一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，包括船体，船体上设有发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件、推进器部件和控制管理部件；发电部件及储能部件和配供电部件相连接，配供电部件与推进部件和推进器部件相连接，推进部件与推进器部件相连接，发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件和推进器部件分别与控制管理部件相连接；柴油发电部件和岸电接入部件分别通过转换开关与船舶电力系统采用切换形式连接。储能部件可以进一步提高节能效益，同时弥补电站功率与推进功率提升的时间差问题，并且进一步提高了电网供电的可靠性，且进一步降低耗能成本，提高节能环保效果。
【专利说明】
一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船
技术领域
[0001]本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船。
【背景技术】
[0002]随着第一艘对转桨全回转汽车渡船开始营运，从此，先进的全回转舵桨取代了四桨八舵的常规推进方式，极大地提高了车客渡运的安全性和营运经济效益。近年来，车客渡船的设计及设备制造水平进行了持续提升，但推进方式仍旧采用柴油机机械推进形式。目前一些新型推进方式如电力推进随着相关技术的逐步成熟，开始在内河船舶上推广使用，这也契合了当前船舶推进能源动力方式多样化、倡导节能减排的大趋势。车客渡船的基础船型目前已趋于稳定，采用电力推进技术替代传统机械推进是进一步提升渡运业快速、安全、环保、节能、舒适性的重要方向，尤其是近年来，陆用电动车辆储能技术获得了快速发展，已达到了实用阶段，车客渡船单次航渡距离和总续航力均较小，推进功率一般也在600kW或更小，因此，采用带储能单元混合电力推进技术也是车客渡船电力推进技术发展的重要方向。现有的较为先进的车客渡船推进方式基本上采用的是柴油机加长轴系驱动Z(L)型舵桨的形式，这种机械式Z(L)型驱动方式由于轴系较长，且存在一定的角度布置，需要多组中间轴承及万向联轴器，因而多存在机器处所布置要求较高，占用空间多，传动损失较大，工作噪音、振动也很大等问题。为此，需要一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，解决现有技术中所存在的上述问题，带有储能单元的柴-电全回转电力推进比不带储能单元的柴-电全回转推进，可以进一步提高节能效益，同时弥补电站功率与推进功率提升的时间差问题，并且进一步提高了电网供电的可靠性，且进一步降低耗能成本，提高节能环保效果。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，解决现有技术中所存在的上述问题，带有储能单元可以进一步提高柴-电推进的节能效益，同时弥补电站功率与推进功率提升的时间差问题，并且进一步提高了电网供电的可靠性，而且可以采用岸基充电粧补充电能，从而进一步降低耗能成本，提高节能环保效果，。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，包括船体，船体上设有柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件、推进器部件和控制管理部件;柴油发电部件及储能部件和配供电部件相连接，配供电部件与推进部件和推进器部件相连接，推进部件与推进器部件相连接，柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件和推进器部件分别与控制管理部件相连接;柴油发电部件和岸电接入部件分别通过转换开关与船舶电力系统通过切换形式连接;岸电接入部件在船舶靠泊时接入船舶电力系统，为储能部件充电及为船舶日常供电，此时柴油发电部件不为船舶电力系统供电。
[0005]在以上方案中优选的是，柴油发电部件设为发电机组。
[0006]还可以优选的是，储能部件设为三元材料的动力电池组。
[0007]还可以优选的是，配供电部件设为配电柜。
[0008]还可以优选的是，推进部件设为变频器。
[0009 ]还可以优选的是，推进器部件设为电驱全回转舵桨。
[0010]还可以优选的是，控制管理系统为电站功率管理系统(PMS)和舵桨控制系统。
[0011]还可以优选的是，电驱全回转舵桨设为电力驱动全回转Z型或L型舵桨。
[0012]还可以优选的是，发电机组包括三台柴油发电机。
[0013]还可以优选的是，三台柴油发电机中有一台柴油发电机设为备用发电机。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0015]本发明提供了一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，能够解决现有技术中所存在的以下问题:(I)根据船舶的航速、型线等主要要素，结合阻力推进等水动力学核算，计算出船舶所需推进功率，车客渡船除推进外的其他用电功率很小，主要是控制用电、灯具用电及舱室小型空调用电等，在设计考虑电站功率时应一并计入总发电容量，避免另设发电机组或是主电站功率偏小，给船舶供电带来风险。需综合考虑船舶操纵过程中对推进功率的变化幅度要求，确定发电机组的台数，并制定出相应的并车、解列策略，既保证在网发电机组负荷率最优化，燃烧效率较高，同时避免或降低电网失电的风险；(2)船上用电设备包含大量非线性特性电气设备，电源供给的是正弦波形电压，但由于非线性电气设备具有非线性电压-电流特性，因而在电网中产生了大量谐波。这部分谐波的主要来源是变频器，并且是电网中谐波的主要来源，需要重点抑制、治理。车客渡船电力推进系统采用有源前端(AFE)技术，使配电系统各处(包括主配电板、分电力配电板、电力推进专用汇流排等处)的电压波形的总谐波失真(THD)中国船级社(CCS)规范规定；(3)车客渡船主电网电压选择400V低压系统有利于系统构成和设备选型；(4)研发的车客渡船的自动化控制系统包括电站功率管理系统(PMS)及推进系统控制系统。PMS是电力推进船舶的关键控制系统之一，主要完成发电机组控制和能量管理等功能，保障供电系统为船舶电力推进系统及其它用电设备提供可靠、稳定的电力供应；(5)通过比较、研究分析超级电容器技术、锂电池技术，以及动力锂电池中的磷酸铁锂电池和三元材料电池的能量密度、使用寿命、温度范围、端电压变化、热稳定性、环保性等，选取综合性能优越的三元材料的动力电池组作为储能基本单元，其能量密度符合科技部对动力电池能量密度的发展要求。