燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态(State of Charge, SOC)极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。

燃料电池船舶储氢方式研究现状与展望

氢能船舶开发是未来全球航运业实现节能减排目标的重要方式之一,而氢气存储技术是燃料电池船舶开发整个环节的关键。目前,高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢技术在国内外燃料电池船舶领域均有成功的示范案例,其中以高压气态储氢应用最为广泛。本文阐述现有储氢方式在船舶领域的应用情况,分析各种储氢方式的优缺点以及未来发展趋势,提出了液态储氢、金属氢化物储氢等高储氢密度的储氢方式是燃料电池船舶快速发展重要条件的结论。

景区锂电池船舶远程运维系统研发与应用

近年来,随着锂电池船舶在旅游景区的应用越来越广泛,锂电池船舶的维护问题变得越来越突出。目前,国内水上旅游船东雇佣的轮机员或电工缺乏锂电池系统和电力推进系统的专业知识,在锂电池船舶运行期间无法满足维护要求。由于专业知识缺乏和操作不规范,系统运行故障、设备损坏等问题日益增多。为解决这些问题,本文设计了一种船舶远程运维架构,包括项目管理、数据可视化和故障诊断等功能。其次,详细阐述了远程运维平台的硬件和软件设计方法,并基于云平台开发了远程运维系统。最后,以某旅游景区的锂电池船舶为案例,验证了所提架构的可行性和有效性,为锂电池船舶的远程运维提供了一种可行的方法。

燃料电池船舶储氢处所高压氢气泄漏仿真分析

为优化氢燃料电池船舶设计,船用高压储氢气瓶通常储存在独立舱室内,以减少对船舶整体布置的影响。利用三维流体力学计算软件FLACS开展燃料电池船舶储氢处所高压氢气泄漏仿真分析,根据计算结果给出风险控制建议,以进一步提高燃料电池船舶的安全性。

氢燃料电池船舶的供储氢系统分析

为实现脱碳减排,相比陆地上数量迅速增长的氢燃料电池交通工具,船舶领域在氢能方面的推广正缓慢展开。相比氢燃料电池的模块化和产业化,氢燃料电池船舶的供储氢系统因其种类丰富、机理不同而各有千秋。为此,搜集研究国内外氢燃料电池船舶在其供储氢系统方面的信息,对各类供储氢系统进行比较分析,尤其是高压气体储氢方式和低温液态储氢方式,成为热门和首选。结合未来发展方向,从工艺流程、占地、安全性等方面进行综合评判,认为低温液态储氢是解决大功率、高能耗、长航程问题的安全可靠方式,并提出目前此方面发展的不足之处,为低温液态储氢系统的研发实践奠定基础。

燃料电池船舶舱内氢气泄漏数值模拟研究

燃料电池船舶运载着大量氢气作为燃料,在给船舶带来动力的同时,也因其易泄漏、爆炸等特性对船舶安全带来了威胁。针对船舶燃料电池舱内发生氢气泄漏的情景,选取目标船舶建立其燃料电池舱三维几何模型,并基于理想气体模型和氢气泄漏参数,计算出氢气从管道的泄漏值。再基于流体计算软件Fluent,选取适合的气体扩散模型,通过边界条件的设置,开展对舱门开闭和通风口状态的联合通风条件下氢气在舱内的扩散过程的瞬态数值仿真实验,并对不同条件下的舱内氢气浓度分布和发展规律进行了对比分析。仿真结果表明,在舱室上方的4个角落处,氢气的聚积浓度更高,是氢气探测器安装的最佳位置;在通风口保持自然通风的条件下,打开舱门可以使氢气的最终浓度降低20%左右;在单个通风口采用强制通风的通风量达到6 m3/s时,燃料电池舱内的氢气向其他舱室的扩散浓度可以维持在4%的安全浓度以下,且整个舱室的氢气浓度都可以保持在一个较低的水平,而继续增大通风量对氢气浓度的降低效果并不显著。

碳减排背景下氢燃料电池船舶发展现状及监管建议

为实现碳减排目标,航运业必须寻找更为清洁环保的船舶替代燃料,而零碳排放的氢能源电池将发挥巨大潜力。在介绍氢燃料电池船舶国内应用现状和技术规范基础上,分析氢燃料电池船舶的优势和面临的挑战,最后从海事管理机构的角度提出了对氢燃料电池船舶的监管建议。

船舶应用锂电池及热安全性研究

发展新能源船舶势在必行,在碳达峰碳中和战略目标的大背景下,船舶应用锂电池成为潮流。本文旨在梳理船舶应用锂电池船舶概况,聚焦提升船舶应用锂电池的热安全性,揭示在海船特殊环境下开展锂电池热安全性研究的重要意义,并提出利用实验结合模拟仿真改善锂电池本身方面热安全性的创新方法和具体措施,提升船舶应用锂电池的安全水平,以期能够为国内锂电池动力船舶的迭代发展和技术进步提供参考和借鉴。

