太阳能动力绿色载货汽车滚装船及设计方法与流程

本发明涉及滚装船领域，尤其是涉及太阳能动力绿色载货汽车滚装船及设计方法。

背景技术：

1、推进绿色船舶转型已成为全球主流国家共识，而航运行业又是交通运输领域减碳排放重要一环，推进船舶绿色转型，降低污染物排放已经列入国家重点战略定位，内河船舶绿色转型已是大势所趋，呈快速推进之势。

2、在上述背景下的现阶段，绿色转型呈快速增长之势，主要绿色能源结构转型应用的品种主要如下：

3、1、lng，2、lng/柴油双燃料，3、混合电力，4、纯电力推进，5、燃料电池也是绿色船舶技术的发展方向之一，目前要实现应用还处于探索阶段。

4、在实现减碳目标的其它技术领域还有二氧化碳收集、减少船舶阻力、节能技术等，上述绿色转型中最为普遍应用的是lng/柴油双燃料电力船，lng由于需要在-165°低温下进行储运，先期投入成本高昂，在运营中由于其易燃易爆的特性，又使得安全保障投入高，加上监管的复杂程度，导致运营成本上升，经过近几年的实践，很难在船舶行业再继续普遍推广应用。先期应用lng燃料电力船舶的企业大多数已萌生退意。

5、氢燃料电池，虽然是绿色船舶技术的发展方向，但实质上的不便储运和危险程度高的特征，也是造成这一种类的应用处于理论上。

6、混合电力船舶技术虽然在实船应用较为成熟，但是其绿色等级的提高尚有不小距离。

7、其余领域如二氧化碳收集，由于成本高，营运操作复杂，在内河船舶上较难推广应用，节能技术应用可以使船舶绿色等级有所改善，但是要解决根本问题，还需要航运界做出不解的努力。

8、开发一种超基线超基线三尾的优秀船型，节能型线和应用多项船舶节能技术和维尾轴尾管安装技术来提高船舶推进效率，从而减少推进功率，为有限的船舶太阳能发电功率得以推船航行。

9、例如，本发明人，于2015年申请的cn 204432963 u，一种内河大型载货汽车客滚船，中包括船体、主甲板、多层上甲板，船体水下型线首部为大缓 u 型纵流首、中部为 s 型大外漂横剖面、尾部设有至少二个大浸深球尾，每个大浸深球尾上设一个螺旋桨 ；所述的主甲板设在船体的中部上，主甲板通过支撑柱和斜式箱型强力撑柱与至少一个上甲板连接。但是，此船舶任然采用传统的燃油动力推进方式，无法起到环保的效果；此外，甲板的载车容量也有限。

10、此外，本公司在2023年11月17日，提交了申请号：2023115390131，名称为：太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法的申请，此方案中，通过采用多层甲板用于搭载小汽车和货车，进而实现纯电的动机推进方案。但是，此方案在后续多方专家论证，以及实际实施过程中，可能还存在生产制造成本高的问题，因此，基于实际情况考虑，在原始的太阳能电力推进绿色滚装船及设计方法的方案基础上进行改进，以满足施加生产、运行需求。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供太阳能动力绿色载货汽车滚装船及设计方法，此滚装船采用超基线三尾结构、大外漂横剖型线、大纵流首部型线的高节能船体型线及太阳能电力结合甲醇/柴油发电的大型滚装船，本大型滚装船设计有巨大的顶棚甲板面积，安装巨额数量的太阳能光伏发电板，配套优质大容量储能电池组，并结合应用多项节能技术，此滚装船结合太阳能发电系统可以获得推船航行的总功率。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：太阳能动力绿色载货汽车滚装船，包括船体，所述船体从底层到顶层依次为主甲板、客舱甲板、驾驶甲板和顶蓬甲板；所述主甲板的底层从船艏到船尾依次设置有艏尖舱、艏侧推舱、第一空舱、第二空舱、第三空舱、灰水舱、黑水舱、甲醇燃料舱、机舱、空舱、舵机舱和尾尖舱；所述船体的尾部采用超基线的三尾结构，包括三只螺旋桨，螺旋桨的主轴与机舱内部的推进电动机相连，舵机舱的内部设置有舵机，舵机的主轴安装有舵；所述顶蓬甲板的顶部采用满铺的方式固定安装有太阳能板，并在日照充裕的季节全部应用太阳能电力推进航行；太阳能板与储能电池组相连，进而在日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；所述主甲板以下的船底设置有燃油舱和甲醇燃料舱，储能电池组在船舶待港状态下由太阳能板进行充电，或者采用甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电以作为备用电力，并用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也在日照不足时向全船提供电力。

