基于REGR的船舶气电混合动力系统及其控制方法

基于regr的船舶气电混合动力系统及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种基于regr的船舶气电混合动力系统及其控制方法。


背景技术：

2.在全球能源日益减少，对船舶排放特别是碳排放日益严格，寻求替代能源和减少污染物排放成为了全球船舶推进方式改变的热门问题。目前，船舶主动力装置大多为柴油发动机，柴油燃烧温室气体排放较为严重，天然气作为一种含碳量较低的燃料，已经成熟运用于汽车；氨燃料不含碳元素，完全燃烧只产生清洁无污染的水和氮气，且其含氢量高，目前已有广泛使用的基础设施。由于相同排量气体机与柴油机相比，无论在功率和扭矩上都有较大差距。纯电力推进作为未来船舶动力发展的趋势，具有高全寿命费用更低、使用可靠性高、舱室环境更舒适、有效仓容更大以及操纵性更强的优势。但是，纯电力推进系统初期投资成本较高，能量转换损耗高，储能电池容量受限等原因，使得现阶段纯电动船舶不能达到民用远洋船舶对高性能的速度、加速度以及自控性的要求。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于regr的船舶气电混合动力系统及其控制方法，能够有效降低能量损耗量。
4.一方面，本发明实施例提供了一种基于regr的船舶气电混合动力系统，包括：
5.发电机组模块，所述发电机组模块用于提供第一工作能源；
6.电解槽，所述电解槽的电源端与所述发电机组模块连接，所述电解槽用于电解水产生氢气；
7.储气罐，所述储气罐用于存储燃气；
8.发动机，所述发动机的氢气输入端通过氢气管路与所述电解槽的氢气输出端连接；所述发动机的燃气输入端通过第一燃气管路与所述储气罐的燃气输出端连接；所述发动机用于根据所述电解槽输出的氢气和所述储气罐输出的燃气生成第二工作能源；
9.regr部件，所述regr部件的燃气输入端通过第二燃气管路与所述第一燃气管路连接；所述regr部件的废气输入端通过废气管路与所述发动机的废气输出端连接；所述regr部件的重整气输出端通过重整气管路与所述发动机的氢气输入端连接；
10.流量控制部件，所述流量控制部件包括燃气流量控制器、废气流量控制器、重整气流量控制器和氢气流量控制器；所述燃气流量控制器设置于所述第二燃气管路上，用于调节流入所述regr部件的燃气量；所述废气流量控制器设置于所述废气管路上，用于调节流入所述regr部件的废气量；所述重整气流量控制器设置于所述重整气管路上，用于调节流入所述发动机的重整气量；所述氢气流量控制器设置于所述氢气管路上，用于调节流入所述发动机的氢气量；
11.可逆电机，所述可逆电机的电源端分别与所述发电机组模块和所述发动机连接，
用于根据所述发电机组模块提供的第一工作能源和/或所述发动机提供的第二工作能源驱动船舶的运动状态。
12.在一些实施例中，所述系统还包括储能部件，所述储能部件与所述发电机组模块连接，用于存储所述船舶运动过程中的剩余电能。
13.在一些实施例中，所述系统还包括第一变频部件、第二变频部件、第一变压器和第二变压器；所述储能部件包括蓄电池和超级电容；所述蓄电池通过所述第一变频部件与所述第一变压器连接，所述第一变压器与所述电解槽的电源端连接；所述超级电容通过所述第二变频部件与所述第二变压器连接，所述第二变压器与所述电解槽的电源端连接。
14.在一些实施例中，所述可逆电机包括第一可逆电机和第二可逆电机；所述系统还包括第一离合器和第二离合器；所述第一可逆电机通过所述第一离合器与船舶上的齿轮箱连接；所述第二可逆电机通过所述第二离合器与船舶上的齿轮箱连接。
15.在一些实施例中，所述系统还包括第三变压器和第四变压器，所述第一可逆电机通过所述第三变压器与所述发电机组模块连接；所述第二可逆电机通过第四变压器与所述发电机组模块连接。
16.在一些实施例中，所述系统还包括减压阀，所述减压阀设置于所述第一燃气管路上，用于调节第一燃气管路上的燃气压力大小。
17.在一些实施例中，所述系统还包括稳压阀，所述稳压阀设置于所述第一燃气管路上，用于调节所述第一燃气管路上的燃气和/或重整气的压力状态。
18.在一些实施例中，所述系统还包括气体气化器，所述气体气化器设置于所述减压阀与所述稳压阀之间的所述第一燃气管路上。
19.在一些实施例中，所述发电机组模块包括若干个发电机组。
20.另一方面，本发明实施例提供了一种应用于所述基于regr的船舶气电混合动力系统的控制方法，包括以下步骤：
21.获取船舶负载信息；
22.获取发动机的启动信号；
23.根据所述启动信号控制电解槽执行电解水操作，控制燃气流量控制器处于打开状态，同时控制废气流量控制器、重整气流量控制器和氢气流量控制器处于关闭状态；