一种船舶燃料电池空气增湿器装置设计

本文以燃料电池为研究对象,说明了燃料电池的工作原理及燃料电池增湿存在的问题或不足,总结出了燃料电池空气增湿器的设计要求,利用AutoCAD设计出了一种新型燃料电池空气增湿器装置,并介绍了其工作原理及主要组成零部件。最后从技术、结构、操作经济等方面论证了该新型燃料电池空气增湿器装置的可行性。结果表明,这种装置控制燃料电池反应空气湿度精准高效、可以根据控制电路自适应调节功率、可增加多个增湿器或空气导管进行扩展、节能环保等优点,具有很好的可行性。

磷酸铁锂电池动力技术在船舶上的应用进展

锂电池动力技术是绿色新能源船舶的重要发展方向,本文介绍磷酸铁锂电池在性能参数方面的特性,分析磷酸铁锂电池的工作原理及将磷酸铁锂电池应用于纯电池动力船舶所具有的优势。结合锂电池在船舶电力推进领域的应用与发展现状,对锂电池船舶的相关规范进行解读,分析限制锂电池船舶内河发展的因素,并提出相应的发展思路。

氨载氢燃料电池动力船舶技术方案

针对氢气在燃料电池动力船舶的储运难点,结合液氨的储运及成本优势,简要分析了采用氨载替代氢载在燃料电池动力船舶的优势,提出了氨载氢燃料电池动力船舶的技术方案,对燃料电池动力船舶的应用有一定的参考价值。

细水雾灭火在磷酸铁锂电池动力船舶上的应用

文章介绍了磷酸铁锂(LiFePO4)电池动力船舶上的电池热失控风险分阶段防控策略,明确了风险各阶段的划分和应对措施并分析了LiFePO4电池动力船上细水雾灭火系统主要技术参数对灭火效果的影响以及参数选定依据。结合实例,对兼具局部应用和全淹没方式的泵组开式细水雾灭火系统在LiFePO4电池动力船舶上的布置特点及其在电池热失控阶段的风险防控实施路径。对船用动力电池风险评估、细水雾灭火系统实体火灾模拟试验以及采用移动式高压细水雾灭火装置、手提式细水雾灭火器等,给出了相关规定的完善建议。

锂电池动力船舶研究进展

作为航运大国,我国船舶数量巨大且其中柴油机船舶占比较高,在“碳达峰和碳中和”战略目标牵引下,引入节能减排的纯电动船舶是大势所趋。锂电池(LIB)以能量密度高且安全性能好的优势在纯电动船舶储能系统中脱颖而出,目前锂电池船舶相关研究大多借鉴成熟的纯电动汽车技术,但两者运行需求与运行环境仍存差异,并不能一概而论,因此有必要对锂电池船舶的发展现状进行总结分析,梳理当前所面临的困难与挑战,为锂电池船舶的安全发展提供思路。基于对国内外锂电池船舶发展概况的调研,对船用锂电池性能优化和安全防护两方面的研究进展进行讨论,并对当前我国锂电池船舶发展利害因素进行梳理分析,着重分析船舶锂电池组管理系统及其面临的特有安全问题,对锂电池船舶今后的研究热点进行预测,以期能够为锂电池船舶安全研究提供有益的参考和借鉴。

氢燃料电池动力船舶技术标准现状分析与发展展望

随着全球能源与环境问题的日益突出,节能减排已成为各国共识。船舶航运业能耗与排放问题不容小觑,因此迫切需要应用清洁能源技术以实现航运业绿色低碳/零碳化发展。氢燃料电池动力船舶的发展,为航运业实现节能减排的目标带来了契机。目前,包括中国在内的多个国家正在积极推动氢燃料电池动力船舶的研究和示范应用,其中,完备的技术标准是相关产业发展的重要基础。然而,一方面,国内外船用氢能技术与法律规范体系尚未形成、标准系统分支不健全且核心标准缺失;另一方面,较为完善的车用氢能产业标准内容由于车船产业技术的固有差异并不完全适用于船舶体系等问题仍需解决。因此,基于氢燃料电池动力船舶的技术路线及产业链发展,系统梳理了氢燃料电池动力船舶的技术结构与国内外项目发展现状,分析了船级社氢燃料及氢燃料电池技术法规现状,调研统计、分类归纳、综合分析了国内外现行氢能标准;构建了以氢燃料电池动力船舶应用为主且涵盖了氢能制备、储运、加注等产业链环节的绿色航运体系;在绿色航运体系的框架下,对比了氢燃料电池动力车船的产业技术,结果发现氢燃料电池动力车船在应用场景、功率、储氢、加注设施等方面存在差异,在使用寿命、启动工况、空间要求、安装方式、通风和气密要求等方面也有明显异同。在此基础上,以氢燃料电池动力船舶标准体系构建、参考车用氢能标准的适用性、氢燃料电池动力船舶产业链核心标准专项制定、氢燃料电池动力船舶技术的安全性法规标准制订为主线,形成针对绿色航运体系下氢燃料电池动力船舶产业技术规范、认证和产品标准的发展框架与发展方向。

