ES2286227T3 - Sistema de energia para vehiculos acuaticos. - Google Patents

Sistema de energia para vehiculos acuaticos. Download PDF

Info

Publication number
ES2286227T3
ES2286227T3 ES02703501T ES02703501T ES2286227T3 ES 2286227 T3 ES2286227 T3 ES 2286227T3 ES 02703501 T ES02703501 T ES 02703501T ES 02703501 T ES02703501 T ES 02703501T ES 2286227 T3 ES2286227 T3 ES 2286227T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fuel cell
energy system
network
water
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES02703501T
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfgang Rzadki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Application granted granted Critical
Publication of ES2286227T3 publication Critical patent/ES2286227T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10Parallel operation of dc sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08Propulsion
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/32Waterborne vessels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H2021/003Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04604Power, energy, capacity or load
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955Shut-off or shut-down of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30The power source being a fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236Renewable or hybrid-electric solutions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Sistema de energía (1) para un vehículo acuático con una realización del accionamiento libre de emisiones y en la mayor medida posible silencioso, para cuya finalidad presenta - al menos un módulo de células de combustible (6, 7, 8, 9), que genera energía eléctrica a partir de combustible y que presenta una pluralidad de células de combustible conectadas entre sí, especialmente un módulo de células de combustible de H2O2, - una red de corriente continua (2), que se puede conectar eléctricamente con el módulo de células de combustible (6, 7, 8, 9), - al menos un accionamiento de corriente alterna (17) del vehículo acuático, que se puede conectar a través de una unidad de inversión (10) con la red de corriente continua (2), y - consumidores de corriente, que se pueden conectar a través de un convertidor (12, 15) con la red de corriente continua (2), caracterizado porque - los consumidores de corriente son consumidores de corriente alterna, que se pueden conectar a través de una red de corriente alterna (4, 5, 14) con el convertidor (12, 15), en el que el convertidor (12, 15) genera una tensión y frecuencia constantes, y - para el empleo optimizado de las células de combustible con respecto a la seguridad de la alimentación de corriente y a la no detección del vehículo acuático, las células de combustible pueden ser impulsadas con gas de reacción desde un reformador de Diesel o de gasolina ligera, siendo introducidos los gases del reformador en el agua de la navegación.

Description

Sistema de energía para vehículos acuáticos.
La presente invención se refiere a un sistema de energía para vehículos acuáticos, especialmente para barcos, submarinos y similares.
Los vehículos acuáticos conocidos de diferente tipo y tamaño son accionados habitualmente con hélices fijas, hélices regulables, hélices de timón y a veces también son accionados por sistemas de chorro de agua. En este caso, la energía mecánica para el accionamiento es generada directamente por motores de combustión, por ejemplo motores Otto, motores Diesel con funcionamiento con aceite pesado o bien con aceite ligero o turbinas de gas. Como portadores de energía se emplean aquí, respectivamente, combustibles fósiles, que se alojan en depósitos llevados por parte del vehículo acuático.
Los motores de combustión a bordo de vehículos acuáticos se emplean en este caso no sólo para el accionamiento, sino también para la generación de energía eléctrica para una pluralidad de consumidores eléctricos a bordo de los vehículos acuáticos, por ejemplo para accionamientos auxiliares, que convierten de nuevo la energía eléctrica en energía mecánica, aparatos eléctricos para la generación de calor, frío y luz, aparatos eléctricos de la técnica de medios y aparatos eléctricos de la náutica. En este caso, los motores de combustión interna están acoplados con máquinas eléctricas, que convierten la energía mecánica, emitida por los motores de combustión, en energía eléctrica para los consumidores eléctricos. Los motores de combustión para el accionamiento de vehículos acuáticos generan en este caso potencias mecánicas en un intervalo de aproximadamente 5 kW y aproximadamente 60 MW, que se ponen a la disposición de los órganos de accionamiento de los vehículos acuáticos. La potencia de la energía eléctrica necesaria para consumidores eléctricos es, según el tipo y tamaño del vehículo acuático, hasta aproximadamente 15 MVA. En este caso, en función de la energía eléctrica necesaria se emplean a veces varios generadores de la red de a bordo, que comprenden en cada caso un motor de combustión, para la generación de la energía eléctrica.
