本發明涉及一種lng動力船的分布式能源系統及控制方法，具體是為了實現能源的高效利用，以lng汽化產生的巨額冷量和燃燒產生的大量熱量作為船舶艙室的電、動、冷、熱系統的冷熱源，提高了能源的利用效率，節約資源，同時起到保護環境的作用，屬于分布式能源系統領域。

背景技術：

近年來，隨著天然氣產業的迅猛發展，天然氣高效利用已成為研究熱點。我國的能源政策和一次能源比例形式決定了天然氣使用將是未來幾年大力發展的優勢產業，分布式能源系統無疑是其中重點。分布式能源系統的優勢在于引進高效冷熱電機組，實現燃氣、電、熱、冷的最優匹配，從而實現能量的梯級利用，較大程度地實現節能減排，同時對于環境保護具有重大現實意義。

對于本系統，首先應將lng的巨額冷能合理利用，其次要考慮如何完善系統的余熱回收部分，最主要的是要在保證系統能源穩定、持續供應的前提下，提高系統的操作彈性，使得系統在各種工況下均能保持較高的能源有效利用率，并且最終使得能源的綜合利用效率達到68％以上。

目前，船用余熱回收系統基本上使用簡單低效的系統。申請號為201620689534.4的專利公開了一種lng分布式能源氣化冷熱回收系統，該系統主要由lng儲存單元、輸送管路、冷熱回收單元、輸送泵、燃氣內燃機發電單元、供電管線、高溫煙氣管道、循環管路組成；所述lng輸送單元通過輸送管路連接到冷熱回收單元上，冷熱回收單元通過輸送管路連接到燃氣內燃發電機單元上，燃氣內燃發電機單元再通過輸送泵和循環管路連接到冷熱回收單元上，冷熱回收單元再通過循環管路連接到燃氣內燃發電機單元上，燃氣內燃發電機單元設置有連接到分布式能源的供電管線和高溫煙氣管道。它回收利用燃氣內燃機高溫缸套水的熱能與低溫lng進行換熱，并將釋放的冷量進行吸收和利用，該系統雖利用lng汽化所釋放的冷量，但該系統中直接使用燃氣內燃機高溫缸套水作為載冷劑，在換熱器中與lng進行熱交換，由于lng汽化時顯熱交換溫差能達到170～200℃，可能使得進行熱交換的缸套水水吸收過多冷量而降溫過多，使得無法再次進入燃氣內燃機高溫缸套水中進行循環使用，同時該系統并未有效的利用lng汽化的冷能和燃燒后的余熱。

申請號為201610880726.8的專利公開了一種發動機余熱綜合回收系統，主要包括有發動機高品位能回收系統與溴化鋰吸收式循環制冷(熱)系統。所述的發動機高品位能回收系統包括發動機尾氣排出管、工質泵、蒸發換熱器、單螺桿膨脹機、發電機、冷凝器ⅰ以及發動機尾氣乏氣排出管，其中所述的蒸發換熱器(實質就是管殼式換熱器)連接于發動機尾氣排出管，蒸發換熱器出口連接于發電機組，發電機組由單螺桿膨脹機與發電機組成，單螺桿膨脹機與冷凝器ⅰ入口相連，冷凝器ⅰ出口與工質泵連接，工質泵與所述的蒸發換熱器入口相連，其中工質泵為整個發動機高品位能回收系統提供動力；所述的溴化鋰吸收式循環制冷(熱)系統主要包括吸收器、溶液泵、溶液熱交換器、發生器1、發生器2、冷凝器ⅱ、節流閥、蒸發器、接發動機冷卻水管、接發動機尾氣乏氣排氣管以及截止閥a、b、c、d，其中所述的接發動機尾氣乏氣排氣管與發生器1連接，所述的接發動機冷卻水管與發生器2連接，發生器1與發生器2并聯組成發生器單元，并聯后的發生器單元與閥組—冷凝器單元、閥組—蒸發器單元相連，閥組—冷凝器單元由截止閥a、b、節流閥、冷凝器ⅱ組成，其中冷凝器ⅱ的前后串聯有截止閥a與節流閥，截止閥b并聯于冷凝器ⅱ、截止閥a與節流閥，組成閥組—冷凝器單元；閥組—蒸發器單元由截止閥c、d、蒸發器組成，其中蒸發器的前端串聯有截止閥c，截止閥d并聯于蒸發器上，整個閥組—冷凝器單元和閥組—蒸發器共同組成閥組—冷凝器—蒸發器單元，實現系統供熱或供冷以及即不供熱也不供冷的要求。其中蒸發器與吸收器相連，吸收器后連接有溶液泵，溶液泵與溶液熱交換器連接，溶液泵為整個溴化鋰吸收式循環制冷(熱)系統提供動力，其中發生器單元還通過溶液熱交換器與吸收器相連，共同組成整個溴化鋰吸收式循環制冷(熱)系統。該系統在制熱時運行方式為開啟截止閥b，和截止閥c，關閉截止閥a與截止閥d，此時冷劑蒸汽只流過蒸發器，達到單獨制冷的目的。存在明顯錯誤，冷劑蒸汽進入蒸發器實現蒸發吸熱制冷的效果無法實現。該系統所述在開啟截止閥b和d，關閉截止閥a和c，此時冷劑蒸汽不流過冷凝器ⅱ與蒸發器，達到既不制冷也不制熱的目的，并未考慮進入吸收器內冷劑水的溫度以及吸收過程產生的大量熱量，以至于整個系統運行必定存在缺陷。

