[实用新型]一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统

说明书

本实用新型提供一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，包括制氢系统、船舶电力供给系统和冷热能量回收换热循环系统；所述制氢系统包括依次连通的船用液氨储罐、流量调节阀组、气化器、压力调节阀组、干燥过滤器、氨气预热器、电加热器、氨催化分解氢分离单元、氢纯化器、氢冷却器和氢气压力流量控制阀组；所述船舶电力供给系统包括氢‑空气燃料电池、电动机螺旋桨和蓄电池；所述冷热能量回收换热循环系统包括余热锅炉和载冷剂泵；所述余热锅炉用于产生饱和蒸汽供应船舶辅机和客舱热量需求；所述载冷剂泵用于对船舶设备进行冷却以及供应船舶相关冷量需求。本实用新型解决了制氢‑储氢技术把制氢和储氢技术割裂开造成大量能源消耗的问题。

技术领域

本实用新型涉及液氨能源系统冷热电联产领域，具体而言，尤其涉及一种利用液氨载氢，催化制氢，燃料电池发电和回收利用该过程冷、热能量的氨能源船舶冷热电三联供复合系统。

背景技术

从2020年起，国际海事组织要求世界航运业施行低于0.5％的全球硫排放限制，而在2050年之前需要将船舶海事的碳排放量减少一半以上。这对于目前大部分使用重油的多硫、多颗粒物排放的船舶行业是一大挑战。环境污染和气候变暖给海洋环境带来了巨大的压力，因此在船舶冷热电系统中优化能源使用效率合理开发高效清洁能源以及其相关转化技术，是目前亟需解决的关键性问题。氢是一种完全清洁可再生终极能源，其热值约为汽油的3倍，远高于天然气且用于燃料电池仅产生水，可完全避免硫氧化物和颗粒物排放，可以预见未来30到50年内大部分船舶都会选用氢作为主要船用燃料。然而，自然状态下游离态氢存在量极少，如何经济低碳环保的富集纯化进而制造氢气从而使用是氢能源推广普及的一大难题。由于技术限制，目前大规模制氢过程(化石燃料重整、电解水以及生物制氢)要么存在污染排放量偏大，耗电量更高，安全性经济性较差等诸多问题。此外，生产后的储氢更是一大难题，例如车用压缩氢气需要生产设计压力为98MPa的储氢罐才能满足要求，液氢储运更加困难需要将氢气在-253℃进行液化，存罐技术难度材料要求更高。上述困难一直阻碍氢能在各种邻域的发展，急需寻找可替代的具有经济性储氢制氢的方法。

氨作为清洁可再生的含氢质量分数17.6％的有机物质，被广泛用于农工业基础性产品和化工原料，目前中国氨产量占世界三分之一，合成氨厂家网络分布全国，其生产技术成熟储运价格低廉。氨在600℃左右常压加入常规催化剂可完全裂解为氢气和氮气且转化率高达99.9％，具有非常大的产氢潜力。相比于氢，氨仅需在常压-33℃或者常温压力7bar左右就可液化，而且液氨的体积能量密度是液氢的1.53倍，在相同体积条件下能量储运率更高。目前，国内加氢站的氢气价格约70元每公斤，而液氨的价格约3000元每吨，其分解得到的氢气约16.7元每公斤，其中还没有对比氢和氨在储存、运输、分解等成本的差价。因此，氨作为载氢-制氢的原料气来源是一种极其有前途的技术形式。

总结目前现有的制氢-储氢技术都集中在高耗能以及高排放方面，纯粹的把制氢和储氢技术割裂开来，制出氢气后并没有进行后续的氢储运的技术衔接，以致后续的压缩、液化以及氢化物储运再次进行大量的能源消耗。这种技术模式导致整个制氢-储氢产业最后的用氢成本远大于化石燃料及相关治理排放的费用，而且用氢时的能源效率并没有抵消制氢-储氢时的能耗排放。

实用新型内容

根据上述提出现有的制氢-储氢技术把制氢和储氢技术割裂开来造成大量能源消耗的技术问题，而提供一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统。本实用新型颠覆性的以氢的储运为开端，制氢和流程内的冷热电联合利用为终端，打破了传统方法先制氢后储运的复杂过程和极高成本，本实用新型以富氢物液氨为储氢载体，通过液氨气化、氨气预热、加热、催化分解以及氢气纯化、燃料电池发电，废氮气换热、液氨气化冷热量回收利用等一系列的能量转换系统及方法，形成一套基于氨能源船舶的冷热电三联供综合系统。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，包括制氢系统、船舶电力供给系统和冷热能量回收换热循环系统；