Los motores de combustión eléctricos que se emplean por parte de los vehículos acuáticos para el accionamiento del vehículo acuático y para la generación de energía eléctrica para la alimentación de consumidores eléctricos a través de la red de a bordo eléctrica de un vehículo acuático en colaboración con generadores de la red de a bordo, presentan algunos inconvenientes. Los motores de combustión generan, por una parte, a través del consumo de combustibles fósiles, emisiones de substancias contaminantes perjudiciales para el medio ambiente y, en general, son extraordinariamente intensivos de ruido durante el funcionamiento, lo que es un inconveniente sobre todo en buques marinos, puesto que éstos pueden ser detectados de esta manera más fácilmente. Además, a través de los combustibles fósiles llevados en los depósitos para los motores de combustión se pierde espacio de almacenamiento por parte del vehículo acuático. Adicionalmente, los motores de combustión presentan debido a los combustibles fósiles almacenados en los depósitos así como a los generadores de la red de a bordo, un peso elevado que debe moverse con el vehículo
acuático.
Estos inconvenientes son especialmente agravantes en el caso de la navegación de los vehículos acuáticos en zonas de puertos, por ejemplo en el marco de la entrada, la salida o bien la permanencia de vehículos acuáticos en un puerto, puesto que a través de los vehículos acuáticos la región del puerto está expuesta a contaminaciones concentradas de emisiones. Se conoce a partir del Artículo "Sicherheit auf allen Wegen" publicado en etz, Nº 13-14/2000, cuando se emplean para el accionamiento de buques motores accionados por medio de corriente continua, alimentarlos con células de combustible con energía eléctrica, a cuyo fin está instalada en el lado del buque una red de corriente continua.
Además, el documento DE 197 39 917 A1 publica una red de alimentación de tensión continua para buques, en la que varios generadores de tensión alterna son accionados en circuito en paralelo a través de rectificadores controlados, de tal manera que éstos son cargados de una manera uniforme. Adicionalmente, se pueden prever células de combustible conectadas en la red de alimentación de tensión continua.
La invención, a la vista de este estado de la técnica, tiene el cometido de preparar un sistema de energía para vehículos acuáticos, que posibilita, además de una alimentación, transmisión y conversión de energía libres de emisiones en lo más silenciosas posible para el accionamiento del vehículo acuático, una alimentación de instalaciones eléctricas por parte del vehículo acuático.
El cometido se soluciona a través de un sistema de energía para un vehículo acuático de acuerdo con la reivindicación 1.
De acuerdo con la invención, para la preparación de energía de cualquier tipo a bordo de vehículos acuáticos, solamente se emplea una forma de una fuente de energía, en el presente caso al menos un módulo de células de combustible, que está constituido de una manera más ventajosa por varias células de combustible interconectadas entre sí. Las células de combustible posibilitan la generación directa de energía eléctrica a partir de hidrógeno y oxígeno. Como combustible se utiliza hidrógeno, como agente de oxidación se utiliza oxígeno. A través de la reacción química se obtiene una tensión eléctrica y como producto de reacción se separa agua. En este tipo de generación de energía eléctrica no se producen de esta manera substancias contaminantes de ningún tipo que sean perjudiciales para el medio ambiente. De acuerdo con la invención, la energía eléctrica generada de esta manera es alimentada a través de una red de potencia al menos a un accionamiento eléctrico para la generación de un avance del vehículo acuático así como de consumidores eléctricos del vehículo acuático. En este caso, se consigue de una manera más ventajosa un rendimiento elevado. Además, las células de combustible posibilitan la generación directa de energía eléctrica a partir de hidrógeno y oxígeno y se caracterizan por un rendimiento eléctrico alto, un buen comportamiento con carga parcial y un desarrollo reducido de ruido.
Un módulo de células de combustible genera una tensión continua y puede emitir, bajo carga, una potencia eléctrica determinada. De acuerdo con la necesidad de potencia en la red de a bordo del vehículo acuático, se pueden interconectar entre sí de una manera más ventajosa varios módulos de células de combustible en un circuito en serie y/o en un circuito en paralelo para formar una instalación de células de combustible.
Las células de combustible se caracterizan por un rendimiento eléctrico alto, un buen comportamiento con carga parcial, reducidas emisiones de substancias contaminantes así como desarrollos de ruidos extraordinariamente reducidos y, por lo tanto, son adecuadas tanto para aplicaciones descentralizadas como también para aplicaciones centralizadas, como se dan para el sistema de energía de acuerdo con la invención para buques.