技術實現要素：

本發明專利目的是針對上述現有技術的缺陷和問題，通過合理利用lng動力船中lng從-163℃升溫到燃燒溫度時釋放的冷能以及lng燃燒時釋放的熱量，提供一種既能滿足lng汽化量又能滿足船舶艙室的電、動、冷、熱的需求，提高能源的利用效率，降低船舶系統的能源消耗，提升船舶整體運營的經濟性和環保性。

本發明是將lng動力船中lng汽化及燃燒產生的大量能量和船舶電力系統、動力系統以及空調系統的制冷/供熱進行有機整合，利用lng汽化時釋放的巨額冷能，作為驅動蒸氣輪機發電的冷源，滿足船舶艙室供電需求；利用lng燃燒室產生的大量熱量，作為船舶主機動力系統運行的能量來源，滿足船舶動力需求；利用lng燃燒后產生大量的余熱作為夏季工況下溴化鋰吸收式制冷/供熱系統以及lng再升溫的熱源，以滿足燃燒所需lng量和船舶系統制冷/供熱需求，達到能源利用效率的最優化。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種lng動力船的分布式能源系統，包括lng汽化系統，冷能發電回路，熱回收回路和溴化鋰吸收式制冷/供熱回路；其中，所述lng汽化系統依次由lng儲液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進口e、出口g，第四電控閥門22和船舶主輔機冷卻系統25通過管道依次連接構成；所述冷能發電回路依次由lng汽化器4的出口b，冷媒儲罐3，冷媒循環泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機9，第二電控閥門8和lng汽化器4的進口d通過管道依次連接構成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機冷卻系統25的缸套水出口j，循環泵26，第二電控三通閥門27，發生器18的進口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐24，船舶主輔機冷卻系統25的缸套水進口i，通過管道依次連接構成；所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路，由發生器18的出口n，冷凝器20，第一電控三通閥門19，節流閥17，蒸發器15，吸收器12，溶液泵13，溶液熱交換器16和發生器18的進口m通過管道依次連接構成。

進一步優選，所述的lng汽化器4為lng梯級汽化器。

進一步優選，所述的冷媒儲罐3中裝有相變冷媒，所述相變冷媒為r1270或r407c。

進一步優選，所述的第一換熱器6為板式換熱器。

進一步優選，所述的冷凝器20與節流閥17之間還設有第一電控三通閥門19。

進一步優選，所述的發生器18的出口q與所述溶液熱交換器16之間和所述溶液熱交換器16與所述吸收器12之間均通過管道相連通。

進一步優選，所述的吸收器12通過管道與所述的冷凝器20相連通。

進一步優選，所述的第一電控三通閥門19通過管道連通所述吸收器12和所述蒸發器15之間的管道。

本發明的一種lng動力船的分布式能源系統的工作方法，包括如下幾種工作模式：

(1)所述lng汽化系統的汽化方式：lng儲液罐1內的lng經lng低溫泵2由lng汽化器4的進口a進入換熱器與冷媒進行換熱，汽化成天然氣后由lng汽化器4的出口c，經第一電控閥門7進入第二換熱器11的入口e，與缸套水換熱再升溫，從第二換熱器11的出口g經第四電控閥門22進入船舶主輔機系統的燃燒室燃燒，為船舶提供動力；

