一种化学品船利用货舱储存电解液电能的系统及方法

本发明属于船舶，具体涉及一种化学品船利用货舱储存电解液电能的系统及方法。

背景技术：

1、电池推进船舶凭借其零排放、低噪声等优势，逐渐受到航运业的广泛关注，目前的电池推进船舶主要以燃料电池或蓄电池为主。

2、但是，电池推进船舶相比于传统的燃油船在续航力方面还存在极大的短板：由于船舶的主机功率很大，而传统的电池容量有限，导致电池推进船舶的续航力受到极大的制约，只适用于短途航行。

3、液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，液流电池的电解液储存于电池堆外部容器，放电时，正负极电解液会分别循环泵入电池堆发生氧化还原反应。液流电池的电池容量与电解液的体积有关，若船舶上储存的电解液体积越大，则液流电池的电池容量越多，船舶的续航力也能显著提升。因此，若要保证船舶的续航，势必会占据大量的船舶空间，而大多数船舶往往空间有限，不具备储存大量电解液的能力。此外，电解液还具有腐蚀性，所以船舶上必须单独设置耐腐蚀的储罐或者舱室以储存电解液。

4、现有的化学品船一般设有众多独立的货舱，以沪东中华造船集团建造的4.9万吨化学品船为例，其货舱数量多达30多个，该化学品船通常可同时运载多票货物，不同票货物可能需要在不同港口卸载，并且船舶在挂靠的港口可能还需要再装一部分货物送往别的港口，因此化学品船通常在同一个航次设有多个航段，从而需要频繁地挂靠港口进行货物的装载与卸载。化学品船在频繁装卸的过程中，船舶上经常会出现许多空的货舱。由于化学品船的货舱内壁通常设有抗腐蚀涂层或不锈钢，且化学品船卸货完成后须进行洗舱作业，因此这些空的货舱恰好可以用来储存电解液，而且货舱本身舱容很大，利用化学品船的货舱装载电解液还能大大提高船舶的续航里程。

5、基于此，针对此类货舱数量较多且具备储存电解液条件的化学品船，合理利用其频繁挂靠港口后出现的空的货舱储存电解液，并提出一种化学品船利用货舱储存电解液电能的系统及方法，船舶满载时采用内燃机作为船舶的动力，当船舶上载有电解液时采用液流电池作为动力，同时采用内燃机作为动力补充，从而解决了液流电池在船舶上需要的储存空间大的难题，具有非常好的实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述的问题，提出一种化学品船利用货舱储存电解液电能的系统及方法。

2、本发明的第一个目的是提出一种化学品船利用货舱储存电解液电能的系统，该系统包括内燃机发电系统、液流电池发电系统、电力推进系统和电解液加注系统。

3、其中，所述内燃机发电系统包括：内燃机和内燃机发电机。

4、所述液流电池发电系统包括：正极电解液舱、负极电解液舱、正极供液阀、正极电解液循环泵、电堆单元、正极回流阀、负极供液阀、负极电解液循环泵、负极回流阀、逆变单元。

5、所述电力推进系统包括：推进电机和螺旋桨。

6、所述电解液加注系统包括：供给泵、正极储液罐、负极储液罐、卸货泵和电解液回收罐。

7、所述内燃机发电系统中，所述内燃机通过传动轴与内燃机发电机相连，所述内燃机发电机通过线路与船舶电网相连。

8、所述液流电池发电系统中，所述正极电解液舱为化学品船从卸货港口卸完货并洗舱后用于装载正极电解液的货舱，所述正极电解液舱通过管路与正极供液阀、正极电解液循环泵、电堆单元的正极、正极回流阀依次相连，形成闭合回路，其中，正极电解液舱在船舶上设有多个，多个正极电解液舱与电堆单元的正极并联连接，且每一个正极电解液舱的两端均分别设有一个正极供液阀和一个正极回流阀。所述负极电解液舱为化学品船从卸货港口卸完货并洗舱后用于装载负极电解液的货舱，所述负极电解液舱通过管路与负极供液阀、负极电解液循环泵、电堆单元的负极、负极回流阀依次相连，形成闭合回路，其中，负极电解液舱在船舶上设有多个，多个负极电解液舱与电堆单元的负极并联连接，且每一个负极电解液舱的两端均分别设有一个负极供液阀和一个负极回流阀。

