一種LNG燃料和太陽能聯合式移動岸基供電貨櫃的製作方法

2023-05-19 04:29:26 1

本發明涉及一種岸基供電系統，更具體地說，涉及一種運用LNG(liquefied-natural-gas，液態天然氣)燃料和太陽能兩種清潔能源進行聯合發電的新型可移動岸基供電系統。

背景技術：

隨著《珠三角、長三角、環渤海(京津冀)水域船舶排放控制區實施方案》的實施，長三角、珠三角和環渤海水域被設立為船舶排放控制區。未經發動機改造或未安裝尾氣處理裝置的常規船進入上述區域，低硫油轉換成為其主要手段。低硫油的高價位及低硫油頻繁轉換對主機的損傷，無疑將增加航運企業成本。

如何降低船舶靠港的運營成本，在滿足《珠三角、長三角、環渤海(京津冀)水域船舶排放控制區實施方案》排放標準的同時兼顧節能環保，是新型岸基供電系統需要解決的問題。

技術實現要素：

本發明目的在於使船舶靠港的排放滿足《珠三角、長三角、環渤海(京津冀)水域船舶排放控制區實施方案》要求，同時降低其運營成本。並選用貨櫃方式，方便使用。

為了達到上述目的，本發明提供一種LNG燃料和太陽能聯合式移動岸基供電系統，包括LNG燃料儲罐，、實現LNG燃料發電的LNG燃料發電機，以及配電設備、蓄電池和供電接口；還包括利用太陽能發電的太陽能基板，所述太陽能基板生成的電能併入所述蓄電池用於供電。本發明的改進在於，所述LNG燃料儲罐與所述LNG燃料發電機之間設有LNG燃料發電所需的蒸發、加熱設備，所述蒸發、加熱設備所需的熱能由太陽能和所述LNG燃料發電的電能聯合供給。

優選方式下，所述LNG燃料儲罐的燃料供給出口通過管道和閥門連接了自增壓蒸發器和LNG蒸發器；所述LNG蒸發器的輸出端連接了LNG加熱器，所述LNG加熱器連接所述LNG燃料發電機用於LNG發電。所述自增壓蒸發器、LNG加熱器、LNG蒸發器的熱交換介質為水-乙二醇；所述自增壓蒸發器、LNG加熱器、LNG蒸發器各自的水-乙二醇循環管路連接於一個水-乙二醇太陽能/電加熱器和循環泵中，所述水-乙二醇太陽能/電加熱器包括實現太陽能加熱的真空管以及實現電能加熱的電熱絲，所述電熱絲由所述LNG燃料發電機供電加熱。所述自增壓蒸發器的輸出端通過閥門和管道分別連回所述LNG燃料儲罐和連至所述LNG加熱器。

此外，最優方式下，所述LNG燃料儲罐為LNG真空雙壁儲罐；所述LNG真空雙壁儲罐頂部設置了帶有加注閥的加注管線和帶有回氣閥的回氣管線；所述自增壓蒸發器的輸出端連接至所述回氣管線。

基於上述原理，本發明還提供了一種適合船舶使用的LNG燃料和太陽能聯合式移動岸基供電貨櫃，標準貨櫃分為上下兩層的，下層容納有所述LNG真空雙壁儲罐；上層箱體取一個對角線平面設置太陽能基板，並向上和向下延展；在與所述貨櫃交界位置通過鉸接軸設置成閉合/展開結構；閉合狀態下，所述太陽能基板位於所述貨櫃外部的部分遮蓋在所述貨櫃上表面和側表面下部，使得外部輪廓為一個標準貨櫃；配合所述太陽能基板閉合/展開狀態，所述貨櫃配設鎖定和支撐結構；位於所述太陽能基板下方設置LNG燃料發電機及配套設備和管線，以及太陽能發電設備。

優選方式下，上層箱體面積較大的對角線平面設置太陽能基板。此外，所述太陽能基板靠近所述貨櫃頂部位置設置連接所述水-乙二醇太陽能/電加熱器的長條狀水-乙二醇溶液儲箱。

