一种液氢运输船综合利用BOG和太阳能的系统及方法与流程

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的系统及方法。

背景技术：

随着世界范围内对能源需求的不断增长和化石能源造成的环境污染问题的不断加重，新型的清洁能源的开发和利用愈发引起人们的关注。在众多的新型能源中，氢能因其来源多样、利用高效、清洁环保等优点逐渐成为人们关注的重点。

21世纪以来，发达国家争相出台氢能技术发展规划，以便在未来的新能源竞争中占据主动权。我国也高度重视氢能的发展，提出了“实现大规模、低成本氢气制取、存储、运输、应用一体化”的战略目标。截至2018年底，世界范围内已建成加氢站369座，其中我国已建成加氢站23座，占比约6％。由于世界范围内能源分布不均，所以在氢能的利用过程中，氢的储存和运输成为了较为关键的环节。氢的储存和运输有多种方式，其中液氢运输具有成本低、运输量大、纯度高、适合长距离运输等优势逐渐被人们所应用。液氢是由氢气经过降温而得到的液体，是一种无色、无味的高能低温液体燃料。液氢在一个大气压下的正常氢沸点为-252.78℃，凝固点为-259.19℃，密度为70.85kg/m³，也正是由于液氢的储存温度极低，所以液氢的海运技术显得尤为重要。

液氢运输船运输液氢时，采用液氢储罐进行运输，但由于液氢的温度极低，运输时无法做到完全隔绝外部热量的进入，再加上储罐所能承受的压力较小，所以液氢即使是吸收较少的热量，也不可避免的会发生气化，产生少量蒸发气(boiledoffgas，简称bog)，bog气体密度低，在储罐中不断产生会造成储罐压力持续上升，如果对bog不进行有效的处理，将会导致严重的安全隐患，因此，如何解决船舶液氢储罐的绝热技术和如何利用已经产生的bog成为液氢海上运输过程中亟待解决的问题。

此外，随着国际海事组织等对船舶的排放要求不断提高，氢能等清洁能源在船舶上的应用显得愈发重要。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，其在船舶领域的应用主要通过燃料电池，燃料电池相比于传统的热力机械，具有能量转换效率高，产物无污染，噪声及振动低等诸多优势，其在船舶行业的应用可有效降低碳排放、减少噪音和水污染，未来氢燃料电池在船舶上的应用将成为主流。而氢燃料电池所用的原料便是氢气，因此，若是能够将产生的bog用于液氢运输船上的燃料电池，将能解决液氢运输过程中bog的处理问题。

除此之外，液氢在储运的过程中，储罐中液氢所吸收的热量有很大一部分是通过热辐射获取的，若是能够减少液氢储罐直接光照的面积，用太阳能电池板覆在液氢储罐的表面，不仅能够减少bog的产生，而且能够将太阳能进行利用，一举两得。

技术实现要素：

本发明针对上述所提到的问题，提出了一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的系统及方法。

本发明的第一个目的是提出了一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的系统，该系统主要包括：液氢储罐、气相出口、氢燃料电池单元、配电单元、推进电机、螺旋桨、太阳能电池板、柴油机、发电机。

其中，所述气相出口位于液氢储罐的上部，经管道与氢燃料电池单元相连通。

所述太阳能电池板覆在液氢储罐暴露在外界部分的表面。所述氢燃料电池单元可以利用产生的bog也即氢气进行发电。

柴油机发电单元由所述柴油机和发电机共同组成，柴油机可以带动发电机发电。

所述配电单元的作用是将氢燃料电池单元、太阳能电池板和柴油机发电单元三个发电单元的电力进行并网。

在该系统中，液氢储罐中产生的bog从气相出口流出，经由氢燃料电池单元，氢气在氢燃料电池单元中与氧气发生反应，产生的电能并被送入船舶的配电单元；覆在液氢储罐表面的太阳能电池板吸收了液氢储罐上的太阳能，将太阳能转化为电能，与此同时，太阳能电池板隔绝了太阳光的直接照射，降低了液氢储罐的表面温度，进而降低了外界对液氢储罐的渗入热，同样，太阳能电池板所产生的电能也被送入船舶的配电单元；柴油机作为发电单元，其燃料燃烧所产生的能量带动发电机发电，进而将产生的电能送入船舶的配电单元，弥补上述氢燃料发电单元和太阳能电池板产生电能的不足。

船舶的配电单元实现了三个发电单元的并网、整流，能够带动推进电机工作，最终通过传动轴带动船舶螺旋桨转动，推动船舶航行。

本发明的第二个目的是基于上述的系统，提出了一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的方法。

该方法主要是提出了一种电能供给原则，即：柴油机发电单元是根据太阳能电池板、氢燃料电池单元所产生的电能来控制向配电单元的输出电能，在本方法中，优先选用太阳能电池板所产生的电能为船舶提供动力，若是太阳能电池板产生的电能相对不足，则再加上氢燃料电池单元所产生的电能为船舶的航行提供动力，最后，当太阳能电池板、氢燃料电池单元产生的电能都不能满足船舶航行的需要时，则由柴油机发电单元补充船舶所需电能。