De acuerdo con otra configuración de la invención, la célula de combustible presenta un electrolito sólido, de una manera preferida de plástico. En el caso de un equipamiento especialmente ventajoso de la invención, el electrolito es una membrana de polímero. Esto tiene la ventaja de que la célula de combustible presenta una estructura, en general, sencilla. El elemento electroquímico propiamente dicho, en el que se convierte la energía, es la unidad de electrodos de membrana. Está constituida por el electrolito de polímero, por electrodos de difusión de gas con platino como catalizador, por papel de carbón sobre ambos lados de los electrodos. Los protones migran desde el ánodo hacia el cátodo, donde se obtiene agua como producto de reacción. A partir de la tensión de 1,48 V de las células de combustible de H_{2}O_{2}, dada teóricamente con respecto al coeficiente térmico superior del hidrógeno, se pone a disposición en el estado no cargado algo más que 1 V por célula de combustible. Con la ayuda de una unidad de refrigeración se conducen los reactivos de una manera uniforme hacia los electrodos y se desprende calor desde los electrodos. El agua producto de la célula de combustible es descargada con la ayuda de una corriente reducida de oxígeno, siendo cerrados herméticamente entre sí los diferentes medios. La célula de combustible con una membrana de polímero como electrolito presenta un comportamiento favorable para la conexión y la desconexión, respectivamente, un comportamiento favorable del ciclo de carga y de temperatura, una degradación reducida de la tensión, una duración de vida útil alta, un comportamiento favorable de sobrecarga, una temperatura de funcionamiento reducida de aproximadamente 80ºC y se caracteriza por la ausencia de un electrolito corrosivo líquido. La célula de combustible de membrana de electrolito de polímero (célula de combustible de PEM) representa, por lo tanto, un generador de corriente casi ideal. Es especialmente favorable un funcionamiento con hidrógeno, que puede ser llevado en forma ligada eléctrica o físicamente y que se puede liberar en un aparato de generación de hidrógeno. En este caso, la densidad de energía es un número elevado a la décima potencia mayor que en el caso de uso de depósitos de hidrógeno, por ejemplo, botellas permanentes.
De acuerdo con otra configuración ventajosa de la invención, la célula de combustible puede ser accionada con el gas de reacción de un reformador, especialmente reformador de Diesel, de metanol, de gasolina ligera y/o de gas natural, y con aire. En el caso de funcionamiento con aire, el lado del oxígeno de la célula de combustible contiene aproximadamente 21% de oxígeno. En el caso de funcionamiento con gas de reacción de un reformador, el llamado gas de reformador, el lado del hidrógeno de la célula de combustible contiene mezclas de nitrógeno y dióxido de carbono. A partir de ello se deduce que las células de combustible de PEM no se realizan ya tanto en el lado del oxígeno como también en el lado del nitrógeno como "DEAD-ENDED". Los módulos de células de combustible se diseñan de una manera ventajosa para un funcionamiento de rebose. Las impurezas son mantenidas reducidas tanto en el lado del oxígeno como también en el lado del hidrógeno. En este caso, debe evitarse que se mezclen, por ejemplo, porciones de monóxido de carbono, compuestos de azufre o cloruro sódico. Por lo tanto, el aire del mar es filtrado una o dos veces, siendo el filtro, en el caso de un filtrado doble, un filtro activo.
Frente a un reformador de Diesel, los reformadores de metanol, de gasolina ligera y/o de gas natural trabajan con temperaturas más reducidas y tienen menos dificultades para convertir el medio líquido, por ejemplo metanol, gasolina ligera o gas líquido, en una corriente de hidrógeno. Para fines de la marina, los reformadores de Diesel son especialmente adecuados, pero también los reformadores de gasolina ligera, puesto que el combustible Diesel y la gasolina ligera purificada poseen una alta disponibilidad.
El funcionamiento de una célula de combustible de PEM con un reformador Diesel es especialmente favorable para el sistema de energía de buques de acuerdo con la invención, especialmente para buques de combate. Por una parte, con ello se da una substancia contaminante segura y una alimentación de corriente silenciosa del sistema de energía. El combustible Diesel está disponible en todo el mundo, de manera que no se requiere ninguna logística. Además, el combustible Diesel para los buques de la marina es un combustible normalizado en la OTAN. En los buques no es necesario acondicionar ninguna capacidad de depósito adicional para nuevos combustibles adicionales.
