[发明专利]一种低碳船舶微电网及其分布式能源管理方法

说明书

本发明提供一种低碳船舶微电网及其分布式能源管理方法，涉及船舶节能减排及绿色能源开发利用技术领域，低碳船舶微电网包括碳捕集与碳封存系统，其中的碳捕集设备可以捕集传统化石能源燃烧后排放的二氧化碳，碳封存设备可以将捕集到的二氧化碳进一步进行处理，能够极大地减少船舶碳排放。本发明提出的低碳船舶微电网的分布式能源管理方法，以低碳船舶的运行成本经济性作为目标，运行成本包括船舶的发电成本和碳税成本，同时考虑船舶的负荷需求，使用动态规划算法，得到最优的低碳能源管理方案。满足船舶在复杂海洋环境下，能够低碳、经济、安全的运行。

技术领域

本发明涉及船舶节能减排及绿色能源开发利用技术领域，尤其涉及一种含有碳捕集与碳封存设备的低碳船舶微电网及其分布式能源管理方法。

背景技术

随着现代交通的快速发展，长途运输逐渐从公路运输转向未来水路运输，航运承担了世界百分之90的货物运输，航运业迎来了前所未有的机遇。但同时，船舶航行会带来更大的能源需求和碳排放。因此，实现船舶的低碳并研究其能源管理问题，对于实现双碳目标至关重要。据统计，在2020年航运业排放二氧化碳总量约占世界的2.4％。庞大的二氧化碳排放数量，只能通过航运业自身的减排努力来实现。

目前，在船舶降低碳排放的手段上，现有技术大多采用使用清洁能源降低船舶碳排放，但是由于清洁能源的不稳定性，船舶对于清洁能源的使用十分有限，船舶不得不使用化石能源以满足船舶的负荷需求。已有的研究，对于船舶排放到大气的二氧化碳并未进行处理。

另外，对于已有的船舶能源管理问题，大多学者采用集中式算法解决问题。但考虑到低碳船舶微电网所包含的大规模可再生能源，采用集中式控制器的集中式能源管理算法已不再适用。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种含有碳捕集与碳封存设备的低碳船舶微电网，船舶微电网包含碳捕集设备和碳封存设备，能够极大减少船舶碳排放。同时提出一种考虑使用碳税手段的船舶分布式能源管理方法，进一步减少船舶碳排放。本发明以船舶运行经济效益为目标，包括船舶发电成本与碳税成本，实现船舶在航行过程中的低碳、经济、安全运行。

为此，本发明提供了以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种低碳船舶微电网，包括碳捕集与碳封存系统、内燃机供能系统以及直流母线排；

所述碳捕集与封存系统包括碳捕集设备、碳封存设备、独立的可控DC/AC整流器、独立的空气断路器；所述碳捕集设备和碳封存设备和所述可控DC/AC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排的一端；

所述内燃机供能系统连接到所述直流母线排的另一端；

所述内燃机供能系统中的柴油内燃机与所述碳捕集设备输入端连接，所述碳捕集设备输出端与所述碳封存设备输入端连接；所述柴油内燃机发电产生的二氧化碳由所述碳捕集设备捕集处理，处理后的液态二氧化碳由所述碳封存设备处理。

进一步地，所述内燃机供能系统包括柴油内燃机、发电机、可控AC/DC整流器和空气断路器；所述柴油内燃机电能输出端与所述内燃机输入端连接；所述发电机和所述可控AC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

进一步地，所述低碳船舶微电网还包括：风力功能系统，所述风力供能系统包括风力涡轮机、独立的可控AC/DC整流器、独立的空气断路器；所述风力发电机组和所述可控AC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

进一步地，所述低碳船舶微电网还包括：光伏供能系统，所述光伏供能系统包括光伏太阳能板、独立的可控DC/DC整流器、独立的空气断路器；所述风力发电机组和所述可控DC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。