船舶锂电池LLZO/聚合物基固态电解质的构筑

为提高固态锂电池能量存储系统的安全性和体积能量密度,采用高温固相烧结法和溶液浇注法,以石榴石型氧化物固态电解质(典型分子式为Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO)为无机填料,将聚偏氟乙烯-六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene,PVDF-HFP)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)共混制备复合固态电解质PVDF-HFP/PMMA-LLZO。结果表明:固态电解质PVDF-HFP/PMMA-LLZO降低了聚合物体系的结晶度和抑制锂枝晶的形成,LLZO提供支撑基质有利于提高电解质的机械性能和离子电导率,当LLZO占整体复合固态电解质质量的30%时,PVDF-HFP/PMMA-LLZO中的离子电导率为9.58μS/cm。加入LLZO有利于提高复合聚合物PVDF-HFP/PMMA的锂离子电导率,提高热稳定性和机械性能。采用PVDF-HFP/PMMA-LLZO与LiFePO_(4)/Li制备固态锂电池,室温下,放电倍率为0.1 C时首次放电比容量为138.96 mAh/g,循环50次后放电比容量保持率为86%,放电倍率为0.2 C时放电比容量为152.7 mAh/g。LLZO/聚合物复合固态电解质的构筑可为船舶固态锂电池的应用提供借鉴与参考。

《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》部分条款解读

为促进业界对《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则》的准确理解和快速掌握,通过对比研究、案例分析、文献阅读等方法,分析《规则》出台的背景和意义,对其中的船舶布置、轮机、电气设备、控制监测与安全系统、消防、氢燃料储存和氢燃料加注等内容进行解读。《规则》的制定确保了氢燃料电池动力船舶符合安全和环保技术标准,标志着国内氢燃料电池动力船舶将正式进入工程化应用阶段。

燃料电池船舶舱内氢气泄漏扩散的数值模拟

利用FLUENT软件研究了不同条件下氢气在燃料电池船舶舱内的泄漏扩散规律和分布情况;基于瞬态气体泄漏扩散模型,运用数值模拟方法,建立了船舶舱内氢气泄漏扩散的数值模型,结合影响氢气泄漏扩散的不同因素,对比分析了泄漏位置、泄漏孔径和通风条件等因素对船舶舱内氢气泄漏扩散的影响,得到了不同条件下氢气在船舶舱内的扩散规律和分布情况。分析结果表明:船舶舱内氢气泄漏扩散过程包括初始喷射、浮力上升和湍流扩散;燃料电池舱的顶部角落和每排燃料电池发电系统之间的上部是氢气探测报警器的最佳安装位置,不同泄漏条件下氢气均在舱室顶部出现较多积聚;不同位置和不同孔径泄漏孔的危险性在泄漏初期存在差异,但随着泄漏的持续进行,风险演变规律相近,约60 s后泄漏点附近氢气浓度均接近100%;在燃料电池舱设置防爆型排风机,采用强制抽风措施加快氢气的外排,可以显著减少氢气向其他舱室的扩散,当抽风速度为1 m·s^(-1)时,氢气从燃料电池舱室排放到船舶舷外区域,没有氢气进入控制舱和乘客舱,可有效保障控制舱和乘客舱的安全;强制送风会加速氢气向船艉舱、控制舱和乘客舱的扩散,增大氢气的扩散范围,加剧了氢气泄漏的危险性。

纯电池动力船舶建造经验及发展现状

纯电池动力船舶指的是以蓄电池为推进电源的船舶,具备振动幅度小、运行噪音低、污染物质排放量少等应用特点,能够有效减少动力船舶带来的水污染和大气污染。为此,首先阐述了纯电池动力船舶国内外发展现状,其次总结了长江三峡通航管理局20米、30米级纯电池动力船舶建造经验及技术,以期为纯电池动力船舶建造及发展提供参考思路,从而推动航运业发展。

一种新型锂电池动力客船固定式灭火系统设计

通过对磷酸铁锂电池的安全性分析,找出磷酸铁锂电池的火灾特性,结合船舶检验工作实际经验,分析现有锂电池动力客船蓄电池舱固定式灭火系统存在的问题及安全隐患,提出一种新型固定式七氟丙烷系统设计方案。并在此基础上对安全等级为1的船舶电站的固定式灭火系统也提出了设计思路。

燃料电池动力船舶安全问题及对策探讨

随着航运业限排法规日益严格,燃料电池动力船舶成为各航运大国的研究热点。燃料电池主要以氢作为燃料,氢易燃易爆,如果在船上发生事故,又具有救援难度大,事故后果严重等特点。氢安全问题是燃料电池动力船舶商业化应用前首先要解决的问题。阐述氢能安全重点研究内容及研究现状,进而对在燃料电池船舶上应用氢能的安全性进行探讨,展望了氢能在船舶上的应用前景。