本發明實現上述方案的一種實施方式為：LNG燃料發電所需的配套設備和管線包括配電設備、蓄電池和供電接口，以及LNG燃料發電所需的蒸發、加熱設備。所述LNG燃料發電所需的蒸發、加熱設備包括位於所述LNG燃料儲罐與所述LNG燃料發電機之間通過管道和閥門連接的自增壓蒸發器和LNG蒸發器；所述LNG蒸發器的輸出端連接了LNG加熱器，所述LNG加熱器連接所述LNG燃料發電機用於LNG發電；所述自增壓蒸發器、LNG加熱器、LNG蒸發器的熱交換介質為由所述水-乙二醇溶液儲箱貯存的水-乙二醇；所述自增壓蒸發器、LNG加熱器、LNG蒸發器各自的水-乙二醇循環管路連接於一個水-乙二醇太陽能/電加熱器和循環泵中，所述水-乙二醇太陽能/電加熱器包括實現太陽能加熱的真空管以及實現電能加熱的電熱絲，所述電熱絲由所述LNG燃料發電機供電加熱；所述自增壓蒸發器的輸出端通過閥門和管道分別連回所述LNG燃料儲罐和連至所述LNG加熱器。最優方式下，所述LNG燃料儲罐為LNG真空雙壁儲罐；所述LNG真空雙壁儲罐頂部設置了帶有加注閥的加注管線和帶有回氣閥的回氣管線；所述自增壓蒸發器的輸出端連接至所述回氣管線。

本發明採用了標準貨櫃結構不僅為供電系統提供安全保護，又可實現標準化設計生產，系統可移動性好，方便運輸及安裝。採用可摺疊式的太陽能太陽能基板，極大方便整個系統設備的運輸、安裝及運行；太陽能基板可根據太陽方位及光照強度，調整光照角度，提高發電效率；同時可有效遮擋LNG真空雙壁儲罐的熱量傳入，降低夏季貨櫃內溫度和儲罐內的LNG自然蒸發速率。通過太陽能加熱水-乙二醇溶液，以提供LNG蒸發加熱所需熱量，可有效降低電加熱負荷，節約本系統的電能及LNG燃料。通過蓄電池存儲太陽能發電，可降低部分發電機發電負荷，節約本系統的電能及LNG燃料。

本發明一種LNG燃料和太陽能聯合的環保型可移動岸基供電系統，可實現在太陽能充足的條件下，完成電力存儲並提供系統運行所需換熱熱量，可大大減輕LNG燃料發電機的電力輸出負荷，進而減少LNG燃料消耗，實現節能減排的有益效果。以標準40英尺貨櫃框架為例，該系統可配備容積為40000L的LNG真空雙壁儲罐，該儲罐內的18噸LNG可作為一艘貨櫃船靠港時提供岸基供電時長約為60個小時，再加上對太陽能的吸收與轉化，可減輕發電機的供電負荷，使岸基供電時間延長約5～8小時。

同時，該可移動供電系統可多個串聯使用，以提供更持久的供電量，尤其是適合貨櫃船舶靠港提供輔助電力，亦可安裝在船舶甲板上作為船舶的隨船輔助電力源。該系統符合國家最新排放標準的同時，兼顧節能環保，系統運行安全、可靠。

附圖說明

圖1是系統工作原理圖。

圖2是太陽能工作狀態兩塊太陽能基板張開正面示意圖。

圖3是太陽能工作狀態兩塊太陽能基板張開背面示意圖。

圖4是太陽能非工作狀態兩塊太陽能基板閉合示意圖。

圖中，1、加注接口，2、加注閥，3、回氣閥，4、自增壓蒸發器出口閥，5、第二LNG加熱器進口閥，6、LNG蒸發器進口閥，7、LNG真空雙壁儲罐，8、自增壓蒸發器，9、第一LNG加熱器進口閥，10、LNG燃料發電機，11、主閥，12、自增壓蒸發器進口閥，13、LNG加熱器，14、LNG蒸發器，15、水-乙二醇太陽能/電加熱器，16、循環泵，17、配電板，18、其他電力輸出接口，19、循環泵電機，20、照明設備，21、真空管，22、太陽能，23太陽能基板，24、蓄電池，25、系統控制櫃，26、電熱絲，27、水-乙二醇溶液儲箱，28、標準貨櫃箱框架，29、系統管路。

具體實施方式

1、LNG真空雙壁儲罐加注

如圖1、圖2、圖3所示，LNG真空雙壁儲罐7布置於雙層貨櫃框架28的下層，加注時，同時打開加注閥2和回氣閥3，然後向加注接口1處加注LNG液體，從而實現對LNG真空雙壁儲罐的LNG液體充裝加注和罐內多餘蒸發氣體回流，保證罐內氣壓平衡，儲罐充裝加注完成後，關閉加注閥2和回氣閥3。

2、LNG燃料發電機燃料供給

首先打開主閥11，然後打開自增壓蒸發器進口閥12與出口閥4，LNG經重力流經自增壓蒸發器8，由液態LNG換熱轉換為氣態天然氣，並返回LNG真空雙壁儲罐7內，儲罐內氣壓升高；