3、相邻的主甲板、客舱甲板、驾驶甲板和顶蓬甲板之间分别通过位于机舱尾的梯道相连, 梯道所在位置设置有储藏间。

4、所述顶蓬甲板的顶部，并位于船艏所在侧固定安装有探照灯、喇叭和桅杆，桅杆的顶部安装有雷达；所述顶蓬甲板的中部外侧面设置有船名灯；所述顶蓬甲板的总面积呈长方形展开，使其甲板面积最大化，并缩小探照灯、喇叭、船名灯、桅杆和梯口所占面积，为太阳能板腾出足够大的空间面积。

5、所述主甲板的两侧设置有甲醇加注站，甲醇加注站与甲醇燃料舱相连通，主甲板上设置有可拆舱口盖，主甲板用于停放待运输的载货汽车，主甲板的艏部两侧设置有锚链舱和工具间；所述锚链舱的内部设置有锚链，锚链的末端设置有船锚。

6、在船艏所在侧的主甲板外壁上铰接有跳板，跳板与用于驱动其下放或者收起的跳板卷扬机。

7、船体的船体型线采用超基线三尾、大外漂的横剖型线、大纵流首，以实现通过小的排水量获得大的主甲板的面积。

8、所述主甲板以下的船底采用双层船底结构，其中，位于下层的船底结构设置有污油舱、灰水舱、清水舱和江水箱，所述机舱的内部设置有监视室和电力推进系统水冷装置；

9、位于上层的船底结构尾部设置有尾部压载舱和尾中压载舱，位于上层的船底结构中部设置有中部压载舱和舷边舱；

10、所述推进电动机与机舱内部的变频器和逆变电源相连。

11、所述客舱甲板为旅客甲板，客舱甲板的尾部设置有餐厅、厨房和包间，客舱甲板的头部设置有观光大厅和接待大厅，客舱甲板的外眩设置有阳台；

12、客舱甲板的中间部位设置有洗衣间和洗手间；

13、所述驾驶甲板的首部一端设置有驾驶室、船长室、广播/资料室、第一蓄电池间、住船经理室、会议室、船员室、洗手间和多功能厅；

14、驾驶甲板的尾部一端设置有医疗隔离间、储能电池间和七氟丙烷间。

15、所述船体采用轻量化结构，具体为船底、水线以下船体板采用ccsb船板，剩余骨架及水线外板结构材料元用ccsah-36高强度钢，上层建筑强横梁采用42crmo高强度合金钢，用以实现船舶自重轻量化，来减小吃水，以使航行所需功率减少，进而利于应用太阳能光伏电能实现推进航行；

16、所述船体总长129.8m、水线长129.8m、垂线间长125.3m、总宽30m、型宽27.2m、型深5.3m、主甲板至上甲板间高6.0m、客舱甲板高2.6m、驾驶甲板高2.6m、顶蓬甲板高2.5m。

17、太阳能动力绿色载货汽车滚装船的设计方法，包括以下步骤：

18、步骤一，船体型线设计：

19、基于内河滚装船的主要特征：需要巨大的载车甲板面积，而对于排水量的需求相对较小；进而将船体型线开发设计成大外飘的横剖型线，实现用小的排水量获得大的甲板面积；

20、步骤二，船体动力选择：

21、基于步骤一中获取的大的甲板面积，通过在顶棚甲板安装太阳能板，配套大容量储能电池组，提供电能获得推船航行的总功率；并同时配套甲醇/柴油双燃料发电机组作为备用电力；

