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太阳能利用[6]:船舶应用

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发表于 2023-3-22 11:24:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
伴随双碳战略的推进实施,清洁高效的新能源在船舶能源动力系统的支撑应用已成大势所趋。太阳能的开发和利用,使船舶装备获得大量的补充能源,确保船舶安全航行,同时,可有效降低船舶发电机或主机的能量消耗。现阶段太阳能在船舶上的利用途径主要包括太阳能热利用和太阳能光伏利用。太阳能热利用系统将太阳能通过传热流体转化为热能,这部分热能可用于供热、发电、化学反应等,由于热能易于存储,所以可克服太阳能时变性和间歇性的缺点。光伏利用将太阳能直接转化为其他形式的能量,可以利用太阳能在船舶上发电。
(1)船舶光伏利用
船舶上安装光伏阵列系统,利用太阳能电池的光生伏特效应(半导体材料表面受到太阳光照射时,其内产生大量电子空穴对,在内建电场作用下运动并产生光生直流电,如图1),太阳辐射能可直接转变为电能。光伏发电技术应用广泛,相对其他技术发电效率较高,适合船舶上应用。
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图1 光生伏特效应原理图
太阳能船舶多利用太阳能作为辅助电力,动力源主要还是依靠燃油。尤其在大型船舶上,太阳能提供电量占全船总用电量的比重较低,不足8%。完全依靠太阳能提供动力的船舶为小型游船,如图2与图3,多出现在内河或内湖中,航速较低主要用作旅游观光等对航速要求不高的用途。可远洋航行的太阳能纯动力船,正处于探索阶段。
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图2 太阳能平板铺设(图源于网络)
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图3 太阳能电池板竖立放置(图源于网络)
(2)船舶太阳能热利用
太阳能可用于船体的储热,低温槽式太阳能的储热系统主要采取普通常见且技术应用较成熟的低凝固点双罐熔盐储热装置。图4展示了典型太阳能储热装置系统结构图,主要设备由槽式聚光设备、高温(低温)储热罐、油盐换热器、熔盐泵及管路、阀门等结构组成。当需要向外界释放热量时,储热介质经熔盐泵升压后由高温储热罐先流经换热器放热,再流回低温储热罐进行储存;相反地,则吸收太阳能的热量,通过电力补热器进行补热并加以存储。根据不同运行模式,可灵活适应外界气象变化等影响,完成必要的充/放热过程。其中,高温与低温储热罐是储热装置中最核心的设备。
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图4 储热装置系统图
太阳能在船舶上的开发利用,不仅可以缓解目前船舶能源高需求的问题,还可以缓解与船舶航行相关的环境污染问题,有利于保护海洋环境,促进海洋经济可持续性发展。近年来,国际海事组织对船舶的能耗及污染不断提高标准要求,太阳能在船舶上的热点应用则顺应了时代需求。可以预测,太阳能在船舶上的应用具有重要发展潜力。
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