De acuerdo con una configuración especialmente ventajosa de la invención, la célula de combustible es una célula directa de combustible de metanol (DMFC). En otra configuración especialmente ventajosa de la invención, la célula de combustible es una célula de combustible cerámica de alta temperatura (SOFC). La temperatura de funcionamiento de una célula de combustible SOFC está aproximadamente entre 950 y 1000ºC. Puesto que se lleva a cabo un aprovechamiento posterior del calor, no sólo el rendimiento de las células de combustible SOFC es especialmente alto, por ejemplo > 60%, sino que también la salida de aire calienta desde el reformador se lleva a cabo a 300ºC aproximadamente. Esta corriente de aire caliente se puede introducir sin más en el agua. La utilización de células de combustible SOFC en combinación con reformadores de gas líquido es adecuada de una manera especialmente ventajosa para el accionamiento de buques de uso civil.
De una manera más ventajosa, los gases de escape, especialmente los gases del reformador y los gases del absorbedor, son introducidos por parte del sistema de energía directamente en el agua de la navegación, de una manera especialmente preferida en el agua de las hélices de un accionamiento de hélices de timón o es insuflada en el espacio volumétrico de un accionamiento de chorro de agua. De esta manera, el vehículo acuático tampoco puede ser detectado ya con la ayuda de sus gases de escape y su radiación térmica, lo que es posible, en otro caso, por ejemplo, por medio de radiación infrarroja o similar. Las cantidades menores de gases de escape no son apreciables en este caso por medio de detectores de infrarrojos. Para evitar cualquier señal de calor, el reformador está provisto de una manera más preferida con un blindaje térmico, de una manera más preferida por medio de instalaciones de gases de aclarado para la refrigeración con gas de aclarado, que es conducido fuera borda del vehículo acuático para la refrigeración a través del agua.
De una manera más ventajosa, la red de potencia comprende una red de alimentación de tensión continua, a través de la cual se transporta la energía eléctrica, generada por parte de los módulos de células de combustible, hacia los consumidores eléctricos individuales o bien hacia los grupos de consumidores y se convierte allí, en caso necesario, en la forma de energía necesaria en el lugar de aplicación respectivo. De una manera más ventajosa, la tensión continua generada por parte de los módulos de células de combustible para el accionamiento eléctrico para el avance del vehículo acuático se transforma, a través de al menos una unidad de inversión, en una corriente alterna con tensión variable y/o frecuencia variable. El accionamiento eléctrico del vehículo acuático convierte la energía eléctrica alimentada al mismo entonces en energía mecánica y la pone a disposición en su árbol para el accionamiento del vehículo acuático.
En otra configuración ventajosa de la invención, los motores de corriente trifásica variables en el número de revoluciones para máquinas auxiliares como bombas de agua de refrigeración, compresores de instalaciones climáticas y similares, son alimentados con energía eléctrica a través de unidades de inversión controlables. Los consumidores de corriente trifásica, como instalaciones de calefacción, instalaciones de refrigeración e instalaciones de iluminación están alimentadas con energía eléctrica de una manera más ventajosa a través de unidades de inversión con tensión y frecuencia constantes. En otra configuración ventajosa de la invención, para la alimentación de consumidores con tensión y frecuencia constantes se utilizan conjuntos de reforzadores, que están constituidos de una manera más ventajosa por un motor de corriente continua y por un generador sincronizado de corriente trifásica o una unidad de inversión o bien un motor de corriente trifásico y un generador sincronizado de corriente trifásica.
De acuerdo con una configuración especialmente ventajosa de la invención, el sistema de energía comprende al menos un módulo de células de combustible para una generador de corriente de emergencia o bien de corriente de a bordo, que encuentra aplicación de una manera más ventajosa en el caso de un funcionamiento del vehículo acuático en una región de puerto.
Otros detalles, características y ventajas de la invención se explican en detalle a continuación con la ayuda de los ejemplos de realización representados en las figuras. En este caso:
La figura 1 muestra una estructura de principio de un sistema de energía de acuerdo con la invención para vehículos acuáticos con la ayuda de un buque de una hélice, y
La figura 2 muestra la estructura de principio de un sistema de energía de acuerdo con la invención para vehículos acuáticos con la ayuda de un buque de dos hélices.
Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, un ejemplo de realización de un sistema de energía 1 para vehículos acuáticos. El sistema de energía 1 de acuerdo con la figura 1 está destinado para un buque de una hélice y presenta de una manera correspondiente un accionamiento eléctrico 17, que acciona a través de un árbol 18 con cojinete de presión 19 una hélice de buque 20. La figura 2 muestra un sistema de energía 1 para un buque de dos hélices, en el que en el lado trasero y en el lado de a bordo de control está previsto en cada caso un accionamiento eléctrico 17, que acciona en cada caso una hélice de buque 20 a través de un árbol 18 y con cojinete de presión 19.
Los accionamientos eléctricos 17 según las figuras 1 y 2 están conectados a través de una red de corriente trifásica y una unidad de inversión 10 con una red de corriente continua 2 del lado trasero y del lado de a bordo de control, que son alimentados en cada caso por al menos un módulo de células de combustible 6 y 7 o bien 6, 7 y 9 con energía eléctrica. Las redes de corriente continua 2 presentan en este caso varios elementos de conmutación, que se conectan por parte de una instalación de control no representada aquí explícitamente en función de la potencia requerida, siendo interconectados, según las necesidades de potencia, los módulos de células paralelas 6, 7 o bien 9 en circuito en serie y/o en circuito en paralelo para formar una instalación de células de combustible. Las redes de corriente continua 2 están conectadas, a través de unidades de inversión 11 o bien 12, con motores de corriente trifásica 13 variables en el número de revoluciones para máquinas auxiliares como bombas de agua de refrigeración, instalaciones de climatización, compresores y similares o bien con redes de corriente alterna 14. Las unidades de inversión 11 para la alimentación del número de motores de corriente trifásica 13 variables en el número de revoluciones están configuradas en este caso de manera controlable. A través de un reformador 16 respectivo, en el presente caso un transformador, la red de corriente alterna 14 en el lado trasero o bien en el lado de a bordo de control está conectado con otras redes de corriente alterna 4 en el lado trasero o bien en el lado de la red de a bordo de control así como con una red de corriente alterna 5 para una alimentación de corriente de emergencia. Los transformadores 16 acondicionan en este caso una alimentación de consumidores con tensión y frecuencia constantes, que se pueden conectar por parte de las redes de corriente alterna 4 y 5, respectivamente, por ejemplo consumidores de corriente alterna como instalaciones de calefacción, instalaciones de refrigeración e instalaciones de iluminación.
Como se representa en las figuras 1 y 2, el sistema de energía 1 comprende adicionalmente un módulo de células de combustible 8, que acondiciona a través de una red de corriente continua 3 una alimentación de corriente de emergencia. A través de la red de corriente continua 3, el módulo de células de combustible 8 está conectado, por una parte, con las redes de corriente continua 2 en el lado trasero y en el lado de a bordo de control y, por otra parte, a través de unidades de inversión 15 con la red de corriente alterna 5 prevista para una alimentación de corriente de emergencia de consumidores de corriente alterna eléctrica.
De acuerdo con las necesidades de potencia, se conectan las redes de corriente continua 2 y 3 o bien las redes de corriente alterna 4, 5 y 14, por parte del circuito de control no representado aquí explícitamente. La conexión de las redes de corriente continua y de las redes de corriente alterna está diseñada en este caso de tal forma que en caso de fallo de módulos de células de combustible individuales, se garantiza en cualquier momento una alimentación de los accionamientos eléctricos 17 así como de los consumidores eléctricos en el lado de la red de a bordo, como motores de corriente trifásica para máquinas auxiliares como bombas de agua de refrigeración, instalaciones de climatización, compresores y similares así como instalaciones de calefacción, instalaciones de refrigeración e instalaciones de iluminación.
Los ejemplos de realización representados en las figuras solamente sirven para la explicación de la invención y no están limitados para éstos.