22、步骤三，船体运行模式选择：

23、当日照充裕的季节，全部应用太阳能电力推进航行；当日照不足的天气情况下，由储能电池组供电航行；储能电池组在船舶待港状态下由太阳能进行充电，或者由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电；当在急流航段冲滩时，通过甲醇/柴油双燃料发电机组来增加推进功率；在日照不足时，也可以通过甲醇/柴油双燃料发电机组提供电力航行；

24、步骤四，船舶节能结构设计：

25、船舶可以布置太阳能发电板的面积受到设计船体主尺度的限制，不可能无限制的加大太阳能板安装数量，基于此，采用超基线三尾型线结构，进而给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力降至最低，并通过三只螺旋桨保证推进效率；

26、步骤五，船体结构轻量化设计：

27、将船体采用轻量化结构。

28、本发明有如下有益效果：

29、1、本发明提供一种超基线三尾船体节能型线，加上应用多项节能技术，其仿真计算和船模试验表明在航速为13kw/h，所需推进功率仅为600kw，当日照充裕的季节，本船可以全部应用太阳能电力推进航行，当日照不足的天气情况下，由储能储电池供电航行，储能电池在船舶待港状态下由太阳能系统进行充电，也可以由甲醇/柴油双燃料发电机组进行充电，也可以由岸电进行充电。

30、2、本发明船配套的甲醇/柴油双燃料发电系统可以作为备用电力，用于在急流航段冲滩时来增加推进功率，也可以在日照不足时向全船提供电力。

31、3、本发明的船体通过将总布置设计进行优化，使其获得巨大的顶棚甲板面积来布置太阳能发电板，在巨大的顶棚甲板上，尽量将顶棚甲板上必须安装的如桅杆、雷达、探照灯、信号灯等装备缩小面积，为太阳能板腾出足够大的空间面积，梯口布置尽量少量占用。发明将完全的清洁能源电力太阳能光伏发电应用于大型载货汽车滚装船，将使内河船舶的清洁能源应用提上一个新的高度，实现绿色等级更加优秀。

32、4、本发明通过采用超基线的三尾、大外漂的横剖型线、大纵流首船型，节能型线和应用多项船舶节能技术和维尾轴尾管安装技术来提高船舶推进效率，从而减少推进功率，为有限的船舶太阳能发电功率得以推船航行，创新得到太阳能电力滚装船的装船应用，可以为“电化长江”做出重要贡献。

33、5、本发明基于内河滚装船的主要特征是，需要巨大的载货甲板面积，而对于排水量的需求相对较小。因此，本船船体型型线开发设计成很大外飘的横剖型线，实现用较小的排水量获得巨大的甲板面积。

34、6、本发明通过采用超基线的三尾、大外漂的横剖型线、大纵流首结构，由于其节能原理是该型线可以给螺旋桨获得充裕的来流，桨前来流阻力可降至最低，从cfd的仿真计算结论可知，三只螺旋桨可以得到优良的推进效率。

35、7、本发明通过采用延长型纵流首，以本公司早期60车川江载货汽滚装船优良的首部型线作为母型船进行进一步优化，使其最大化的减少首部阻力。又在2016年进行的121m载货汽车滚装船仿真计算和模型试验结论证明，这种延长型型线纵流首很适宜于内河大型载货汽车滚装船，有良好的快速性能。

36、8、本发明通过采用高性能组合舵，高性能组合舵及其设计方法经cfd仿真计算，结论表明，该舵的小舵角时，舵效提高3%，大舵角时提高6%的舵效，大舵时的重大突破是阻力减少20%，本高性能舵最大特征是高效舵、小阻力、消涡节能性能得到充分应用。

37、9、本发明也适于商品车滚装船、客船、旅游船、大型邮轮等大丰满上层建筑船舶应用。