船舶换电储能堆场及储能方法与流程

1.本发明涉及储能，更具体地说，涉及一种船舶换电储能堆场及储能方法。


背景技术：

2.目前，中国经济社会发展已全面进入绿色低碳转型时代。作为节能减排、减污降碳重点领域之一，航运业绿色低碳发展已成为迫切要求和未来发展趋势。
3.随着技术的进步，港口光伏电站、风力发电、工业峰谷电等多源绿色能源蓬勃发展，由于各绿色电源不同步、不稳定，难以充分发挥功效。近年，采用集装箱电池作为能源的电动船舶也逐渐应用于实际运营。船舶集装箱电池容量大(单电池约2mw)，现试运营短途单船约需要四个集装箱电池即总容量8mw。换电电动船舶的推广需解决船舶换电充电问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，提供一种船舶换电储能堆场及储能方法，其解决港口多源绿色能源异步大容量集中存储难题，满足电动船舶换电需求，同时提供港口设备用电。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种船舶换电储能堆场，包括多能源绿色能源、船舶换电储能堆场、电动船舶和港口设备；
6.所述船舶换电储能堆场内设置充电变电站和船舶集装箱电池，所述多能源绿色能源通过充电变电站对船舶集装箱电池进行充电，所述船舶集装箱电池用于电动船舶的换电，所述船舶集装箱电池提供港口设备用电。
7.按上述方案，所述多能源绿色能源包括港口光伏电站、港口风电和工业峰谷电。
8.按上述方案，所述船舶集装箱电池露天成组堆放形成储能容量。
9.按上述方案，所述船舶集装箱电池在堆场内纵向成组设置，相邻的所述船舶集装箱电池之间设置装卸通道，所述船舶集装箱电池外侧设置装卸通道。
10.按上述方案，所述通道宽度约10～20m，所述船舶集装箱电池与充电变电站的地点防火距离不小于30m。
11.按上述方案，所述充电变电站包括开闭所和充电系统，所述开闭所内设高压配电室、低压配电室、变流器室、直流屏室和值班室，所述开闭所外部堆场设置直流充电堆，所述充电变电站通过设置多台充电储能装置，所述充电变电站通过控制模块控制充电储能装置内部断路器的开关来实现港口光伏电站、港口风电、工业峰谷电的多种模式的有选择的充电。
12.按上述方案，所述船舶集装箱电池和集装箱电池落位点设置位置传感器。
13.本发明还提供一种船舶换电储能堆场的储能方法，包括以下步骤：
14.s1、通过船舶换电储能堆场管理系统获取船舶进出港计划、船舶换电计划，查询堆场现有集装箱电池储能充电情况，确定集装箱电池充电需求；
15.s2、根据专业天气预报获取光照、风的情况，预测港口光伏电站、港口风能的最大
输出功率信息；
16.s3、根据港口光伏电站、港口风能的最大输出功率信息与船舶集装箱电池充电所需功率值的大小关系、电网电价信息与预定电价阈值的大小关系、换电充电时间要求，对比港口能耗管理系统数据，确定储能充电计划，满足充电需求的同时尽可能选择夜晚低电价、港口耗能较少时进行；
17.s4、根据储能充电计划，采用先进先出的原则控制电池储能充电。
18.s5、根据充电状况反馈，重复前述步骤，不断修正运行。
19.实施本发明的船舶换电储能堆场及储能方法，具有以下有益效果：
20.本发明采用这样的结构设置，解决港口多源绿色能源异步大容量集中存储难题，满足电动船舶换电需求，同时提供港口设备用电，提高能源存储及综合使用效率，集约节约电池投入降低工程投资，具有良好的经济性和实用性。
附图说明
21.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
22.图1是本发明船舶换电储能堆场及储能方法的原理示意图；
23.图2是本发明的实施例的示意图；
24.图3是船舶换电储能堆场管理系统示意图；
25.图4是本发明的充电变电站原理图；
26.图5是本发明船舶换电储能堆场的储能方法的流程图；
27.图6是本发明的储能充电控制装置示意图；
28.图7是典型应用场景平面结构示意图；
29.图8是典型应用场景断面结构示意图；
30.图中：1、多源绿色能源，11、港口光伏电站、12、港口风电、13、工业峰谷电，2、船舶换电储能堆场，21、充电变电站，22、船舶集装箱电池，23、集装箱正面吊，24、集装箱运输车，3、船舶换电储能堆场管理系统，4、电动船舶，5、港口设备，6、港口吊机，7、码头。
具体实施方式
