[发明专利]一种采用燃料电池船舶直流组网系统和应用此系统的船舶

摘要

本发明公开了一种采用燃料电池船舶直流组网系统和应用此系统的船舶，燃料电池组作为船舶主要动力装置，蓄电池组作为辅助供电装置与燃料电池组形成船舶直流组网。风力发电机组发出的电能输出到电解池，电解海水制氢；多余的电能储存到蓄电池组内。光伏电池发出的电能输出到电解池，电解海水制氢；多余的电能储存到蓄电池组内，利用风能和太阳能，将其转换为清洁的氢能源，使船舶电力系统供电的动力全部来自新能源，且一定程度上解决了弃风、弃光问题，提高了新能源的利用效率，有助于降低船舶运营成本。风力发电与光伏发电通过电解水制氢联系到一起，省去了风力发电和光伏发电的并网控制，无需考虑船舶电网对新能源发电的并网消纳问题。

主权项

1.一种采用燃料电池船舶直流组网系统，其特征在于：包括制氢部分、燃料电池发电部分；所述制氢部分包括风力发电机组、光伏电池组、海水池、电解池、储氢罐、氢气压缩机；所述燃料电池发电部分包括燃料电池组、反应水容器、冷却系统、蓄电池组；风力发电机组经过AC/DC变换器和蓄电池控制开关二连接至蓄电池，同时经过AC/DC变换器和电解池控制开关一连接至电解池组一；光伏电池组经过DC/DC变换器和蓄电池控制开关四连接至蓄电池，同时经过电解池控制开关三直接连接至电解池组二；控制器一连接风电侧的蓄电池控制开关二和电解池控制开关一；控制器二连接光电侧的蓄电池控制开关四和电解池控制开关三；控制器一与控制器二分别根据风速和光照强度独立控制连接的开关；电解池组一和电解池组二电解来自海水池的海水产生氢气，电解池组一和电解池组二分别包含多个电解池，电解池组一的数量根据风力发电机组的额定输出功率和额定输出电压确定，电解池组二的数量根据光伏电池组的额定输出功率和额定输出电压确定；氢气经氢气压缩机压缩后，储存在储氢罐内；储氢罐通过管道与燃料电池的负极连接、其输送氢气，氢气作为燃烧反应的还原剂；燃料电池的正极与空气压缩机相连，直接从外界吸收空气，空气中的氧气作为燃烧反应的氧化剂；氢气和空气经过加湿器进入燃料电池；氢气与氧气在催化剂的作用下反应产生电能，电能直接传输到直流电网上；燃料电池产生的水存至反应水容器中，之后返回到海水池进行重复利用；冷却系统采用水冷，通过循环水泵将去离子冷却水通入燃料电池，吸收电池的余热后，进入水箱并与热交换器进行热交换，之后通过循环水泵继续循环；燃料电池组与蓄电池组电压等级相同直接进行直流组网为电力负荷部分供电；蓄电池组也为燃料电池组的储能装置。/n当风速高于起动风速且低于额定风速时，风力发电机组输出功率小于额定功率，控制器一控制电解池控制开关一闭合且控制蓄电池控制开关二断开，根据风力发电机组当前输出功率的计算值起动相对应数量的电解池，使其满足电解功率；/n当风速达到额定风速时，风力发电机组输出功率为额定功率，这时控制器一控制电解池控制开关一闭合且控制蓄电池控制开关二断开，起动全部的电解池，输出电能供给电解池电解水制氢；/n当风速高于额定风速且低于切出风速时，风力发电机组输出功率大于额定功率，这时控制器一控制电解池控制开关一和蓄电池控制开关二同时闭合，起动全部的电解池，同时通过控制AC/DC变换器使输出电压满足蓄电池的充电电压，多余的电能用来供蓄电池充电；/n光伏电池组在接受有效光照的情况下，当光照强度低于额定值时，光伏电池组输出功率小于额定功率，这时控制器二控制电解池控制开关三闭合且控制蓄电池控制开关四断开，根据光伏电池组当前输出功率的计算值起动相对应数量的电解池，使其满足电解功率；/n当光照强度达到额定值时，光伏电池组输出额定功率，这时控制器二控制电解池控制开关三闭合且控制蓄电池控制开关四断开，且起动全部的电解池，输出电能供给电解池电解水制氢；/n当光照强度高于额定值时，光伏电池组输出功率大于额定功率，这时控制器二控制电解池控制开关三和蓄电池控制开关四同时闭合，启动全部电池组，通过控制DC/DC变换器使输出电压满足蓄电池的充电电压，多余的电能用来供蓄电池充电；/n当燃料电池组发出的电能满足船舶负载运行所需时，则由燃料电池组单独为系统供电；/n当燃料电池组发出的电能高于船舶负载运行所需时，若负载的变化为短时变化，则燃料电池组除了为系统供电外，多余的电能为蓄电池充电；若负载的变化为长期变化，则减少燃料的供应量，降低燃料电池的发电量，将多余氢气储存起来；/n当燃料电池组发出的电能低于船舶负载运行所需时，若负载的变化为短时变化，则由燃料电池组和蓄电池共同为系统供电；若负载的变化为长期变化，则增加燃料的供应量，提高燃料电池的发电量；若负载所需超出燃料电池额定功率时，则由燃料电池组和蓄电池共同为系统供电；/n当风力发电和光伏发电都不足以电解水时，利用剩余的氢气供燃料电池发电，并与蓄电池一起为系统供电。/n