Claims (15)

1. Sistema de energía (1) para un vehículo acuático con una realización del accionamiento libre de emisiones y en la mayor medida posible silencioso, para cuya finalidad presenta
-
al menos un módulo de células de combustible (6, 7, 8, 9), que genera energía eléctrica a partir de combustible y que presenta una pluralidad de células de combustible conectadas entre sí, especialmente un módulo de células de combustible de H_{2}O_{2},
-
una red de corriente continua (2), que se puede conectar eléctricamente con el módulo de células de combustible (6, 7, 8, 9),
-
al menos un accionamiento de corriente alterna (17) del vehículo acuático, que se puede conectar a través de una unidad de inversión (10) con la red de corriente continua (2), y
-
consumidores de corriente, que se pueden conectar a través de un convertidor (12, 15) con la red de corriente continua (2),
caracterizado porque
-
los consumidores de corriente son consumidores de corriente alterna, que se pueden conectar a través de una red de corriente alterna (4, 5, 14) con el convertidor (12, 15), en el que el convertidor (12, 15) genera una tensión y frecuencia constantes, y
-
para el empleo optimizado de las células de combustible con respecto a la seguridad de la alimentación de corriente y a la no detección del vehículo acuático, las células de combustible pueden ser impulsadas con gas de reacción desde un reformador de Diesel o de gasolina ligera, siendo introducidos los gases del reformador en el agua de la navegación.
2. Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de inversión (10) genera una corriente alterna con tensión y/o frecuencia variables.
3. Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la unidad de inversión (10) está configurada de forma controlable.
4. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en función de la necesidad de potencia, se pueden interconectar una pluralidad de módulos de células de combustible (6, 7, 8, 9) en circuito en serie y/o en circuito en paralelo para formar una instalación de células de combustible.
5. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a través de la red de corriente continua (2), por medio de unidades de inversión (11) controlables se pueden alimentar motores de corriente trifásica (13) variables en el número de revoluciones para máquinas auxiliares.
6. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque este sistema presenta un módulo de células de combustible (8) para la alimentación de corriente de emergencia, que se puede conectar a través de una red de corriente continua (3) con la red de corriente continua (2) y a través de ésta por medio de una unidad de inversión (10) con el accionamiento eléctrico (17).
7. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque este sistema presenta un módulo de células de combustible (8) para la alimentación de corriente de emergencia, que se puede conectar a través de una red de corriente continua (3) y una unidad de inversión (15) con una red de corriente alterna (5) para consumidores de corriente alterna.
8. Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las células de combustible presentan un electrolito sólido.
9. Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el electrolito es de plástico, con preferencia es una membrana de polímero.
10. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la célula de combustible se puede impulsar con aire.
11. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los gases de escape de los accionamientos, especialmente los gases del reformador, son insuflados en el espacio volumétrico de un accionamiento de chorro de agua y/o en el agua de la hélice de un accionamiento de hélice de timón.
\newpage
12. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la célula de combustible es una célula de combustible de metanol directo (DMFC).
13. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la célula de combustible es una célula de combustible cerámica de alta temperatura (SOFC).
14. Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el reformador está termo-aislado y es refrigerado con un gas de aclarar conducido con preferencia fuera del vehículo acuático.
15. Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una pluralidad de módulos de células de combustible están dispuestos en el vehículo acuático.
ES02703501T 2001-01-22 2002-01-22 Sistema de energia para vehiculos acuaticos. Expired - Lifetime ES2286227T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10102716 2001-01-22
DE10102716 2001-01-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2286227T3 true ES2286227T3 (es) 2007-12-01

Family

ID=7671338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES02703501T Expired - Lifetime ES2286227T3 (es) 2001-01-22 2002-01-22 Sistema de energia para vehiculos acuaticos.

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7121905B2 (es)
EP (1) EP1354387B1 (es)
KR (1) KR100563519B1 (es)
CN (1) CN100386936C (es)
AT (1) ATE365391T1 (es)
DE (1) DE50210347D1 (es)
ES (1) ES2286227T3 (es)
WO (1) WO2002058206A1 (es)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833709B2 (en) * 2002-07-26 2004-12-21 Motorola, Inc. Low loss fuel cell configuration
DE10325456A1 (de) * 2003-06-05 2004-12-30 Howaldtswerke Deutsche Werft Ag Unterseeboot
DE10353967A1 (de) 2003-11-19 2005-07-07 Siemens Ag Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Bordstromversorgungssystem für emissionsarme Überwasser-Marine(Navy)-Schiffe unterschiedlicher Klassen und Größen
KR100933380B1 (ko) * 2004-10-07 2009-12-22 호발트스벨케-도이췌 벨프트 게엠베하 가반(可搬)형 반응물 충전장치
FR2900635B1 (fr) 2006-05-05 2008-07-25 Hispano Suiza Sa Systeme d'alimentation et de commande d'equipements electriques d'un moteur d'aeronef ou de son environnement
FR2905668B1 (fr) * 2006-09-13 2009-05-29 Vab Sarl Embarcation flottante et submersible.
