一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構及補給方式技術方案

一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構，包括充電站耐壓殼體，所述充電站耐壓殼體的內部依次串聯有二氧化碳工質換熱器

【技術實現步驟摘要】
一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構及補給方式


[0001]本專利技術涉及深海儲能設備
，尤其是一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構及補給方式
。

技術介紹

[0002]水下無人潛航器，英文名
Unmanned underwater vehicle
，是沒有人駕駛
、
靠遙控或自動控制在水下航行的器具，主要指那些代替潛水員或載人小型潛艇進行深海探測
、
救生
、
排除水雷等高危險性水下作業的智能化系統
。
因此，無人潛航器也被稱為“潛水機器人”或“水下機器人”。
[0003]由于其儲能有限，必須依賴定期充電補充能源
。
如采取母船布放和回收方式充電需耗費較多的維護時間和成本，限制了無人潛航器在水下的實際航行距離和任務執行能力
。
因此，有必要采用海底充電站等水下能源補給設施，在無人潛航器執行任務間隙進行充電，以實現水下長效補給
。
發展海底固定式充電站對于拓展
UUV
的航行范圍及作業能力具有重要意義
。
[0004]目前已提出的固定式水下充電站的能量儲存及供給方式主要有蓄電池
、
燃料電池
、
核動力裝置等
。
[0005]蓄電池是水下儲能的主要方式，水下充電站也較多采用蓄電池進行能量儲存
。
現有技術中提出了一種利用波浪能發電的水下充電站，將利用波浪能發出的電能儲存在鋰電池中，為水下無人潛航器供電
。
但是，目前高能量密度的蓄電池均存在一定的安全風險，外力撞擊等造成破損時容易發生劇烈反應
。
同時蓄電池存在一定的自放電速率，長時間儲存會出現較大的電能損失
。
[0006]燃料電池具有能量密度大
、
效率高等優勢
。
現有技術中還提出了使用燃料電池作為儲能系統的水下充電站技術方案
。
燃料電池作為儲能裝置雖然具有較高的能量密度，但其燃料存在一定安全性風險；同時，燃料電池系統復雜，運行條件較為苛刻，需要定期開展維護，難以在海底長期無人值守的條件下長期運行
。
[0007]核動力具有一次裝料可工作較長時間，可輸出較大功率等特點
。
現有技術中還提出了水下核能充電站的技術方案，該方案使用潛艇布放于海底，由一個
24MW
核反應堆供電，配置發電機
、
儲電裝置和配電設備等組成海底充電網絡進行水下充電
。
但是核動力裝置系統復雜，安全性要求高，系統可靠性難以滿足無人值守的要求，水下定期維護難度較大
。
[0008]由以上分析可見：現有技術利用蓄電池
、
燃料電池
、
核動力等作為海底充電站儲能手段，均存在較大的技術難度及風險
。
同時，現有海底充電站方案均依賴水下作業進行補給重整，使得使用成本大大升高
。