31.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
32.如图1-8所示，本发明的船舶换电储能堆场包括多能源绿色能源1、船舶换电储能堆场2、电动船舶4和港口设备5；船舶换电储能堆场2内设置充电变电站21和船舶集装箱电池22，多能源绿色能源1通过充电变电站21对船舶集装箱电池22进行充电，船舶集装箱电池22用于电动船舶4的换电，船舶集装箱电池22提供港口设备5用电。充电完成的船舶集装箱电池22用于电动船舶4换电，堆场内已充电完成的船舶集装箱电池22通过充电变电站21变电提供港口设备5用电。电动船舶4新换下的船舶集装箱电池22进入船舶换电储能堆场2循环充电储能。多能源绿色能源1包括港口光伏电站11、港口风电12和工业峰谷电13。船舶集装箱电池22露天成组堆放形成储能容量。
33.船舶集装箱电池22在堆场内纵向成组设置，相邻的船舶集装箱电池22之间设置装卸通道，船舶集装箱电池22外侧设置装卸通道。船舶集装箱电池22采用集装箱正面吊23、集
装箱运输车24进行装卸运输，通道宽度约10～20m。船舶集装箱电池22属于第9类危险货物集装箱，船舶集装箱电池22与充电变电站21或其他明火或散发火花的地点防火距离不小于30m。船舶换电储能堆场2中，船舶集装箱电池22可采用其他成组布置型式，集装箱正面吊23亦可使用其他装卸机械设备代替，便于使用满足装卸要求即可。
34.船舶换电储能堆场2设置船舶换电储能堆场管理系统3，可实现船舶进出港计划管理、船舶换电计划管理、集装箱电池智能储能充电调度、船舶集装箱电池堆场策划、堆场配置箱位查询、箱位管理、箱位情况图形化显示、可视化监管等功能。船舶换电储能堆场管理系统3包括硬件和软件两部分，其中硬件主要包括服务器、数据库等，软件主要包括船舶管理、换电计划管理、集装箱电池智能储能充电调度系统、堆场管理、统计分析、系统管理等子系统。当软件运行时，可实现堆场智能储能充电调度、堆场装卸堆存的智能调度。
35.充电变电站21包括开闭所和充电系统，开闭所内设高压配电室、低压配电室、变流器室、直流屏室和值班室，开闭所外部堆场设置直流充电堆，充电变电站21通过设置多台充电储能装置，充电变电站21通过控制模块控制充电储能装置内部断路器的开关来实现港口光伏电站11、港口风电12、工业峰谷电13的多种模式的有选择的充电。船舶集装箱电池22和集装箱电池落位点设置位置传感器。
36.船舶电池充电变电站21由开闭所和充电系统组成，船舶电池充电变电站21可以通过设置多台充电储能装置，通过控制模块控制充电储能装置内部断路器的开关来实现港口光伏电站11、港口风电12、工业峰谷电13多种模式的有选择的充电。每套充电系统采用三绕组变压器为双向储能变流器供电，匹配大功率直流充电堆，满足电池集装箱同时充电需求。开闭所内设高压配电室、低压配电室、变流器室、直流屏室、值班室等。直流充电堆布置在开闭所外部堆场附近，采用双插头为集装箱电池充电。
37.本发明的应用场景为：港口光伏电站11、港口风电12、工业峰谷电13等多能源绿色能源1通过充电变电站21给船舶集装箱电池22进行充电。充电完成的船舶集装箱电池22由集装箱正面吊23装载于集装箱运输车24，运输至码头7，采用港口吊机6安放于电动船舶4，新换下的船舶集装箱电池22通过集装箱运输车24运输至堆场，由集装箱正面吊23卸至堆场，完成船舶换电作业。堆场内已充电完成的船舶集装箱电池22通过充电变电站21变电提供港口设备5用电。
38.本发明的船舶集装箱电池22换电操作：根据船舶集装箱的堆放的区域和层高，在船舶集装箱电池22和集装箱电池落位点安装位置传感器，换电时，船舶集装箱电池22通过四角设置的通讯装置，准确告知港口吊机6当前吊装方位，引导港口吊机6操作人员准确将船舶集装箱电池22吊至正确位置，通过船舶艉部甲板上安装的集装箱引导支架上的导向轨将船舶集装箱电池22进行精确落位，并通过方舱设置的导引槽，小幅度地纠偏船舶集装箱电池22，使其顺利进入预定位置。落吊过程既有传感器定位，也有导向轨引导，保证吊装落位精准。集装箱正面吊23可将电池从集装箱运输车24卸下，布置在充电指定位置，方便船舶集装箱电池22装卸。
39.本发明还提供一种船舶换电储能堆场2的储能方法，包括以下步骤：
40.s1、通过船舶换电储能堆场2管理系统获取船舶进出港计划、船舶换电计划，查询堆场现有集装箱电池储能充电情况，确定集装箱电池充电需求；
