基于能量梯级利用的LNG双燃料船舶ORC发电系统

根据MARPOL公约，船用燃料的含硫量不应超过0.5%，较以前的限值减少80%。与此同时，化石燃料的耗竭和环境法规的收紧正在推动航运业寻求清洁能源。与重油相比，液化天然气（LNG）可以减少90%的SOx、80%的NOx、20%的CO2和100%的颗粒物的排放。除了LNG运输船和内河航运船，使用LNG作为燃料的商船也在逐步扩大。

提出了一种集成船舶余热回收、有机朗肯循环（ORC）发电和LNG再气化的系统。ORC发电系统包括ORC1和ORC2。缸套冷却水（JCW）和船舶主机烟气（EEG）的余热分别为ORC1和ORC2提供热量。LNG再气化过程中释放的高品位冷能作为系统冷能。首先，研究了非共沸工质对组合ORC系统热经济性能的影响；然后，考察了蒸发压力和冷凝压力对净输出功、能源效率、㶲效率、总投资成本和投资回收期的影响；在此基础上，采用遗传算法对多级ORC系统的热经济性进行多目标优化。最后，对优化工况下各部件的?损和投资成本进行了分析，提出了进一步改进的建议。

图1 LNG双燃料船舶冷热源分析

图2 基于LNG冷能梯级利用的ORC发电系统

LNG双燃料船舶能效、多热源ORC高效发电、LNG冷能回收等。

以瓦锡兰50DF双燃料主机为例，双级ORC系统的净输出功率146.9kW，余热回收665.67kW。最大能量效率和㶲效率分别为22.09%和23.28%，总成本为598000.00-808000.00$，回收期为4.58-5.18年，平均能源成本为0.065-0.074 $/kWh。

图3 效率目标函数随压力变化

图4 经济性目标函数随压力变化

（1）一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统（专利号：201810162945.1）（2）一种带回热循环的利用LNG冷能和工业废热的ORC发电系统（专利号：201811180495.5）