混合动力低速机船舶能效优化系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种混合动力低速机船舶能效优化系统，包含：并入船舶交流母线排的若干船舶发电机；PWM双向逆变单元，电性连接设置在船舶交流、直流母线排之间；船舶低速主机和船舶螺旋桨；第一储能单元，其并入所述船舶直流母线排；第一能量转换模块，由船舶低速机驱动产生电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元，或者第一能量转换模块从船舶直流母线排取电补偿船舶螺旋桨负荷变化；第二能量转换模块，转换船舶低速机的废热为电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元；或者第二能量转换模块从船舶直流母线排取电，通过第二能量转换模块补充船舶低速机运转所需的空气量。需的空气量。需的空气量。

【技术实现步骤摘要】
混合动力低速机船舶能效优化系统


[0001]本技术涉及低速机远洋船舶节能减排及混合动力领域，特别涉及一种混合动力低速机船舶能效优化系统。

技术介绍

[0002](1)国际IMO规范、公约要求船舶节油
[0003]IMO(International Maritime Organization国际海事组织)海上环境保护委员会(MEPC)通过了《国际防止船舶造成污染公约(MARPOL)》，船舶环保、节能减排成为航运领域发展重点。然而对远洋船舶节油的研发还比较欠缺，关于远洋船舶混合动力低速机省油技术目前仍是空白。
[0004](2)基于最佳负荷的远洋船舶低速机节油方案很难实现
[0005]低速机制造厂家围绕缸内燃烧研究了完善的节油技术，低速机最低耗油率(SFOC)为(162～165)g/(kw
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h)，此对应的低速机最佳负荷为(75～80)％的额定功率；低速机实际运行中要保持最低耗油率SFOC很难，因为船况及海况变化导致不能满足低速机所需的最佳运行条件，再进一步减小柴油机的最低耗油率(SFOC)很难再有突破，船舶营运中维持低速机最佳工况以达到最低耗油率SFOC很难实现。
[0006](3)通过提高船舶运营及管理水平使低速机省油难以操作
[0007]主机功率与航速的三次方成正比，适当降低航速，则主机功率和耗油率SFOC将以三次方的关系下降，可明显降低燃油消耗量，船舶存在最佳经济航速，这是船舶设计的依据，也即船
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机
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桨最佳匹配点。船舶航线及营运要求，船舶保持最佳经济航速很难，这需要研究规划合适的航线，科学、合理的分析针对不同船型、船龄的经济航速，获得低速机油耗与航速最佳平衡点。从船舶低速机实际运行工况考虑，当功率与转速变化时，燃油消耗率SFOC受到喷油量、换气质量、转速等的影响，不是一个定值，船舶营运航速的影响使低速机省油操作起来很难。
[0008](4)风能、太阳能、波浪能等绿色能源在船上应用效果不足、成本太高。
[0009](5)目前对船舶主机废热的利用日益受到重视，包含废气锅炉、废气透平、造水机等。如何将主机废热转化为电能成已为研究热点，包括轴带电机、废气透平发电、废气锅炉蒸汽发电、主机排烟ORC(Organic Rankine Cycle有机朗肯循环)发电、排烟与环境的温差发电等等。然而，利用低速主机废热发电成本太高、效益差，仅有轴带电机具备应用前景，但船上轴带电机的应用是为了减少柴油发电机做功，忽视了船舶主机和船舶发电机以最低耗油率SFOC运行的问题。
[0010](6)油
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电混合动力船舶已成为研究热点，如果混合动力船舶不增加蓄电池储能，那么混合动力船舶最佳能效就难以保证。目前，油
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电混合动力的研究以电推为重点，忽视了船舶省油的根本是柴油机节油，而柴油机节油的根本是最低耗油率SFOC运行，所以，电推船舶未必省油。另外有些船舶利用风能太阳能等的目的是减少船舶发电机做功，但不是使柴油机以最低耗油率SFOC运行来省油的。
[0011]基于上述内容，远洋混合动力低速机船舶在船况、工况、海况多变的情况下，如何克服负荷不稳定以及恶劣天气的干扰并保证最低油耗率，实现远洋船舶节能减排是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0012]本技术的目的是提供一种混合动力低速机船舶能效优化系统。当船舶螺旋桨负荷增大时通过储能电池组和/或船舶发电机向轴带电机供电，当螺旋桨负荷减小时由轴带电机利用船舶低速机的富裕功率向储能电池组放电。本技术还利用船舶低速机排放的废气来驱动废气涡轮增压器，通过废气涡轮增压器的运转补充船舶低速机运转所需的空气量(用于提高船舶低速机的输出功率)；当废气涡轮增压器的转速不能满足船舶低速机的需求时，通过永磁电机从船舶直流母线排取电驱动废气涡轮增压器；当船舶航行进入稳定工况时，通过废气涡轮增压器驱动永磁电机发电，将船舶低速机废气能量转化为电能存储至储能电池组，实现了船舶低速机废热利用。本技术能够保证船舶低速机在最低油耗率稳定运行，实现了船舶能效最优化，大大节约了船舶能耗。
