的核心單元，主要包括正負電解液儲槽71，電堆系統(tǒng)73，電解液循環(huán)泵72及釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76，其中電堆系統(tǒng)73的電力充放電端子與變流控制單元8相連，變流控制單元8與中央主控單元9有信息連通，變流控制單元8接收中央主控單元9信號，確定電堆系統(tǒng)73的電力流向，也確定變流控制單元8各用電回路的通斷；中央主控單元9與釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76有信號連通，中央主控單元根據整個船舶電力系統(tǒng)的用電負荷狀況信息反饋給釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76，釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76調節(jié)電解液循環(huán)泵和電磁閥來確定的電解液流量大小，釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76與電解液濃度測量傳感器和溫度傳感器相連，實時監(jiān)測正負電解液的濃度并把信息反饋給中央控制單元9，中央控制單元9發(fā)出信號確定是否給電解液充電或更換高濃度電解液；釩液電池儲能本體系統(tǒng)控制裝置76實時監(jiān)測電解液溫度，并把溫度信息反饋給中央控制單元9，中央控制單元9發(fā)出信號確定是否投入或退出電解液散熱系統(tǒng)77，實現(xiàn)釩電池系統(tǒng)高效率運行并延長電堆系統(tǒng)的使用壽命。

所述的釩液電池儲能單元，其特征在于正負電解液儲槽71下部均有電解液進出管75，可以通過直接更換電解液的方式來達到給釩液電池系統(tǒng)充電的目的。

所述的變流控制單元，其特征在于變流控制單元8是釩液電池儲能系統(tǒng)的主要控制部件，變流控制單元8分別與釩液儲能單元7、燃氣輪機發(fā)電單元1、中央主控單元9、開關磁阻電動機動力單元10及輔助用能單元6有電力回路連通，變流控制單元8有工頻交流輸出回路和直流輸出回路，直流輸出回路的輸出直流電壓48-560V；變流控制單元8與市電充電樁接口連通，釩液電池儲能單元的充電電力可以由市電電力提供。

所述的開關磁阻電機動力單元，其特征在于開關磁阻電機動力單元10，包括：開關磁阻電動機，船舶動力螺旋槳101及開關磁阻電機動力單元本體控制系統(tǒng)，開關磁阻電動機通過聯(lián)軸器直接與動力螺旋槳101相連，或通過變速箱及聯(lián)軸器與動力螺旋槳相連，其中變速箱的變速比為1:1—1:5，開關磁阻電機動力單元本體控制器通過控制線與中央主控單元相連接，中央主控單元對開關磁阻電機控制單元進行調節(jié)和控制。

所述的中央主控單元，包括控制模塊及與之相連的人機交互模塊和信號采集模塊，所述信號采集模塊還燃氣輪機發(fā)電單元1，船舶輔助用能單元6，釩液電池儲能單元7，變流控制單元8，開關磁阻電機動力單元10相連接并進行信號反饋，實現(xiàn)對各上述各功能單元的控制與調節(jié)；信號采集模塊還與燃氣儲罐2、余熱利用單元3的各自聯(lián)通管路的電磁閥相連接并進行信號反饋，并實現(xiàn)對各電磁閥開關的控制和調節(jié)；人機交互模塊具有顯示屏和個功能按鈕，功能按鈕可以對各功能單元進行參數(shù)設置和與經調節(jié)。

實施例1

如圖1、圖2、圖3所示，本實施例中，船舶系統(tǒng)的所有供能采用燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)。具體實施方式，中央控制單元9啟動，燃氣輪機系統(tǒng)的燃氣儲罐4的燃氣輸出地磁發(fā)閥打開，燃氣流入燃氣輪機燃燒室2啟動燃氣輪機并拖動燃氣發(fā)電單元，燃氣發(fā)電單元3發(fā)出的電力通過變流控制單元8輸出至釩液電池儲能單元7，釩液電池儲能單元7的電力輸出端經過變流控制單元8把電力輸出至磁阻電機動力單元10，驅動船舶螺旋槳101，推動船舶運行，釩液電池儲能單元7的電力輸出端經過變流控制單元8把電力輸出至輔助用能單元6，驅動輔助機電運轉和生活用電的電力供應。燃氣機燃燒室點燃后，啟動余熱利用單元5，對船舶系統(tǒng)提供供暖（冷）和熱水應用。

實施例2

如圖1、圖3所示，本實施例中釩液電池儲能單元直接為船舶系統(tǒng)供電，中央控制單元9啟動，釩液電池儲能單元7系統(tǒng)啟動，釩液電池儲能單元7通過變流控制單元10把電力輸出至磁阻電機動力單元10，驅動船舶螺旋槳101，推動船舶運行。當釩液電池儲能單元7虧電時，釩液電池儲能單元7通過變流控制單元8的市電充電端口，由市電向釩液電池儲能單元7充電。本實施例也可以通過釩液電池儲能單元7的電解液進出口管75，對電解液槽71內的電解液更換，已達到充電目的。

盡管通過以上實施例對本實用新型進行了揭示，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，在不偏離本實用新型構思的條件下，對以上各構件所做的變形、替換等均將落入本實用新型的權利要求范圍內。