基于能量梯級利用的LNG雙燃料船舶ORC發電系統

新能源與節能環保

根據MARPOL公約，船用燃料的含硫量不應超過0.5%，較以前的限值減少80%。與此同時，化石燃料的耗竭和環境法規的收緊正在推動航運業尋求清潔能源。與重油相比，液化天然氣（LNG）可以減少90%的SOx、80%的NOx、20%的CO2和100%的顆粒物的排放。除了LNG運輸船和內河航運船，使用LNG作為燃料的商船也在逐步擴大。

提出了一種集成船舶余熱回收、有機朗肯循環（ORC）發電和LNG再氣化的系統。ORC發電系統包括ORC1和ORC2。缸套冷卻水（JCW）和船舶主機煙氣（EEG）的余熱分別為ORC1和ORC2提供熱量。LNG再氣化過程中釋放的高品位冷能作為系統冷能。首先，研究了非共沸工質對組合ORC系統熱經濟性能的影響；然后，考察了蒸發壓力和冷凝壓力對凈輸出功、能源效率、?效率、總投資成本和投資回收期的影響；在此基礎上，采用遺傳算法對多級ORC系統的熱經濟性進行多目標優化。最后，對優化工況下各部件的?損和投資成本進行了分析，提出了進一步改進的建議。

圖1 LNG雙燃料船舶冷熱源分析

圖2 基于LNG冷能梯級利用的ORC發電系統

LNG雙燃料船舶能效、多熱源ORC高效發電、LNG冷能回收等。

以瓦錫蘭50DF雙燃料主機為例，雙級ORC系統的凈輸出功率146.9kW，余熱回收665.67kW。最大能量效率和?效率分別為22.09%和23.28%，總成本為598000.00-808000.00$，回收期為4.58-5.18年，平均能源成本為0.065-0.074 $/kWh。

圖3 效率目標函數隨壓力變化

圖4 經濟性目標函數隨壓力變化

發明專利

（1）一種適用于LNG混合動力船舶的ORC復合發電系統 （專利號：201810162945.1） （2）一種帶回熱循環的利用LNG冷能和工業廢熱的ORC發電系統 （專利號：201811180495.5）