其具有如下有益效果:(I)采用柴-电加储能模块的混合电力推进技术，是船舶技术上的重要创新；(2)提高了车客渡船的操纵性、抗沉性、安全性、快捷性；(3)提高了车客渡船发动机综合工作效率及长江车客渡运的经济性，控制、改善了船舶的噪音和振动，节能减排效果大大优于柴油机机械推进车客渡船；(4)采用三元材料电池作为储能单元，既可回收发电机组的多余电能，也可以靠岸基充电粧补充电能，是未来车客渡船电力推进系统的发展方向，也可降低后期维护及耗能成本，进一步提高节能环保性。相比于柴-电电力推进船舶，可根据负荷大小选择供电模式，保证所有工况下的燃油经济性，且冗余性好;相比于纯电动船舶，初期投入成本低，且续航能力强。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的电力推进系统结构框图；
[0017]图2为本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的一个实施例的侧视图；
[0018]图3为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的正视图；
[0019]图4为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的甲板平面示意图；
[0020]图5为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的上客舱甲板平面示意图；
[0021]图6为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的桥楼平台甲板示意图；
[0022]图7为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的舱底平面示意图；
[0023]图8为按照图2所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的驾驶甲板平面图；
[0024]图9为本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的另一个实施例的侧视图；
[0025]图10为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的正视图；
[0026]图11为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的甲板平面示意图；
[0027]图12为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的旅客甲板示意图；
[0028]图13为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的舱底平面示意图；
[0029]图14为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的驾驶甲板示意图；
[0030]图15为按照图9所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的居住甲板示意图；
[0031]图16为本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的又一个实施例的侧视图；
[0032]图17为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的正视图；
[0033]图18为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的主甲板平面示意图；
[0034]图19为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的居住甲板示意图；
[0035]图20为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的室外布置简图；
[0036]图21为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的舱底不意图；
[0037]图22为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的驾驶甲板示意图；
[0038]图23为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的桥楼平台甲板示意图；
[0039]图24为按照图16所示实施例的本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船的罗经甲板示意图。
【具体实施方式】
[0040]为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作了详细说明。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以下实施例具有例示性的而没有限制的含义。
[0041 ] 实施例:
[0042]—种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，包括船体，船体上设有柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件、推进器部件和控制管理部件;柴油发电部件及储能部件和配供电部件相连接，配供电部件与推进部件和推进器部件相连接，推进部件与推进器部件相连接，柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件和推进器部件分别与控制管理部件相连接;柴油发电部件和岸电接入部件分别通过转换开关与船舶电力系统通过切换形式连接;岸电接入部件在船舶靠泊时接入船舶电力系统，为储能部件充电及为船舶日常供电，此时柴油发电部件不为船舶电力系统供电。
[0043]在上述实施例中，柴油发电部件设为发电机组。
[0044]在上述实施例中，储能部件设为三元材料的动力电池组。
[0045]在上述实施例中，配供电部件设为配电柜。
[0046]在上述实施例中，推进部件设为变频器。