儲罐內氣壓升高至一定壓力後，LNG蒸發器進口閥6開啟，儲罐內LNG在罐內壓力作用下流入LNG蒸發器14，吸熱轉換為低溫天然氣體；

由LNG蒸發器14輸出的低溫天然氣體經第一LNG加熱器進口閥9進入LNG加熱器13，被加熱至LNG燃料發電機10所需的進氣溫度，供LNG燃料發電機10發電使用。

當LNG真空雙壁儲罐7內的壓力過高時，自增壓蒸發器出口閥4關閉，第二LNG加熱器進口閥5打開，將罐內天然氣通過LNG加熱器13加熱輸送至LNG燃料發電機10作為燃料供給，同時也可降低儲罐內的壓力，保證儲罐系統的安全運行。

3蒸發器和加熱器的換熱

如圖1所示，自增壓蒸發器8、LNG蒸發器14、LNG加熱器13換熱介質為水-乙二醇溶液，通過被加熱的水-乙二醇溶液與低溫LNG或低溫天然氣體換熱，實現LNG蒸發及低溫天然氣體加熱的換熱過程。換熱後，水-乙二醇被LNG和低溫天然氣體的冷能冷卻。

如圖1—圖4所示，當光照充足時，水-乙二醇太陽能/電加熱器15可通過真空管21吸收太陽能22將水-乙二醇溶液加熱，通過循環泵16循環至自增壓蒸發器8、LNG蒸發器14、LNG加熱器13等完成熱量交換。

當光照不充足時，LNG燃料發電機輸出電力經配電板17分配至水-乙二醇太陽能/電加熱器15，水-乙二醇溶液儲箱內設置電熱絲26，在配電板17輸送的電力作用下將水-乙二醇溶液加熱，通過循環水泵16循環至自增壓蒸發器8、LNG蒸發器14、LNG加熱器13等完成熱量交換。

太陽能加熱及電加熱亦可同時工作，以滿足較大的發電機的天然氣需求所引起的換熱量需求增大的問題。

4、太陽能發電利用及存儲

太陽能太陽能基板23輸出電能以及配電板17分配的發電機輸出電能可儲存至蓄電池24中，以備系統控制櫃25及照明設備20使用，減少LNG燃料發電機10的供電負荷。

5、LNG燃料發電機輸出電能

LNG燃料發電機10產生電能，經配電板分配至水-乙二醇太陽能/電加熱器15、照明裝置20、循環泵電機19以及其他電力輸出接口18，尤其是可作為船舶靠港時使用的輔助電力；產生的多餘電力可儲存至蓄電池24。

6、系統結構

如圖1—圖4所示，LNG燃料和太陽能聯合的環保型可移動岸基供電系統分上下兩層標準貨櫃結構。LNG真空雙壁罐7、自增壓蒸發器8、系統控制櫃等位於下層箱體結構內；水-乙二醇太陽能/電加熱器15、LNG蒸發器14、LNG加熱器13、LNG燃料發電機10、蓄電池24等供電系統以及循環泵16、配電板17等位於上層箱體結構內。

上層貨櫃結構配備可摺疊式太陽能太陽能基板23，在吊裝和運輸等非工作過程中處於摺疊狀態；在陽光充足的工作狀態下可展開，並根據光照調整其角度，作為太陽能發電使用。

水-乙二醇太陽能/電加熱器15在光照充足時可通過太陽能加熱，光照不充足時可通過電加熱；在LNG換熱量需求過大時，兩種加熱方式可同時進行；加熱介質為水-乙二醇溶液。

光照充足時，蓄電池可存儲太陽能太陽能基板發電產生的電能，供系統控制櫃25、系統照明設備20等使用。

陽光充足時，太陽能太陽能基板及水-乙二醇太陽能/電加熱器處於工作狀態，太陽能基板張開至合理角度，太陽能系統充分利用太陽能量完成輔助電力產生及存儲；若LNG燃料發電機運行，太陽能系統可提供LNG蒸發加熱所需部分熱能。同時，由於太陽能基板及水-乙二醇太陽能/電加熱器的遮擋，可有效降低儲罐熱量透入，減少儲罐內蒸發氣體產生，提高儲罐安全性。

陽光不充足時，太陽能太陽能基板及水-乙二醇太陽能/電加熱器處於非工作狀態，太陽能基板閉合。此時LNG燃料發電機若處於工作狀態，可依靠發電機消耗儲罐內LNG發電，提供電力供應以及LNG蒸發加熱所需的全部熱能。太陽能太陽能基板閉合狀態系統示意圖如圖4所示。

本發明一種LNG燃料和太陽能聯合的環保型可移動岸基供電系統，其目的在於使船舶靠港的排放滿足《珠三角、長三角、環渤海(京津冀)水域船舶排放控制區實施方案》要求，同時降低其運營成本。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。