9、所述电堆单元通过线路与逆变单元相连，所述逆变单元通过线路与船舶电网相连。

10、上述正极电解液舱、负极电解液舱的数量相同，其实际数量根据化学品船挂靠港口卸货后的空舱数量与所需航行里程设定，并应留有一定的冗余度。

11、所述电力推进系统中，所述推进电机一侧通过线路与船舶电网相连，另一侧通过传动轴与螺旋桨相连。

12、所述电解液加注系统中，所述正极储液罐通过管道依次与供给泵、正极电解液舱相连，其中，正极储液罐用于装载陆地上已经充满电的正极电解液；所述负极储液罐通过管道依次与供给泵、负极电解液舱相连，其中，负极储液罐用于装载陆地上已经充满电的负极电解液。

13、所述正极电解液舱通过管道依次与卸货泵、电解液回收罐相连；所述负极电解液舱通过管道依次与卸货泵、电解液回收罐相连。

14、上述供给泵、正极储液罐、负极储液罐、卸货泵、电解液回收罐均设置在卸货港口。

15、本发明中各个子系统的工作流程如下：

16、在内燃机发电系统中，内燃机燃用化石燃料所产生的能量带动内燃机发电机发电，进而将产生的电能并入船舶电网。在液流电池发电系统中，正极电解液舱内的正极电解液在正极电解液循环泵的作用下送入电堆单元进行反应，同时，负极电解液舱内的负极电解液在负极电解液循环泵的作用下送入电堆单元进行反应，在电堆单元内部，正、负极电解液电解液内的活性物质可以发生氧化还原反应，从而实现发电，然后电堆单元产生的电能经逆变单元进行逆变处理后并入船舶电网。在电力推进系统中，推进电机通过船舶电网提供的电力产生机械能，带动螺旋桨旋转，进而为船舶提供动力。

17、在电解液加注系统中，当船舶挂靠卸货港口时，利用卸货泵将货舱内的货物或电解液卸载至陆地上，然后再利用供给泵将正极储液罐和负极储液罐内已经充满电的电解液分别送入船舶上的不同空货舱内。

18、本发明的第二个目的就是基于上述系统，提出一种化学品船利用货舱储存电解液电能的方法，该方法的主要目的是提出一种电能供给原则。

19、当化学品船运输的货物为同一票货物时，此时船舶直接从出发港装载该票货物前往目的港，船舶航行过程中不挂靠其他港口。在船舶从出发港至目的港的航行过程中，即船舶满载航行时，采用内燃机发电系统为船舶提供动力。当船舶在目的港装载另一票货物，继续前往其他港口，并且船上还有剩余的空载货舱时，采用电解液加注系统向船上的空载货舱加注电解液。待船舶再次起航时，采用液流电池发电系统为船舶提供动力，当液流电池产生的电能不能满足船舶航行的需要时，则由内燃机发电系统补充船舶所需电能。

20、当化学品船运输的货物为不同票货物时，此时船舶从出发港至目的港的航行过程中需挂靠中间港口。船舶在满载航行时，采用内燃机发电系统为船舶提供动力。当船舶在挂靠的港口完成卸货，空载货舱不需再装载货物或者空载货舱重新装载货物后船上仍存在空载货舱，采用电解液加注系统向船上的空载货舱加注电解液。待船舶再次起航时，采用液流电池发电系统为船舶提供动力，当液流电池产生的电能不能满足船舶航行的需要时，则由内燃机发电系统补充船舶所需电能。

21、此外，在化学品船运输不同票货物的航行过程中，若液流电池的电能消耗完毕或者正、负极电解液舱储存的电能不足以维持船舶的下一段航程，且船舶在即将停靠的港口不需占用电解液舱加注货物，则船舶在停靠港口后，采用电解液加注系统将电解液舱内已经放电完成的电解液卸至陆地上，然后再将充满电的电解液输送至电解液舱。若船舶在即将停靠的港口需占用电解液舱加注货物，则船舶在停靠港口后，采用电解液加注系统将电解液舱内的电解液卸至陆地上，然后再加注货物，待船舶再次起航时，采用内燃机发电系统为船舶提供动力。

22、本发明的有益效果：

23、1.本发明系统充分利用化学品船上的空载货舱分别储存液流电池的正、负极电解液，由于化学船的货舱舱容很大，所以采用货舱储存电解液能够大大提高液流电池的电池容量，从而大大提高船舶的续航里程。

24、2.本发明利用化学品船的货舱储存电解液，无须在船舶上单独建造舱室内壁设有抗腐蚀涂层或不锈钢的电解液舱，不仅节省了大量的船舶空间，并且还省去了电解液舱的制造成本，具有良好的经济性。

25、3.本发明方法可根据化学品船在不同挂靠港口的电解液装载情况，合理调配内燃机与液流电池的电能供给，使船舶在不同的航段采用更为合理的推进方式提供动力，本方法不仅具有非常高的灵活性，还能最大化降低船舶燃用化石燃料造成的环境污染，更加环保。