24.获取重整器的实时温度；
25.确定所述实时温度大于预设温度，控制废气流量控制器、重整气流量控制器和氢气流量控制器从关闭状态转换为打开状态；
26.其中，所述燃气流量控制器和所述重整气流量控制器的开度大小通过所述船舶负载信息调节。
27.本发明实施例提供的一种基于regr的船舶气电混合动力系统，具有如下有益效果：
28.本实施例通过增设电解槽和regr部件，从而利用电解槽电解水产生氢气，使得发动机可以更好的燃烧储气罐输出的燃气；同时可以利用regr部件将发动机产生的废气与储气罐输出的燃气进行重整，以产生富含氢气的混合气，使得发动机也可以根据混合气产生工作能源，从而使得发动机间接重复利用了其自身产生的废气，减少废气排放；进一步地，还可以通过增设的流量控制部件调节燃气流量、氢气流量和废气流量的大小，从而更好的
调节电解槽和regr部件的工作状态，以更有效地降低能量损耗；并且，本实施例还可以将发动机与发电机组模块混合提供工作能源，以更好的提供船舶运动所需工作能源，从而使船舶可以达到民用远洋船舶对高性能的速度、加速度以及自控性的要求。
29.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
31.图1为本发明实施例的一种基于regr的船舶气电混合动力系统的结构示意图；
32.图2为本发明实施例的一种基于regr的船舶气电混合动力系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
36.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
37.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
38.参照图1，本发明实施例提供了一种基于regr的船舶气电混合动力系统，包括发电机组模块100、电解槽110、储气罐120、发动机130、regr部件140、流量控制部件和可逆电机。其中，所述发电机组模块100用于提供第一工作能源；所述电解槽110的电源端与所述发电机组模块100连接，所述电解槽110用于电解水产生氢气；所述储气罐120用于存储燃气；所述发动机130的氢气输入端通过氢气管路与所述电解槽110的氢气输出端连接；所述发动机130的燃气输入端通过第一燃气管路与所述储气罐120的燃气输出端连接；所述发动机130用于根据所述电解槽110输出的氢气和所述储气罐120输出的燃气生成第二工作能源；所述
regr部件140的燃气输入端通过第二燃气管路与所述第一燃气管路连接；所述regr部件140的废气输入端通过废气管路与所述发动机130的废气输出端连接；所述regr部件140的重整气输出端通过重整气管路与所述发动机130的氢气输入端连接；所述流量控制部件包括燃气流量控制器151、废气流量控制器152、重整气流量控制器153和氢气流量控制器154；所述燃气流量控制器151设置于所述第二燃气管路上，用于调节流入所述regr部件140的燃气量；所述废气流量控制器152设置于所述废气管路上，用于调节流入所述regr部件140的废气量；所述重整气流量控制器153设置于所述重整气管路上，用于调节流入所述发动机130的重整气量；所述氢气流量控制器154设置于所述氢气管路上，用于调节流入所述发动机130的氢气量；所述可逆电机的电源端分别与所述发电机组模块100和所述发动机130连接，用于根据所述发电机组模块100提供的第一工作能源和/或所述发动机130提供的第二工作能源驱动船舶的运动状态。
39.在本实施例中，regr(reformed exhaust gas recirculation)部件是废气-燃料重整再循环部件，其能将一种燃料和尾气通过特定的重整器后产生富氢混合气，具有节能减排，改善发动机性能等作用。所述发电机组模块包括若干个发电机组，例如包括3个发电机组，3个发电机组分别为第一发电机组101、第二发电机组102和第三发电机组103，每个发电机组可以用于为不同的功能部件提供工作电能。
40.在本技术实施例的工作过程中，当船舶需要工作时，可以通过发电机组模块向可逆电机提供第一工作电源，以使可逆电机带动船舶上的齿轮箱工作，从而驱动螺旋桨工作，维持船舶的正常运行过程。在船舶需要大功率推力时，可以通过船舶上控制部件控制电解槽进行工作，电解槽电解产生氢气后，通过氢气管路将氢气输送到发动机上，以满足发动机启动过程中所需引燃燃气的氢气供给量，同时，发动机通过第一燃气管路从储气罐获取燃气，例如获取氨气，结合氢气燃烧产生工作能源作为第二工作能源，从而使得发动机可以通过燃烧燃气进一步为可逆电机提供工作能源，以满足船舶的长途运输功能。在发动机燃烧燃气时，会产生一定的废气，在regr部件的温度达到废气重整温度后，可以控制regr部件进行废气重整过程，即控制打开燃气流量控制器、废气流量控制器和重整气流量控制器，使燃气和废气一起进入到regr部件内进行重整后，得到富含氢气的燃气和废气混合气体，再通过第二燃气管路将混合气体输送到发动机内进行废气利用，从而提高废气利用率，降低损耗。在这个废气重整过程中，重整气流量控制器和氢气流量控制器的开度可以根据当前负载进行调整。