[0047]在上述实施例中，推进器部件设为电驱全回转舵桨。
[0048]在上述实施例中，控制管理系统为电站功率管理系统(PMS)和舵桨控制系统。
[0049]在上述实施例中，电驱全回转舵桨设为电力驱动全回转Z型或L型舵桨。
[0050]在上述实施例中，发电机组包括三台柴油发电机。
[0051]在上述实施例中，三台柴油发电机中有一台柴油发电机设为备用发电机。
[0052]本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，柴油发电机组输出电源接入交-直-交变频器;动力电池组通过双向DC/DC变换器接入交-直-交变频器的直流母线，再通过DC/AC逆变单元将直流逆变为交流电供给推进电机，船舶非推进用电设备通过小型DC/AC逆变器接在动力电池组的输出端。三台柴油发电机构成的发电模块和岸电接入部件分别通过转换开关与船舶电力系统采用切换形式连接，岸电接入部件在船舶靠泊时为储能部件充电，此时柴油发电部件不为船舶电力系统供电。
[0053]本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，可由岸电充能的混合动力船舶的电力推进系统的动力源同时设置柴-电机组和动力电池组两种方式，柴油发电机组输出电源接入交-直-交变频器的交流输入端;动力电池组通过双向DC/DC变换器接入交-直-交变频器的直流母线，再通过DC/AC逆变单元将直流逆变为交流电供给推进电机M，船舶非推进用电设备通过小型DC/AC逆变器接在动力电池组的输出端。船舶靠岸期间，由岸电给动力电池组充电；低速航行或停泊时使用动力电池组供电；正常航行时，由柴-电机组供电并同时给动力电池组充电，也可使用柴-电机组与动力电池组一起供电。
[0054]本发明的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其具有如下特点:(I)采用一台小功率(如239kW)和一台大功率(如300kW)机组全程运行，另一台小功率(如239kW)机组备用的三台柴油发电机组构成发电模块，根据推进工况要求来确定在网发电机台数，使得柴油机燃烧效率良好，提高了船舶节能减排效果；⑵采用有源前端(AFE)技术，使配电系统各处的电压波形的总谐波失真(THD)中国船级社(CCS)规范规定，比采用被动型谐波抑制技术和多相整流主动型谐波抑制技术对谐波的抑制、治理效果更好；(3)400V低压电网系统与大部分船用设备的电制相匹配，减少了中间变电环节，节能效果更好，可靠性更高；(4)电站功率管理系统(PMS)通过配电装置对船舶电量进行分配，合理调节在网发电机组的负荷率，最大限度地利用电站的功率，可以在保证船舶电力系统安全的前提下最大限度的节省能源，提高船舶经济性；同时对推进控制单元的负荷状态进行监控，防止发电机组超载，避免全船停电危险发生；(5)采用三元材料电池组作为储能基本单元构成储能模块，利用储能模块在系统轻载时将多余的能量(电站的能量以及负载反馈回电网的能量)储存起来，来防止该能量对电网的冲击。在系统过载时，储能模块将储存的能量释放来满足负载的需求。这样就可以利用储能模块来平复负载波动给系统带来的负面影响。储能模块可以使得电站保持稳定(柴油发电机始终工作在最佳工作点附近)，能提高燃油利用率，节省燃油，获得更高的经济效益。
[0055]尽管以上已经对本发明的各种优选实施方式和特征进行了描述，但在不脱离本发明的目的和宗旨的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明做出许多变化、补充、改变和删减。以上结合本发明的具体实施例做的详细描述，并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
【主权项】
1.一种带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，包括船体，其特征在于:船体上设有柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件、推进器部件和控制管理部件;柴油发电部件及储能部件和配供电部件相连接，配供电部件与推进部件和推进器部件相连接，推进部件与推进器部件相连接，柴油发电部件、储能部件、配供电部件、推进部件和推进器部件分别与控制管理部件相连接;柴油发电部件和岸电接入部件分别通过转换开关与船舶电力系统通过切换形式连接;岸电接入部件在船舶靠泊时接入船舶电力系统，为储能部件充电及为船舶日常供电，此时柴油发电部件不为船舶电力系统供电。2.如权利要求1所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:柴油发电部件设为发电机组。3.如权利要求2所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:储能部件设为三元材料的动力电池组。4.如权利要求3所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:配供电部件设为配电柜。5.如权利要求4所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:推进部件设为变频器。6.如权利要求5所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:推进器部件设为电驱全回转舵桨。7.如权利要求6所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:控制管理系统为电站功率管理系统和舵桨控制系统。8.如权利要求7所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:电驱全回转舵桨设为电力驱动全回转Z型或L型舵桨。9.如权利要求1-8中任一项所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:发电机组包括三台柴油发电机。10.如权利要求9所述的带储能单元混合电力推进系统的车客渡船，其特征在于:三台柴油发电机中有一台柴油发电机设为备用发电机。
【文档编号】B63H21/21GK105966590SQ201610488980
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】于全虎
【申请人】江苏省船舶设计研究所有限公司