本发明的有益效果：

1.本发明系统将液氢储罐产生的bog用于氢燃料电池的发电，解决了船舶液氢储罐bog的处理问题，更重要的是，本发明系统可直接利用氢燃料电池产生的电力为船船舶提供动力，大大节省了船舶的燃料成本，使得船舶拥有更好的经济性。

2.本发明系统不仅通过太阳能电池板降低了船舶液氢储罐的bog的产生量，增加了液氢的运输量，解决了液氢储罐隔热技术的难题，而且利用太阳能产生电能，为船舶的航行提供动力，减少了船舶对化石燃料的燃烧，降低了船舶的排放。

3.本发明系统方法简单，易于实现，利用了来源广泛、清洁环保的氢能，发展前景广阔，且本发明中船舶使用电力推进，提高了船舶的灵活性和操纵性。

附图说明

图1是本发明系统的系统图

图2是本发明系统安装在船舶上的示意图

1.液氢储罐；2.气相出口；3.氢燃料电池单元；4.配电单元；5.推进电机；6.螺旋桨；7.太阳能电池板；8.柴油机；9.发电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1，一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的系统，该系统主要包括：液氢储罐(1)、气相出口(2)、氢燃料电池单元(3)、配电单元(4)、推进电机(5)、螺旋桨(6)、太阳能电池板(7)、柴油机(8)、发电机(9)。

其中，所述气相出口(2)位于液氢储罐(1)的上部，经管道与氢燃料电池单元(3)相连通。氢燃料电池单元(3)可以利用产生的bog也即氢气进行发电。

如图2，所述太阳能电池板(7)覆在液氢储罐(1)暴露在外界部分的表面。不仅能够将太阳能转化为电能，而且可以隔绝太阳光的直接照射，从而降低了液氢储罐(1)的表面温度，减少了外界对液氢储罐(1)的渗入热，进而降低了bog的产生量。

柴油机发电单元由所述柴油机(8)和发电机(9)共同组成，柴油机(8)可以带动发电机(9)发电。

所述配电单元(4)能够将氢燃料电池单元(3)、太阳能电池板(7)和柴油机发电单元三个发电单元的电力进行并网。

在该系统中，液氢储罐(1)中产生的bog从气相出口(2)流出，经由氢燃料电池单元(3)，氢气在氢燃料电池单元(3)中与氧气发生反应，产生电能并被送入船舶的配电单元(4)；覆在液氢储罐(1)表面的太阳能电池(7)板吸收了液氢储罐(1)上的太阳能，将太阳能转化为电能，同时太阳能电池板(7)隔绝了太阳光的直接照射，降低了液氢储罐(1)的表面温度，进而降低了外界对液氢储罐(1)的渗入热，同样，太阳能电池板(7)所产生的电能也被送入船舶的配电单元(4)；柴油机(8)作为发电单元，其燃料燃烧所产生的能量能够带动发电机(9)发电，进而将产生的电能送入船舶的配电单元(4)，弥补上述氢燃料发电单元(3)和太阳能电池板(7)产生的电能的不足。

船舶的配电单元(4)实现三个发电单元的并网、整流，带动推进电机(5)工作，最终通过传动轴带动船舶螺旋桨(6)转动，进而推动船舶航行。

一种液氢运输船综合利用bog和太阳能的方法，该方法是根据太阳能电池板(7)、氢燃料电池单元(3)所产生的电能来控制柴油机发电单元输向配电单元(4)的电能。

具体方法如下：

当船舶在海洋中航行时，优先选用太阳能电池板(7)所产生的电能为船舶提供动力，若是太阳能电池板(7)产生的电能相对不足，则再加上氢燃料电池单元(3)所产生的电能为船舶的航行提供动力，利用不易处理的bog，最后，当太阳能电池板(7)、氢燃料电池单元(3)产生的电能都不能满足船舶航行的需要时，则由柴油机发电单元补充船舶所需电能。

上述的电能供给原则中优先选用太阳能电池板(7)所产生的电能是由于太阳能取之不尽，其利用不需增加额外的费用，且及时利用太阳能电池板(7)所产生的电能也不用增设额外的储能设备；接着选用氢燃料电池单元(3)所产生的电能是由于氢燃料电池单元(3)不仅可以解决bog的处理问题，而且不会对周围环境产生任何污染；最后采用柴油机发电单元所产生的电能是为了尽可能降低柴油机的燃料消耗量，最大化减少船舶的燃料费用，同样还可以降低对周围环境的污染。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。