(2)所述冷能發電回路的發電方式：冷媒由lng汽化器4的入口d進入換熱器與lng進行換熱，從lng汽化器4出口b出來的低溫冷媒進入冷媒儲罐3，由冷媒循環泵5送入第一換熱器6與海水進行換熱，升溫成高壓蒸氣進入蒸氣輪機9進行發電，乏氣經第二電控閥門8進入lng汽化器4的入口d；

(3)所述熱回收回路的回收方式：汽化后的lng進入船舶主輔機系統的燃燒室燃燒做功后會產生大量余熱，船舶主輔機冷卻系統25中的缸套水通過循環泵26，進入第二電控三通閥門27分成兩股，一股直接流入三通接頭23另一股進入發生器18的入口k，驅動溴化鋰吸收式制冷/供熱系統，由發生器18的出口l出來經過第三電控閥門10流入第二換熱器11的入口f與ng進行換熱，經第二換熱器11的出口h流過三通接頭23與第二電控三通閥門27直接流入三通接頭23的一股交匯，流經緩沖罐24進入船舶主輔機系統冷卻系統25；

(4)所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路的制冷/供熱方式：由發生器18出口n出來的高溫高壓水蒸氣在冷凝器20中與供熱回路21中的預熱水進行換熱，冷凝成高壓液體，同時釋放出冷凝熱量(實現夏季供熱水冬季供暖供熱水)，夏季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19流入節流閥17進行節流降溫，節流到蒸發壓力，進入蒸發器15中，低壓液體在蒸發器15中蒸發成低壓水蒸氣，并同時從外界吸收熱量(實現制冷)然后進入吸收器12,冬季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19進行節流，然后直接流向吸收器12而不經過節流閥17和蒸發器15；在吸收器12中，用溴化鋰濃溶液吸收過來的低壓水蒸氣或一定壓力的液體，形成稀溴化鋰-水溶液并放出大量的吸收熱，供熱回路21的低溫水進入吸收器12與其進行換熱實現預熱，然后預熱水流入冷凝器20；低溫稀溴化鋰-水溶液經溶液泵13升壓后，進入溶液熱交換器16與高溫濃溴化鋰溶液換熱升溫，然后由發生器18的入口m進入，在發生器18中，該稀溴化鋰-水溶液被加熱、沸騰，其中沸點低的制冷劑水氣化成高壓水蒸氣，與吸收劑分離。然后水蒸氣去冷凝器20液化，溴化鋰濃溶液由發生器18的出口q進入溶液熱交換器16降溫，然后返回吸收器12再次吸收制冷劑。

本發明的優點和有益效果

1、本發明的主要功能是將lng汽化過程與船舶供電系統和空調系統供冷供熱需求進行有機整合，利用lng汽化時釋放的巨額冷能，作為船舶供電系統的冷源，并且將汽化后的lng送入船舶主機動力系統燃燒后產生的大量余熱進行回收，以滿足空調用戶端制冷/供熱和ng再升溫需求，以達到能源利用效率的最優化。

2、本發明系統簡單，控制方便，且合理利用lng汽化冷能和燃燒熱能，不但解決了常規lng動力船舶運行時電力需求問題，同時通過有效余熱回收，解決船舶空調制冷/供熱需求，使得系統整體工作效率顯著提高，實現燃氣、電、熱、冷的最優匹配，從而實現能量的梯級利用，并且最終使得能源的綜合利用效率達到68％以上，較大程度地實現節能減排，同時對于環境保護具有重大現實意義。

附圖說明

圖1為專利發明一種lng動力船的分布式能源系統的結構原理圖。

圖中：1.lng儲液罐，2.lng低溫泵，3.冷媒儲罐，4.lng汽化器，5.冷媒循環泵，6.第一換熱器，7.第一電控閥門，8.第二電控閥門，9.蒸氣輪機，10.第三電控閥門，11.第二換熱器，12.吸收器，13.溶液泵，14.制冷用戶，15.蒸發器，16.溶液熱交換器，17.節流閥，18.發生器，19.第一電控三通閥門，20.冷凝器，21.供熱回路，22.第四電控閥門，23.三通接頭，24.緩沖罐，25.船舶主輔機冷卻系統，26.循環泵，27.第二電控三通閥門。