41.在一些实施例中，所述系统还包括储能部件，所述储能部件与所述发电机组模块100连接，用于存储所述船舶运动过程中的剩余电能。具体地，本实施例的储能部件可以存储船舶运动过程中，发动部件产生的多余电能，例如，发动机组模块产生的多余电能，将多余电能存储起来，可以在特殊情况下用于维持船舶的工作过程，例如照明、短距离的运行等。
42.在一些实施例中，所述系统还包括第一变频部件171、第二变频部件172、第一变压器175和第二变压器176；所述储能部件包括蓄电池181和超级电容182；所述蓄电池181通过所述第一变频部件171与所述第一变压器175连接，所述第一变压器175与所述电解槽110的电源端连接；所述超级电容182通过所述第二变频部件172与所述第二变压器176连接，所述第二变压器176与所述电解槽110的电源端连接。可以理解的是，本实施例通过采用两种不
同的储能部件，以扩宽多种储能方式。同时，通过设置变频部件，使得储能部件输出的电能频率符合船舶所需电能的频率，并且，通过设置变压器，使得变频后的电能大小能满足船舶所需电能的大小。
43.在一些实施例中，所述可逆电机包括第一可逆电机161和第二可逆电机162；所述系统还包括第一离合器163和第二离合器164；所述第一可逆电机161通过所述第一离合器163与船舶上的齿轮箱191连接；所述第二可逆电机162通过所述第二离合器164与船舶上的齿轮箱191连接，所述齿轮箱191与船舶上的螺旋桨192连接。可以理解的是，本实施例通过设置两个可逆电机，以更好的维持船舶的运行过程。并通过在可逆电机和船舶上的齿轮箱之间设置对应的离合器，以利用离合器的特性，有效控制齿轮箱的工作状态，从而维持船舶的温度运行状态。
44.在一些实施例中，所述系统还包括第三变压器173和第四变压器174，所述第一可逆电机161通过所述第三变压器173与所述发电机组模块100连接；所述第二可逆电机162通过第四变压器174与所述发电机组模块100连接。可以理解的是，本实施例通过在可逆电机和发电机组模块之间设置对应的变压器，以是发电机组模块输出到可逆电机上的电能大小符合发电机所需电能的大小，以更好的控制可逆电机的工作状态。
45.在一些实施例中，所述系统还包括减压阀155、稳压阀157和气体气化器156，所述减压阀155设置于所述第一燃气管路上，用于调节第一燃气管路上的燃气压力大小，即调节储气罐120输出到发动机130或regr部件140上的燃气压力大小；所述稳压阀157设置于所述第一燃气管路上，用于调节所述第一燃气管路上的燃气和/或重整气的压力状态；所述气体气化器156设置于所述减压阀155与所述稳压阀157之间的所述第一燃气管路上，用于将储气罐120输出的燃气进一步气化，以使进入到发动机130的燃气可以燃烧的更充分。
46.参照图2，本发明实施例提供了一种应用于图1所示的基于regr的船舶气电混合动力系统的控制方法，包括但不限于以下步骤：
47.步骤210、获取船舶负载信息；
48.步骤220、获取发动机的启动信号；
49.步骤230、根据所述启动信号控制电解槽执行电解水操作，控制燃气流量控制器处于打开状态，同时控制废气流量控制器、重整气流量控制器和氢气流量控制器处于关闭状态；
50.步骤240、获取重整器的实时温度；
51.步骤250、确定所述实时温度大于预设温度，控制废气流量控制器、重整气流量控制器和氢气流量控制器从关闭状态转换为打开状态；
52.其中，所述燃气流量控制器和所述重整气流量控制器的开度大小通过所述船舶负载信息调节。具体地，当船舶负载较大时，则需要较大的发动机功率，此时，则可以调大燃气流量控制器的开度；当船舶负载较小时，则需要较小的发动机功率，此时，则可以调大重整气流量控制器的开度。
53.本发明系统实施例的内容均适用于本方法实施例，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统达到的有益效果也相同。
54.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作
出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。