[發(fā)明專利]一種采用燃料電池船舶直流組網(wǎng)系統(tǒng)和應用此系統(tǒng)的船舶

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910914501.3
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110654520A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 程鵬;梁寧;李睿燁;蘭海;史超;李攀龍;王曉超;成倩
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63H21/17
• 分類號: B63H21/17;B60L50/50;B60L53/00;H01M8/0656;H01M8/0662;H01M8/04029;H01M8/04082;F03D9/11;F03D9/32;F02B63/04
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本發(fā)明公開了一種采用燃料電池船舶直流組網(wǎng)系統(tǒng)和應用此系統(tǒng)的船舶，燃料電池組作為船舶主要動力裝置，蓄電池組作為輔助供電裝置與燃料電池組形成船舶直流組網(wǎng)。風力發(fā)電機組發(fā)出的電能輸出到電解池，電解海水制氫；多余的電能儲存到蓄電池組內(nèi)。光伏電池發(fā)出的電能輸出到電解池，電解海水制氫；多余的電能儲存到蓄電池組內(nèi)，利用風能和太陽能，將其轉(zhuǎn)換為清潔的氫能源，使船舶電力系統(tǒng)供電的動力全部來自新能源，且一定程度上解決了棄風、棄光問題，提高了新能源的利用效率，有助于降低船舶運營成本。風力發(fā)電與光伏發(fā)電通過電解水制氫聯(lián)系到一起，省去了風力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)控制，無需考慮船舶電網(wǎng)對新能源發(fā)電的并網(wǎng)消納問題。

技術領域

本發(fā)明涉及一種船舶直流組網(wǎng)系統(tǒng)和應用此系統(tǒng)的船舶，特別是一種采用燃料電池的船舶直流組網(wǎng)系統(tǒng)和應用此系統(tǒng)的船舶。

背景技術

隨著能源需求的不斷增加，傳統(tǒng)的化石能源已不能滿足人們的需求。且基于對環(huán)境保護的要求，清潔的新能源發(fā)電變得越來越重要。傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)的發(fā)電裝置基本都采用化石能源為原料，但化石能源的成本不斷上升，使得船舶的運營成本也在不斷增加，而海洋上蘊藏著豐富的太陽能、風能等可再生能源，合理的開發(fā)和利用這些可再生資源有助于降低船舶的運營成本，對保護海洋環(huán)境，促進航運業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。

新能源發(fā)電技術日益成熟，將其應用于船舶已經(jīng)成為一種趨勢，并得到廣泛的應用。但由于風能、太陽能的隨機性和不可預測性，將其作為主要發(fā)電裝置還存在一定問題，且其并網(wǎng)發(fā)電會對電網(wǎng)造成一定的影響。相比陸地電網(wǎng)，船舶電網(wǎng)是一個移動的微電網(wǎng)，對新能源發(fā)電的消納能力大大減小，棄風棄光問題更為嚴重。因此如何充分利用可再生能源，又減少其對電網(wǎng)的影響，保證穩(wěn)定性是現(xiàn)今急需解決的問題。

燃料電池作為一種環(huán)保的可再生能源和理想的分布式電源，為船舶提供了一種新的能源選擇，它甚至能夠提供可與電力網(wǎng)媲美的足夠大的電力。燃料電池中應用最為廣泛的即為氫氧燃料電池，一般以氫氣為燃料。氫能具有高效、清潔、無污染和易于產(chǎn)生的特點，為了獲得足夠大的電能需要大量的氫能，如何獲取和存儲氫能對船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關重要。

電解水制氫是目前廣泛使用的制氫方法，利用可再生能源制氫更是未來能源的發(fā)展趨勢。風電制氫和太陽能制氫是新能源制氫的主要途徑。將風能、太陽能、氫能通過該方式結(jié)合在一起，省去了并網(wǎng)控制，且能夠通過燃料電池輸出足夠的電能，為電力系統(tǒng)供電。燃料電池輸出為直流電，采用直流組網(wǎng)相比較傳統(tǒng)的交流組網(wǎng)存在諸多優(yōu)點。

對于申請?zhí)朇N201721390215.4公開的是一種風光氫獨立電源系統(tǒng)，其風力發(fā)電機和太陽能電池板都通過蓄電池來為用戶供電和供水解槽制氫，并不能充分利用可再生能源，也沒有實現(xiàn)對棄風、棄光問題的考慮；申請?zhí)朇N201320148892.0公開的是一種基于燃料電池、風能、太陽能的風光氫互補并網(wǎng)型電站，并不適合作為獨立的電源使用，且需要考慮新能源發(fā)電并網(wǎng)問題；申請?zhí)朇N201710363226.1公開的一種風電制氫儲能的氫燃料復合電池及其發(fā)電方法和申請?zhí)朇N201710570241.3公開的一種基于太陽能光伏制氫的氫燃料電池系統(tǒng)及其發(fā)電方法都分別需要考慮風力發(fā)電機和光伏電池直接為電網(wǎng)或負載供電，這就需要控制新能源發(fā)電滿足并網(wǎng)條件；申請?zhí)朇N201610597945.5公開的是風光-氫儲能及煤化工混合動力發(fā)電系統(tǒng)，利用風光互補系統(tǒng)發(fā)出的多余的電能進行電解水，且仍然需要考慮風力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)問題；申請?zhí)枮镃N201721807759.6公開了一種燃料電池電源及電池電源系統(tǒng)，燃料電池和輔助電源通過逆變器進行交流組網(wǎng)，需要控制幅值、頻率和相位的匹配。

因此本發(fā)明提出一種基于燃料電池的新能源船舶直流組網(wǎng)系統(tǒng)，使船舶電力系統(tǒng)供電的動力全部來自新能源，提高了新能源的利用效率，且無需考慮風力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)問題。并給出了基于燃料電池的新能源發(fā)電系統(tǒng)在船舶上的布置方式。

發(fā)明內(nèi)容