具體實施方式

下面結合附圖1和具體實施例對本專利發明作進一步的詳細說明。

如附圖1所示，為本發明的一種lng動力船的分布式能源系統，包括lng汽化系統，冷能發電回路，熱回收回路，溴化鋰吸收式制冷/供熱回路；所述lng汽化系統依次由lng儲液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進口e、出口g，第四電控閥門22通過管道依次連接構成；所述冷能發電回路依次由lng汽化器4的進口d、出口b，冷媒儲罐3，冷媒循環泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機9，第二電控閥門8通過管道依次連接構成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機冷卻系統25的缸套水進口i、出口j，循環泵26，第二電控三通閥門27，發生器18的進口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐(24)通過管道依次連接構成；所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路，由發生器18的進口m、出口n，冷凝器20，第一電控三通閥門19，節流閥17，蒸發器15，吸收器12，溶液泵13，溶液熱交換器16通過管道依次連接構成。

工作方式：

lng汽化系統：lng儲液罐1內的lng經lng低溫泵2由lng汽化器4的進口a進入換熱器與冷媒進行換熱，汽化成天然氣后由lng汽化器4的出口c，經第一電控閥門7進入第二換熱器11的入口e，與缸套水換熱再升溫，從第二換熱器11的出口g經第四電控閥門22進入船舶主輔機系統的燃燒室燃燒，為船舶提供動力。

冷能發電回路：冷媒由lng汽化器4的入口d進入換熱器與lng進行換熱，從lng汽化器4出口b出來的低溫冷媒進入冷媒儲罐3，由冷媒循環泵5送入第一換熱器6與海水進行換熱，升溫成高壓蒸氣進入蒸氣輪機9進行發電，乏氣經第二電控閥門8進入lng汽化器4的入口d。

熱回收回路：汽化后的lng進入船舶主輔機系統的燃燒室燃燒做功后會產生大量余熱，船舶主輔機冷卻系統25中的缸套水通過循環泵26，進入第二電控三通閥門27分成兩股，一股直接流入三通接頭23另一股進入發生器18的入口k，驅動溴化鋰吸收式制冷/供熱系統，由發生器18的出口l出來經過第三電控閥門10流入第二換熱器11的入口f與ng進行換熱，經第二換熱器11的出口h流過三通接頭23與第二電控三通閥門27直接流入三通接頭23的一股交匯，流經緩沖罐24進入船舶主輔機系統冷卻系統25。

溴化鋰吸收式制冷/供熱回路：由發生器18出口n出來的高溫高壓水蒸氣在冷凝器20中與供熱回路21中的預熱水進行換熱，冷凝成高壓液體，同時釋放出冷凝熱量(實現夏季供熱水冬季供暖供熱水)，夏季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19流入節流閥17進行節流降溫，節流到蒸發壓力，進入蒸發器15中，低壓液體在蒸發器15中蒸發成低壓水蒸氣，并同時從外界吸收熱量(實現制冷)然后進入吸收器12,冬季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19進行節流，然后直接流向吸收器12而不經過節流閥17和蒸發器15。在吸收器12中，用溴化鋰濃溶液吸收過來的低壓水蒸氣或一定壓力的液體，形成稀溴化鋰-水溶液并放出大量的吸收熱，供熱回路21的低溫水進入吸收器12與其進行換熱實現預熱，然后預熱水流入冷凝器20。低溫稀溴化鋰-水溶液經溶液泵13升壓后，進入溶液熱交換器16與高溫濃溴化鋰溶液換熱升溫，然后由發生器18的入口m進入，在發生器18中，該溴化鋰-水溶液被加熱、沸騰，其中沸點低的制冷劑水氣化成高壓水蒸氣，與吸收劑分離。然后水蒸氣去冷凝器20液化，溴化鋰濃溶液由發生器18的出口q進入溶液熱交換器16降溫，然后返回吸收器12再次吸收制冷劑。

除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方法，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的發明范圍內。