WO2008031943A2 (fr) 2006-09-13 2008-03-20 Vab Embarcation flottante et submersible
EP2225118B1 (en) * 2007-12-12 2016-06-22 Foss Maritime Company Hybrid propulsion systems
US7969044B2 (en) * 2008-01-17 2011-06-28 Drs Power Technology, Inc. System having a variable frequency power distribution bus for driving a variable speed motor
DE102008037034A1 (de) * 2008-08-08 2010-02-18 Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh Verfahren zum Spülen zumindest eines Teils einer Antriebsanlage eines Fahrzeugs
GB2468652B (en) 2009-03-16 2011-08-31 Ge Aviat Systems Ltd Electrical power distribution
NO337332B2 (no) * 2009-04-24 2016-03-14 Rolls Royce Marine As Redundant thruster-system for dynamisk posisjonering av et fartøy
DE202009015026U1 (de) * 2009-11-04 2010-03-04 Fischer Panda Gmbh Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Wasserfahrzeugs
FI122161B (fi) 2010-04-15 2011-09-15 Abb Oy Järjestely ja menetelmä taajuusmuuttajamoduulien ohjaamiseksi
US20110281478A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-17 Benjamin Blumenthal Systems, devices and methods for providing energy for ship propulsion
EP2423103A1 (en) * 2010-08-26 2012-02-29 ABB Technology AG Electric propulsion of a ship incorporating an energy storage system
DE102011002975A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Schwimmende oder tauchende Einrichtung mit einem Elektrolyseur
EP2482425A1 (en) * 2011-02-01 2012-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Blackout ride-through system
EP2709229B1 (en) * 2012-09-17 2015-03-25 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power distribution systems
US9386730B2 (en) 2013-12-13 2016-07-05 Rolls-Royce Corporation Modular power electronics distribution system
CN104037435A (zh) * 2014-06-12 2014-09-10 沈阳德邦仪器有限公司 一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置
EP3046206B1 (en) 2015-01-15 2018-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Power distribution on a vessel
CN104986733B (zh) * 2015-06-24 2017-03-29 上海合既得动氢机器有限公司 一种醇氢电动水上运输工具
DE102015220094B4 (de) * 2015-10-15 2020-06-10 Thyssenkrupp Ag Aktivierung eines Wasserfahrzeugs
RU2618614C1 (ru) * 2015-11-09 2017-05-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") Единая электроэнергетическая установка судна
CN105459786B (zh) * 2015-12-31 2018-01-30 北京建筑大学 一种柴油机辅助动力源的控制***及其工作方法
DE102016207419A1 (de) 2016-04-29 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Wasserfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Wasserfahrzeuges
JP6678564B2 (ja) * 2016-12-14 2020-04-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 船舶用ハイブリッド推進装置
EP3560059A1 (en) * 2016-12-21 2019-10-30 Single Buoy Moorings, Inc. Power generation and distribution arrangement and floating unit comprising such an arrangement
DE102016226078A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Schaltung zur Speisung einer Antriebsmaschine und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
CN106654320A (zh) * 2017-01-24 2017-05-10 武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司 一种高效燃料电池联供***
DE102018202973A1 (de) * 2018-02-28 2019-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems sowie Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem
CN108657406B (zh) * 2018-03-08 2021-08-20 哈尔滨工程大学 一种带燃料电池的柴气电混联式船舶混合动力***
CN108639299B (zh) * 2018-03-08 2021-08-20 哈尔滨工程大学 一种带燃料电池的气电混联式船舶混合动力***
GB2574039B (en) * 2018-05-24 2021-04-14 Caterpillar Inc A power distribution system for a marine vessel
EP3605771B1 (de) * 2018-08-03 2020-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes energieversorgungsnetz und schiff mit redundantem energieversorgungsnetz als bordnetz
RU2693745C1 (ru) * 2018-09-11 2019-07-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Электроэнергетическая установка судна с системой электродвижения
KR20200126249A (ko) * 2019-04-29 2020-11-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 스택모듈 교체방법
