[发明专利]一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统

说明书

技术领域

本发明属于电力能源技术领域，具体涉及一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统。

背景技术

海洋工业里逐日增加的能源消耗和严格的排放限制要求运营商重新评估船用动力设备的经济性，这些趋势为高效率能源技术应用于商业、军用船舶上提供了发展平台。一个非常有潜力的解决方案是排气热回收(EHR)，其采用二氧化碳作为工质，这项科技可以增加能源利用效率、并具有紧凑性和低维护性等有利于海洋设备的特点。

其基本思路与已经使用了100年的蒸汽动力循环相似，但将传统的水蒸汽工质替换为二氧化碳，这样的系统比原来系统具有更多的优势：1.效率更高；2.温度适应性更广，体积更小；3.系统管道腐蚀性更小，更易维护。

排汽能量的回收在蒸汽循环中是非常常见的，货船及巡航船舶等采用余热锅炉从排放的蒸汽热量中再产生蒸汽，产生的蒸汽在船舶上有很多的辅助作用，包括采暖、辅机动力、燃料预热、船载厨房、甚至可以带动二氧化碳透平产生一定的电能。燃气动力的船舶同样采用蒸汽底循环来提高总的系统效率。

利用超临界流体拟临界区物性突变现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区，将换热器运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证气体冷却的前提下，降低压缩功耗，实现较高的效率。超临界流体的这一性质使其作为能量转换工质时具有明显的优势。二氧化碳(CO₂)由于其临界压力相对适中(7.38MPa)，具有较好的稳定性和核物理性质，在一定的温度范围内表现出惰性气体的性质，以及其无毒、储量丰富、天然存在等特性，被认为是最具应用前景的能量传输和能量转换工质之一。由于超临界二氧化碳(S-CO₂)在一定的运行参数范围内密度较大且无相变，因此以超临界二氧化碳(S-CO₂)为工质的压缩机、气轮机等动力系统设备结构紧凑、体积较小。布雷顿循环每个组合可以产出20MW的电力，占用空间只有四个立方米。超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿(Brayton)循环轮机通常用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆，目标是最终取代蒸汽驱动的朗肯循环轮机(效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统，其能够提高能源利用效率，提供稳定供电电源，同时为燃气轮机动力系统以及超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿(Brayton)动力循环在船舶领域的运用提供新思路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统，包括燃气轮机发电系统、柴油机组发电系统、超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统、电力控制系统和螺旋桨动力系统；其中，

燃气轮机发电系统包括压缩机，该压缩机上设有空气进口，压缩机的出口与燃烧器的空气进口连接，燃烧器的燃料进口与燃料储存装置的出口连接，燃烧器的出口与燃气透平的进口连接，燃气透平通过轴系与燃气轮机发电机连接；

柴油机组发电系统包括柴油机组，柴油机组通过轴系与柴油机组发电机连接；

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统包括换热器，换热器的乏汽进口分别与燃气透平的出口和柴油机组的排气出口相连，换热器的流体出口与二氧化碳透平的进口连通，二氧化碳透平通过轴系与二氧化碳透平发电机连接，二氧化碳透平的出口与回热器的高温侧流体进口相连，回热器的高温侧流体出口与冷凝器的超临界二氧化碳进口连接，冷凝器的超临界二氧化碳出口与超临界二氧化碳流体泵的进口连接，超临界二氧化碳流体泵的出口与回热器的低温侧流体入口连通，回热器的低温侧流体出口与换热器的流体进口相连通，冷凝器的冷却液体出口与冷却液体泵的进口连通，冷凝器的冷却液体进口与冷却液体泵的出口连通；

电力控制系统包括中央交流总线及其端口，中央交流总线的电流输入端口分别与燃气轮机发电机、柴油机组发电机以及二氧化碳透平发电机的电流输出端口相连；

螺旋桨动力系统包括电动机组，电动机组的电流输入端口与中央交流总线的电流输出端口连接，电动机组通过轴系与螺旋桨动力装置连接。