[发明专利]一种多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统

权利要求书

1.一种多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，包括风-光-波发电系统、制淡系统以及基于氢能的热电联供系统，其中：

风-光-波发电系统：通过能量转换装置将海上风能、太阳能和波浪能转化为电能并通过储能设备储存起来；

制淡系统：通过利用海面波浪带动叶轮旋转，叶轮的机械能直接驱动高压泵为海水增压，高压海水泵入反渗透膜中进行淡化处理并通入淡水池储备起来；

基于氢能的热电联供系统：通过风-光-波发电系统提供电流输入，制淡系统提供淡水，借助电解槽电解水制备氢气和氧气并通过储气设备储存作为燃料电池的反应物；利用燃料电池工作时发出的电能和余热为船舶进行辅助供电以及供热。

2.根据权利要求1所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述能量转换装置包括风力发电机组、光伏发电设备以及波浪能发电机组，所述风力发电机组采用垂直轴风力发电机，安装在船舶尾部甲板；所述光伏发电设备采用第三代钙钛矿太阳能板，在甲板中部呈八行五列布置；所述波浪能发电机组采用直驱风机发电机。

3.根据权利要求1所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述风-光-波发电系统的三套发电子系统根据天气变化协同发电，发出的电能通过控制器、继电器控制电能走向，所述电能具有三种使用模式，模式一：电能通过整流、调压、稳压后输入储能设备，最终经过逆变并入交流电网供负载使用；模式二：电能通过整流、调压、稳压后作为电解槽的电能输入用于制备氢气和氧气；模式三：当海上能源不足且储能设备充满电时，储能设备的多余电能输出作为电解槽的电能输入用于制备氢气和氧气。

4.根据权利要求1所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述制淡系统通过叶轮在海浪的的驱动下旋转，并利用导流盖增加转速带动高压泵工作，高压泵将过滤处理后的海水泵入反渗透膜进水口处，海水进入膜组进行淡化，产出的淡水通入淡水池储存。

5.根据权利要求1所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述基于氢能的热电联供系统包括电解水单元、储气单元、燃料电池单元以及水源热泵单元。

6.根据权利要求5所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述电解水单元使用PEM电解槽作为制氢设备，其正负极与控制器连接，电能输入分别来自风-光-波发电系统和储能设备；所述PEM电解槽所电解的水有两个输入途径：一是淡水池中的水经过滤阀、去离子器、喷射器气化通入；二是气水分离装置分离出的液态水经气化后喷入；所述PEM电解槽电解得到的氢气和氧气通过气水分离装置、干燥装置进入储气装置储存备用。

7.根据权利要求5所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述储气单元使用储氧罐和储氢罐，并通过气体流量计、三通阀、空压机、压力表以及控制器控制氢气、氧气的气体流向走向，所述储氢罐采用金属氧化物储氢罐。

8.根据权利要求5所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述燃料电池单元通过五块额定功率为5kW、额定电压为48V的质子交换膜燃料电池并联布置组成电堆，电堆设有气体出入口、冷却水出入口用于接收氢气、氧气，构成液冷换热循环；所述电堆通过DC-DC升压装置、DC-AC逆变装置将产生的电能汇入到交流电网供负载使用；所述燃料电池的电堆气体出口设有压力表和气体泵，用于将携带水汽的多余反应气体输回气体入口；所述燃料电池电堆的冷却板采用蛇形通道(101)，在通道底部分别等间距加工出若干凹陷结构(102)用于增强换热。

9.根据权利要求8所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述燃料电池单元与储气单元构成了冷却水循环系统，利用燃料电池堆产生的余热，为金属氧化物储氢罐提供放氢反应需要的热量，燃料电池冷却水出口与金属氧化物储氢罐冷却水进口连接，流出储氢罐的冷却水先经过散热装置降温，再通入蒸发换热装置(1)为水源热泵单元提供辅助热源。

10.根据权利要求5-9任一所述的多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统，其特征在于，所述水源热泵单元包括蒸发换热装置(1)、压缩机(2)、冷凝器(3)以及膨胀阀(4)，所述水源热泵单元通过R134a在蒸发换热装置(1)中吸收热量变成低温低压气体，再经过压缩机(2)压缩成高温高压气体，通过冷凝器(3)吸热成为低温高压液体，最后由膨胀阀(4)降压变成低温低压液体输回蒸发换热装置(1)，其中冷凝器(3)中的冷凝管浸没在热水池中对生活用水进行加热，所述蒸发换热装置(1)为板式换热器，是冷却水循环系统与水源热泵单元的耦合换热场所，后者的工质R134a与前者的冷却水以热传导方式换热后各自流向下一级。