[0013]为了达到上述目的，本技术提供一种混合动力低速机船舶能效优化系统，包含：
[0014]若干船舶发电机，所述船舶发电机并入所述船舶交流母线排，用于向船舶交流母线排提供交流电能；
[0015]PWM双向逆变单元，其电性连接设置在船舶交流母线排、船舶直流母线排之间，用于实现船舶交流母线排、船舶直流母线排之间交流电能、直流电能的转换；
[0016]船舶低速主机和船舶螺旋桨，所述船舶螺旋桨在所述船舶低速主机的驱动下旋转，推动船舶；
[0017]第一储能单元，其并入所述船舶直流母线排，用于向船舶直流母线排供电，或存储船舶直流母线排的直流电能；
[0018]第一能量转换模块，连接设置在所述船舶低速主机、船舶直流母线排之间、船舶螺旋桨之间；第一能量转换模块由船舶低速机驱动产生电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元；或者第一能量转换模块从船舶直流母线排取电，补偿船舶螺旋桨负荷变化；
[0019]第二能量转换模块，连接设置在所述船舶低速主机与船舶直流母线排之间，转换船舶低速机的废热为电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元；或者第二能量转换模块从船舶直流母线排取电，通过第二能量转换模块补充船舶低速机运转所需的空气量。
[0020]优选的，所述第一能量转换模块包含：轴带电机、第一AFE可逆整流单元；所述轴带电机的输入轴连接船舶低速机的输出轴，轴带电机的输出轴连接所述船舶螺旋桨；第一AFE可逆整流单元电性连接设置在船舶直流母线排和轴带电机之间，用于转换船舶直流母排的直流电能为驱动轴带电机工作的交流电能，或转换轴带电机生成的交流电能为对应的直流电能。
[0021]优选的，所述船舶螺旋桨为定距螺旋桨，所述优化系统还包含可调速离合器；所述可调速离合器连接设置在所述船舶低速机输出轴与轴带电机输入轴之间。
[0022]优选的，所述船舶螺旋桨为可变距螺旋桨。
[0023]优选的，所述第二能量转换模块包含：废气涡轮增压器、永磁电机、第二AFE可逆整流单元；永磁电机通过第二AFE可逆整流单元从船舶直流母线排取电，驱动废气涡轮增压器运转，补充船舶低速主机运转所需的空气量；或者由船舶低速主机排出的废气对废气涡轮增压器做功，由废气涡轮增压器驱动永磁电机PMG发电，实现通过第二AFE可逆整流单元向船舶直流母线排送电。
[0024]优选的，所述第一储能单元包含：储能电池组、双向直流转换模块、第一直流自动空气断路器、第二直流空气自动断路器；所述储能电池组依序通过所述第一直流自动空气断路器、双向直流转换模块、第二直流空气自动断路器并入船舶直流母线排；通过双向直流转换模块实现船舶直流母线排直流电压与储能电池组额定电压的双向转换；储能电池组用于向船舶直流母线排放电或存储船舶直流母线排的直流电能。
[0025]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力低速机船舶能效优化系统，其特征在于，包含：若干船舶发电机，所述船舶发电机并入船舶交流母线排，用于向船舶交流母线排提供交流电能；PWM双向逆变单元，其电性连接设置在船舶交流母线排、船舶直流母线排之间，用于实现船舶交流母线排、船舶直流母线排之间交流电能、直流电能的转换；船舶低速主机和船舶螺旋桨，所述船舶螺旋桨在所述船舶低速主机的驱动下旋转，推动船舶；第一储能单元，其并入所述船舶直流母线排，用于向船舶直流母线排供电，或存储船舶直流母线排的直流电能；第一能量转换模块，连接设置在所述船舶低速主机、船舶直流母线排之间、船舶螺旋桨之间；第一能量转换模块由船舶低速机驱动产生电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元；或者第一能量转换模块从船舶直流母线排取电，补偿船舶螺旋桨负荷变化；第二能量转换模块，连接设置在所述船舶低速主机与船舶直流母线排之间，转换船舶低速机的废热为电能，该电能通过船舶直流母线排存储至第一储能单元；或者第二能量转换模块从船舶直流母线排取电，通过第二能量转换模块补充船舶低速机运转所需的空气量。2.如权利要求1所述的混合动力低速机船舶能效优化系统，其特征在于，所述第一能量转换模块包含：轴带电机、第一AFE可逆整流单元；所述轴带电机的输入轴连接船舶低速机的输出轴，轴带电机的输出轴连接所述船舶螺旋桨；第一AFE可逆整流单元电性连接设置在船舶直流母线排和轴带电机之间，用于转换船舶直流母排的直流电能为驱动轴带电机工作的交流电能，或转换轴带电机生成的交流电能为对应的直流电能。3.如权利要求2所述的混合动力低速机船舶能效优化系统，其特征在于，所述船舶螺旋桨为定距螺旋桨，所述优化系统还包含可调速离合器；所述可调速离合器连接设置在所述船舶低速机输出轴与轴带电机输入轴之间。4.如权利要求2所述的混合动力低速机船舶能效优化系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂臣，陈孟伟，丁炜超，曹玉琢，钟作寿，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：新型
国别省市：