41.s2、根据专业天气预报获取光照、风的情况，预测港口光伏电站11、港口风能的最
大输出功率信息；
42.s3、根据港口光伏电站11、港口风能的最大输出功率信息与船舶集装箱电池22充电所需功率值的大小关系、电网电价信息与预定电价阈值的大小关系、换电充电时间要求，对比港口能耗管理系统数据，确定储能充电计划，满足充电需求的同时尽可能选择夜晚低电价、港口耗能较少时进行；
43.s4、根据储能充电计划，采用先进先出的原则控制电池储能充电。
44.s5、根据充电状况反馈，重复前述步骤，不断修正运行。
45.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种船舶换电储能堆场，其特征在于，包括多能源绿色能源、船舶换电储能堆场、电动船舶和港口设备；所述船舶换电储能堆场内设置充电变电站和船舶集装箱电池，所述多能源绿色能源通过充电变电站对船舶集装箱电池进行充电，所述船舶集装箱电池用于电动船舶的换电，所述船舶集装箱电池提供港口设备用电。2.根据权利要求1所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述多能源绿色能源包括港口光伏电站、港口风电和工业峰谷电。3.根据权利要求1所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述船舶集装箱电池露天成组堆放形成储能容量。4.根据权利要求3所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述船舶集装箱电池在堆场内纵向成组设置，相邻的所述船舶集装箱电池之间设置装卸通道，所述船舶集装箱电池外侧设置装卸通道。5.根据权利要求4所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述通道宽度约10～20m，所述船舶集装箱电池与充电变电站的地点防火距离不小于30m。6.根据权利要求1所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述充电变电站包括开闭所和充电系统，所述开闭所内设高压配电室、低压配电室、变流器室、直流屏室和值班室，所述开闭所外部堆场设置直流充电堆，所述充电变电站通过设置多台充电储能装置，所述充电变电站通过控制模块控制充电储能装置内部断路器的开关来实现港口光伏电站、港口风电、工业峰谷电的多种模式的有选择的充电。7.根据权利要求1所述的船舶换电储能堆场，其特征在于，所述船舶集装箱电池和集装箱电池落位点设置位置传感器。8.一种权利要求1-7任意一项所述船舶换电储能堆场的储能方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过船舶换电储能堆场管理系统获取船舶进出港计划、船舶换电计划，查询堆场现有集装箱电池储能充电情况，确定集装箱电池充电需求；s2、根据专业天气预报获取光照、风的情况，预测港口光伏电站、港口风能的最大输出功率信息；s3、根据港口光伏电站、港口风能的最大输出功率信息与船舶集装箱电池充电所需功率值的大小关系、电网电价信息与预定电价阈值的大小关系、换电充电时间要求，对比港口能耗管理系统数据，确定储能充电计划，满足充电需求的同时尽可能选择夜晚低电价、港口耗能较少时进行；s4、根据储能充电计划，采用先进先出的原则控制电池储能充电。s5、根据充电状况反馈，重复前述步骤，不断修正运行。

技术总结
本发明涉及一种船舶换电储能堆场，包括多能源绿色能源、船舶换电储能堆场、电动船舶和港口设备；所述船舶换电储能堆场内设置充电变电站和船舶集装箱电池，所述多能源绿色能源通过充电变电站对船舶集装箱电池进行充电，所述船舶集装箱电池用于电动船舶的换电，所述船舶集装箱电池提供港口设备用电。本发明解决了港口多源绿色能源异步大容量集中存储难题，满足电动船舶换电需求，同时提供港口设备用电，提高能源存储及综合使用效率，集约节约电池投入降低工程投资，具有良好的经济性和实用性。具有良好的经济性和实用性。具有良好的经济性和实用性。


技术研发人员：王炜正 黄高新 熊伟 肖乾 战辉 汪文诚 宋龙超 赵雅文 张淼 周玥 马涛
受保护的技术使用者：中交第二航务工程勘察设计院有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/8/28