能装置10 (储能装置10包括超级电容10-1和蓄电池10-2)，储能装置10经双向DC/DC变换器11-1与直流电网1-2连接，新能源发电装置9产生的电能稳压后汇入直流电网1-2或者直流电网1-2为储能装置10提供电能。
[0030]本实施例中，双燃料发电装置5包括相互连接的双燃料发动机5-1和发电机5-2，双燃料发动机5-1与天然气储罐6-1连通，发电机5-2与交流电网1-1连接，双燃料发动机
5-1驱动发电机5-2发电，为交流电网1-1提供电能。
[0031 ] 本实施例中，电力推进装置2包括第一推进装置和第二推进装置，第一推进装置包括第一变频器2-1、第一推进电机3-1及第一螺旋桨4-1 ;第二推进装置包括第二变频器2-2、第二推进电机3-2及第二螺旋桨4-2 ;通过从交流电网1-1获得的电能驱动第一推进电机3-1、第一推进电机3-2分别带动第一螺旋桨4-1、第二螺旋桨4-2，推动船舶航行，其中通过第一变频器2-1、第二变频器2-2分别控制第一推进电机3-1、第二推进电机3-2的转速，从而控制船舶的运行速度。
[0032]本热电联供系统的工作原理是:天然气储罐6-1中的部分天然气进入双燃料发电装置5发电，为交流电网1-1提供电能；天然气储罐6-1中的另一部分天然气通过脱硫器
6-2脱硫后与水蒸气发生器6-3产生的水蒸气一起进入重整器6-4，在重整器6-4中反应后产生富含氢气的合成气，合成气经由变压吸附器6-5提纯得到高纯度氢气，和空气一起进入质子膜燃料发电装置7进行发电，经单向DC/DC变换器7-2转换后给电加热器8-2供电，或通过双向DC/DC11-1变换器向储能装置10充电，或再次通过DC/AC变换器11_2给交流电网1-1供电；变压吸附器6-5中产生的反应尾气进入尾气燃烧器6-6进行燃烧，燃烧后，燃烧尾气引入重整器6-4，重整器6-4中的燃烧尾气携带废热以及质子膜燃料电池7-1产生的废热均被引入水蒸气发生器6-3产生水蒸气，接着燃烧废气引入换热器8-5中交换热量后排出，换热器8-5中的热量引入储热罐8-1，如图2所示；储热罐8-1收集热量，通过备用锅炉8-4为船舶提供热能，当储热罐8-1中的热量不足时，可通过电加热器8-2加热，满足船舶的热量需求，当储热罐8-1中废热超过储热罐8-1的容量时，部分热量将通过散热器8-3释放到大气中或被引入供居住舱室供取暖用；新能源发电装置9产生的电能储存到储能装置10，储能装置10通过双向DC/DC变换器11-1与直流电网1-2相连，给储热罐8_1中的电加热器8-2供电，或是通过质子膜燃料发电装置7-1产生的电能给储能装置10充电，或再次通过DC/AC变换器11-2转换后，为交流电网1-1提供电能。
[0033]本发明提供的一种清洁能源混合动力船舶热电联供方法:当船舶热电负荷较低，采用新能源发电装置9能满足船舶的热电需求时，仅启动新能源发电装置9发电，并供电给电加热器8-2加热，提供热量；当船舶热电负荷增加到仅启动新能源发电装置9满足不了船舶的热电需求时，同时启动质子膜燃料发电装置7共同发电，根据储能装置10的电量状态决定是否给储能装置10充电，同时储热罐8-1储存热量，当储热罐8-1中的热量不足时，则通过质子膜燃料发电装置7或储能装置10供电给电加热器8-2加热，提高热量；当船舶热电负荷继续增加到同时启动新能源发电装置7和质子膜燃料发电装置7均不能满足船舶的热电需求时，则同时启动双燃料发电装置5作为船舶的主要动力源，为船舶推进提供动力，新能源发电装置9和质子膜燃料发电装置7为辅助动力源，为船舶提供热量和少量的电能。
[0034]本实施例中，将新能源发电装置9(太阳能发电装置9-1和风能发电装置9-2)视为第一级能源，质子膜燃料发电装置7作为为第二级能源，双燃料发电装置5作为第三级能源，热电联供方法的流程图如图3所示。
[0035]当船舶热电负荷较低时，启动第一级能源通过双向DC/DC变换器11-1和DC/AC变换器11-2为船舶提供电能，通过双向DC/DC变换器11-1给储热罐8-1中的电加热器8_2加热，为船舶提供热量；当船舶热电负荷增加，仅启用第一级能源不能满足船舶的热电需求时，同时启用第二级能源，即通过质子膜燃料发电装置7和新能源发电装置9共同为船舶提供电能，同时根据储能装置10的电量状态决定是否给储能装置10充电，此时，第一级能源通过双向DC/DC变换器11-1与直流电网1-2相连，第二级能源通过单向DC/DC变换器7_2与直流电网1-2相连，直流电网1-2给储热罐8-1中的电加热器8-2加热，或通过双向DC/DC变换器11-1给储能装置10充电，或通过DC/AC变换器11_2为船舶提供电能，此外第二级能源所产生的废热也用于给储热罐8-1加热，储热罐8-1汇集热量来满足船舶的热力需求；当船舶热电负荷继续增加，同时启用第一级能源和第二级能源都无法满足船舶的热电需求时，则同时启动第三级能源，第三级能源为船舶的主要动力源，为船舶推进提供动力，第一级能源和第二级能源作为辅助动力源，为船舶提供热量和少量的电能，其中第一级能源通过双向DC/DC变换器11-1给储热罐8-1中的电加热器8-2加热，第二级能源通过单向DC/DC变换器7-2供电给直流电网1-2，直流电网1-2给电加热器8-2供电加热，或通过DC/AC变换器11-2为船舶提供电能，此外，第二级能源所产生的废热也用于给储热罐8-1加热，储热罐8-1为船舶提供热量。