CN110104157A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 广西师范大学 一种用于新能源船舶的锂离子电池-镁空气电池混合动力***
JP2022049255A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 ヤマハ発動機株式会社 船舶推進システム、船外機および船舶
CN113043848B (zh) * 2021-04-02 2022-10-28 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 增程式燃料电池混合动力***故障控制***、方法及车辆
DE102021108758A1 (de) * 2021-04-08 2022-10-13 mbc - maritime business & consulting UG (haftungsbeschränkt) & Co. KG Wasserfahrzeug
CN113675943A (zh) * 2021-07-21 2021-11-19 上海外高桥造船有限公司 一种用于船舶的供电***、供电***的配置方法和***
EP4391276A1 (en) * 2022-12-20 2024-06-26 Abb Schweiz Ag Power distribution assembly

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3043692C2 (de) 1980-11-19 1985-07-11 Ingenieurkontor Luebeck Prof. Gabler Nachf. Gmbh, 2400 Luebeck Elektrische Gleichstromquelle
US5199912A (en) 1991-08-15 1993-04-06 Newport News Shipbuilding And Dry Dock Company Electric power system for marine vehicles
JP3175230B2 (ja) 1991-10-16 2001-06-11 石川島播磨重工業株式会社 低騒音低振動船用推進装置
DE4440791A1 (de) 1994-11-17 1996-05-23 Linear Anstalt Unterwasser-Strahlantrieb
DE19538381C2 (de) * 1995-10-14 1999-07-15 Aeg Energietechnik Gmbh Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung elektrischer Verbraucher
US5980343A (en) * 1997-03-05 1999-11-09 S2 Yachts Inc. Exhaust system for marine vessels
DE19739917A1 (de) * 1997-09-11 1999-03-18 Siemens Ag System zur Versorgung elektromotorischer Verbraucher mit elektrischer Energie
US6053266A (en) * 1997-12-01 2000-04-25 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Fuel cell engine having a propulsion motor operatively connected to drive a fluid supply device
DE19909935A1 (de) 1999-03-06 2000-09-07 Daimler Chrysler Ag Reaktoreinheit, insbesondere autothermer Primärreformer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002058206A1 (de) 2002-07-25
KR100563519B1 (ko) 2006-03-27
EP1354387A1 (de) 2003-10-22
DE50210347D1 (de) 2007-08-02
ATE365391T1 (de) 2007-07-15
EP1354387B1 (de) 2007-06-20
US20040069251A1 (en) 2004-04-15
CN100386936C (zh) 2008-05-07
KR20030071844A (ko) 2003-09-06
CN1498450A (zh) 2004-05-19
US7121905B2 (en) 2006-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2286227T3 (es) Sistema de energia para vehiculos acuaticos.
ES2381059T3 (es) Sistema portuario flotante de generación de energía eléctrica
ES2654656T3 (es) Unidad de flotación o inmersión con un electrolizador
ES2630220T3 (es) Árbol de accionamiento eléctrico y vehículo con un árbol de accionamiento eléctrico de este tipo
US6610193B2 (en) System and method for the production and use of hydrogen on board a marine vessel
KR101572982B1 (ko) 연료전지를 탑재한 선박의 폐열 회수 시스템
ES2266849T3 (es) Sistema de equipamiento de buques tipo marinos (militares) para la propulsion electrica de buques marinos (militares) de diferentes tamaños y potencias de propulsion.
KR20180075296A (ko) 선박
KR102278067B1 (ko) 디젤-축전지 하이브리드 추진 선박의 원격 시동 및 예열 시스템
KR20190058117A (ko) 선박의 발전 시스템 및 방법
CN107856829A (zh) 一种适用于库区待闸停泊船舶的新型复合能源供电船
EP3922545A1 (en) Sea-borne vessel producing hydrogen on-board from renewable resources
EP3919369A1 (en) Vessel for desalinating salt water, converting same into drinking water and generating electrical energy
JP2004066917A (ja) 船舶用電源システム
JP2009227115A (ja) 自動車運搬用移動体
ES2384819T3 (es) Sistema de accionamiento para un barco
JP3150986U (ja) 太陽光発電による船舶推進システムおよび太陽光を動力源とする船舶
KR102121288B1 (ko) 선박
ES2747711T3 (es) Sistema de propulsión para un barco y su funcionamiento
KR102121285B1 (ko) 선박
Rizzuto et al. Proposal of a Coastal Ferry Using Last Hybrid Technology for Green Transportation in Touristic Areas
KR20180075292A (ko) 선박
OA21381A (en) Vessel For Desalinating Salt Water, Converting Same Into Drinking Water And Generating Electrical Energy.
Carlin Fuel cell initiatives and future applications in the US Navy and US Marine Corps
Patrick The driving factor in the SEA 1000 choice the submarine propulsion chain