技術實現思路

[0009]本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構及補給方式，從而可以以化學性質穩定的液態二氧化碳等液化氣體作為儲能
介質，在具有較高儲能密度的同時不存在燃燒
、
爆炸等風險，且可實現水面重整補給，降低了使用風險和成本
。
[0010]本專利技術所采用的技術方案如下：
[0011]一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構，包括充電站耐壓殼體，所述充電站耐壓殼體的內部依次串聯有二氧化碳工質換熱器
、
工質膨脹機
、
二氧化碳膨脹機
、
發電機和蓄電池，二氧化碳工質換熱器還連接工質泵，工質泵與工質膨脹機之間安裝有工質加熱器，所述二氧化碳工質換熱器和二氧化碳膨脹機之間安裝有二氧化碳汽化器，所述工質加熱器和二氧化碳汽化器均位于充電站耐壓殼體的外部，充電站耐壓殼體的外部還設置有充電接口和排放閥；所述充電站耐壓殼體的外部設置有液化氣體儲罐，所述液化氣體儲罐的底部通過對接裝置安裝有水下絞車，對接裝置與水下絞車直接通過導引線纜連接，液化氣體儲罐與充電站耐壓殼體內部之間通過管路連通，管路上安裝供氣閥
。
[0012]其進一步技術方案在于：
[0013]所述液化氣體儲罐用于二氧化碳的供應與補給
。
[0014]所述液化氣體儲罐中存儲液態二氧化碳或其他液化氣體
。
[0015]所述工質加熱器和二氧化碳汽化器利用海水熱量進行換熱
。
[0016]一種用液化氣體儲能的深海充電站系統結構的補給方式，包括如下操作步驟：
[0017]第一步：當液化二氧化碳消耗殆盡；
[0018]第二步：運維船航行至附近的海面；
[0019]第三步：關閉供氣閥，對接裝置松脫，水下絞車釋放導引線纜；
[0020]第四步：由于液化氣體儲罐內的液化二氧化碳已消耗殆盡，液化氣體儲罐利用自身的浮力上浮到海面；
[0021]第五步：液化氣體儲罐到達水面后，運維船在海面完成液化氣體儲罐的更換；
[0022]第六步：當液化氣體儲罐更換完成后，水下絞車牽引導引線纜，引導液化氣體儲罐向海底充電站位置下潛，并最終在導引線纜牽引下使得液化氣體儲罐與對接裝置的連接，完成液化氣體儲罐的補給工作，供后水下充電繼續使用
。
[0023]本專利技術的有益效果如下：
[0024]本專利技術結構緊湊
、
合理，操作方便，利用液化氣體作為儲能介質，由于液化氣體化學性質穩定，在具有較高儲能密度的同時不存在燃燒
、
爆炸等風險
。
[0025]液化氣體儲能系統相對簡單，運行可靠性高，可滿足無人值守需求
。
[0026]由于使用特有的儲存形式，消耗殆盡的液化氣體儲罐可以直接利用浮力上浮到海面，從海面完成液化氣體重整補給，避免了高難度的水下作業，使得補給維護的成本大大降低
。
附圖說明
[0027]圖1為本專利技術的結構示意圖
。
[0028]圖2為本專利技術的應用圖
。
[0029]其中：
1、
液化氣體儲罐；
2、
工質泵；
3、
工質加熱器；
4、
工質膨脹機；
5、
二氧化碳工質換熱器；
6、
二氧化碳汽化器；
7、
二氧化碳膨脹機；
8、
發電機；
9、
蓄電池；
10、
水下絞車；
11、
供氣閥；
12、
充電接口；
13、
排放閥；
14、
充電站耐壓殼體；
15、
對接裝置；
16、
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種利用液化氣體儲能的深海充電站系統結構，其特征在于：包括充電站耐壓殼體
(14)
，所述充電站耐壓殼體
(14)
的內部依次串聯有二氧化碳工質換熱器
(5)、
工質膨脹機
(4)、
二氧化碳膨脹機
(7)、
發電機
(8)
和蓄電池
(9)
，二氧化碳工質換熱器
(5)
還連接工質泵
(2)
，工質泵
(2)
與工質膨脹機
(4)
之間安裝有工質加熱器
(3)
，所述二氧化碳工質換熱器
(5)
和二氧化碳膨脹機
(7)
之間安裝有二氧化碳汽化器
(6)
，所述工質加熱器
(3)
和二氧化碳汽化器
(6)
均位于充電站耐壓殼體
(14)
的外部，充電站耐壓殼體
(14)
的外部還設置有充電接口
(12)
和排放閥
(13)
；所述充電站耐壓殼體
(14)
的外部設置有液化氣體儲罐
(1)
，所述液化氣體儲罐
(1)
的底部通過對接裝置
(15)
安裝有水下絞車
(10)
，對接裝置
(15)
與水下絞車
(10)
直接通過導引線纜
(16)
連接，液化氣體儲罐
(1)
與充電站耐壓殼體
(14)
內部之間通過管路連通，管路上安裝供氣閥
(11)。2.
如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒文天，羿琦，招聰，肖友軍，張萬良，
申請(專利權)人：中國船舶科學研究中心，
類型：發明
國別省市：