【主权项】
1.一种清洁能源混合动力船舶热电联供系统，包括交流电网以及与交流电网连接的双燃料发电装置和电力推进装置，其特征在于， 联供系统还包括供热系统、天然气重整装置、直流电网以及均分别与直流电网相连的新能源发电装置、质子膜燃料发电装置；直流电网通过DC/AC变换器与交流电网相连；所述供热系统包括储热罐，储热罐内设置有电加热器，电加热器与直流电网相连；所述双燃料发电装置、质子膜燃料发电装置以及储热罐分别与天然气重整装置连通。2.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述天然气重整装置包括水蒸气发生器以及依次连通的天然气储罐、脱硫器、重整器和变压吸附器，水蒸气发生器与重整器连通；所述双燃料发电装置与天然气储罐连通，所述储热罐与水蒸气发生器连通，所述质子膜燃料发电装置分别与变压吸附器和水蒸气发生器连通。3.如权利要求2所述的热电联供系统，其特征在于，所述变压吸附器连通有尾气燃烧器，尾气燃烧器与重整器连通。4.如权利要求3所述的热电联供系统，其特征在于，水蒸气发生器与储热罐的连通管道上安设有换热器，换热器与尾气燃烧器连通。5.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述储热罐与散热器、备用锅炉连通。6.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述质子膜燃料发电装置包括质子膜燃料电池和单向DC/DC变换器，质子膜燃料电池经单向DC/DC变换器与直流电网连接，质子膜燃料电池输出的电能经单向DC/DC变换器稳压后汇入直流电网。7.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述新能源发电装置连接有储能装置，储能装置经双向DC/DC变换器与直流电网连接。8.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述新能源发电装置包括太阳能发电装置和风能发电装置。9.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述双燃料发电装置包括相互连接的双燃料发动机和发电机，所述双燃料发动机与天然气重整装置连通，所述发电机与交流电网连接，发电机输出电能汇入交流电网。10.一种清洁能源混合动力船舶热电联供方法，其特征在于， 当船舶热电负荷较低时，即采用新能源发电装置能满足船舶的热电需求时，仅启动新能源发电装置供电，并供电给电加热器加热，提供热量； 当船舶热电负荷增加到仅启动新能源发电装置满足不了船舶的热电需求时，同时启动质子膜燃料发电装置共同发电，根据储能装置的电量状态决定是否给储能装置充电，同时储热罐提供热量，当储热罐中的热量不足时，通过质子膜燃料发电装置或储能装置供电给电加热器加热，提高热量； 当船舶热电负荷继续增加到同时启动新能源发电装置和质子膜燃料发电装置均不能满足船舶的热电需求时，则启动双燃料发电装置作为船舶的主要动力源，为船舶推进提供动力，新能源发电装置和质子膜燃料发电装置为辅助动力源，为船舶提供热量和少量的电會K。
【专利摘要】本发明公开了一种清洁能源混合动力船舶热电联供系统，包括交流电网以及与交流电网连接的双燃料发电装置和电力推进装置，联供系统还包括供热系统、天然气重整装置、直流电网以及均分别与直流电网相连的新能源发电装置、质子膜燃料发电装置；直流电网通过DC/AC变换器与交流电网相连；供热系统包括储热罐，储热罐内设置有电加热器，电加热器与直流电网相连；双燃料发电装置、质子膜燃料发电装置以及储热罐分别与天然气重整装置连通。本发明还公开了一种热电联供方法。本发明克服了船舶电力推进装置对常规能源的依赖，将多种发电技术进行有机的结合，相辅相成，不仅实现了热电联供，还保证了能源供给的可靠性，节能环保。
【IPC分类】H02J3/38, F02B63/04
【公开号】CN104975943
【申请号】CN201510276331
【发明人】袁裕鹏, 王凯, 唐道贵, 严新平
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月27日