CN106637279A - 一种制氢加氢网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制氢加氢网络，该网络包括至少两个固定加氢站，该网络从传统加氢站中分离出制氢和压缩步骤，实现移动式制氢压缩，所述网络包括车载式制氢压缩/转换机，所述车载式制氢压缩/转换机包括制氢装置、氢气压缩装置和氧气压缩装置，所述的固定加氢站为车载式制氢压缩/转换机提供电源、水源，所述的车载式制氢压缩/转换机为固定加氢站提供氢气和氧气。与现有技术相比，本发明具有设备成本大幅降低，实现新能源转化成氢能，按需调配、设备资源充分利用等优点。

Description

一种制氢加氢网络
技术领域
本发明涉及移动制氢设备，尤其是涉及一种制氢加氢网络。
背景技术
氢气作为可再生能源，不仅能效高，而且几乎不产生废弃物，发展氢气有望成为提高能效，降低石油消费、改善生态环境、保障能源安全的重要途径，那么可持续、高效率的规模制氢技术的开发，已成为氢能时代的迫切需求。
氢储能，是近两年受德国等欧洲国家氢能综合利用后提出的新概念。“十二五”以前没有立项，支持项目也是以制氢、发电、储氢等过程单独资助的，但“十三五”期间该概念已经列入国家电网公司规划。利用氢气为燃料电池充电，可以将电能通过高效电解制氢的方式转换成氢气存储起来，之后直接通过燃料电池转换为电能。氢储能技术也被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，并日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。
因此，氢储能在促进可再生能源利用和电力转换等方面存在不可忽略的优势，氢能利用最大的难题是氢气的压缩和储存，这也占了氢能使用成本的90％。
在氢能的应用与研发中，存在以下问题：
一般的燃料电池加氢站，主要设有制氢设备，氢气压缩设备，储氢罐和氢气分配装置，其中制氢和氢气压缩装置设备成本较高，造成配置一个完整制氢加氢站的成本很高，很大程度上影响了氢能利用的推广利用。
另外针对不同的加氢站，其服务范围内的氢气的需求量不同，会造成部分加氢站氢气需求较少，部分加氢站氢气需求较多，因此不同加氢站内会存在制氢设备和压缩设备闲置或制氢设备和压缩设备无法满足需求的问题，既浪费了设备资源，又不能灵活协调。
因此如何降低加氢站的建设成本和在氢能利用初始阶段根据需求设置加氢站是目前建设加氢站时亟需解决的问题。
中国专利CN106033818A为解决汽车加氢站需求不够的问题，公开了一种箱式制氢加氢站，厢式制氢加氢站，包括电源厢、制氢厢、压缩厢、储氢厢与售气机，该电源厢、制氢厢、压缩厢和储氢厢各由一个海运集装箱改装而成，其中：该电源厢将当地的高压电源转换为适合本发明使用的低压直流电、动力电压以及照明电压，该制氢厢中设有依次相接的自来水接口、水处理设备、电解槽与氢气纯化装置，该压缩厢中具有与上述氢气纯化装置相连接的低压缓冲罐、以及与该低压缓冲罐相连接的压缩机，该储氢厢中具有至少一个高压储氢罐，该高压储氢罐通过单向阀与上述压缩机相连，该售气机通过减压阀与该高压储氢罐相连接。该箱式制氢加氢站虽然能移动，解决氢气需求，但是由于其包含部件太多，仅适合加氢站的整体迁移，仍然将各必要部件作为一个整体，不适用于灵活调用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制氢加氢网络。克服运输氢气的困难，制氢到用氢距离短；克服原有储氢难题；由于设备简化。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种制氢加氢网络，该网络包括至少两个固定加氢站和一个移动制氢装置，所述的固定加氢站内设有储氢装置，所述的移动制氢装置为各网点的储氢装置充氢。
所述的移动制氢装置为车载式制氢压缩/转换机，所述的车载式制氢压缩/转换机根据各固定加氢站需求，在各固定加氢站间移动，所述的固定加氢站为车载式制氢压缩/转换机提供电源、水源，所述的车载式制氢压缩/转换机为固定加氢站提供氢气和氧气。
所述的电源转化来源包括太阳能、风能、潮汐能、核能，以及现有电网。
该车载式制氢压缩/转换机包括制氢装置、氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置，所述的制氢装置设有电源接口、水源入口、氢气出口和氧气出口，制氢装置的氢气出口和氧气出口分别连接氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置。
所述的固定加氢站内还设有储氧装置、氢气分配装置和氧气分配装置；
所述的电源通过电源接口与制氢装置连接，所述的水源通过水源接口为制氢装置输水，所述的氢气压缩/转换装置、氧气压缩/转换装置分别与氢气储气装置、氧气储气装置连接，所述的氢气储气装置、氧气储气装置分别与氢气分配装置、氧气分配装置连接。
所述的制氢装置中采用的电解方式为质子交换膜水电解或固体氧化物水电解或碱性水电解。
氢气存储状态为气态或液态。
储氢方式可以为利用车载式制氢压缩机将氢气压缩储存至高压罐，或利用车载式制氢转换机将氢气转换为气态或固态注入液态或固态储氢材料中储存，或将氢气直接液化储存。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)节省成本，将原加氢站内成本较高的制氢设备和压缩设备制成移动式，从而不必在每个加氢站均设置制氢设备和压缩设备，对于制氢加氢网络而言，设备总数量减少，大大降低了设备成本，设备维护成本，人工成本等；
2)制氢的电能来源可以是新能源，例如太阳能、风能和核能等清洁能源，将新能源转化为氢能储存起来，有效转化和储存新能源，还可以利用现有电网电价低谷时(晚间)进行制氢储氢，节省成本；
3)满足不同固定加氢站的需求，可以根据需求灵活调配车载式制氢压缩/转换机，对于氢气需求较多的加氢站，可以延长车载式制氢压缩/转换机在该站的停留时间，对于氢气需求较少的加氢站，则相应减少车载式制氢压缩/转换机在该站的停留时间，制得少量氢气即可，因此资源得到充分利用，制氢设备和压缩设备闲置的情况很少出现；
4)现有技术中有的加氢站采用运气罐运输的方式对加氢站储氢罐进行加氢，会造成运输过程中存在安全隐患，而本发明中车载式制氢压缩/转换机没有储氢装置，运用本发明后，可以不必采用氢气运输的方式补充氢气，可以直接利用车载式制氢压缩/转换机，现场制氢，减少运输的不便；
5)本发明中的加氢站设置方式能很好地适应现阶段即氢能利用初始阶段的氢气需求。
附图说明
图1为现有加氢站示意图；
图2为本发明一种制氢加氢网络示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
图1为现有加氢站设置图，显示加氢站内的设置为：电源连接制氢装置，制氢装置之后又分为两路，分别连接氢气压缩设备和氧气压缩装置，氢气压缩装置后连接储氢罐和氢气分配装置，氧气压缩装置后连接储氧罐和氧气分配装置。这种设置方式会造成氢气需求较少的加氢站设备闲置，氢气需求较多的加氢站无法满足客户需求，造成资源无法合理分配。
与现有加氢站不同，本发明一种制氢加氢网络采用车载式制氢压缩/转换机，将制氢装置和气体压缩装置制成移动式，固定加氢站内只包含电源、水源、气体储存装置和气体分配装置等，也即将成本相对较昂贵的设备制成移动式，这样所需制氢装置和气体压缩装置的数量大大减少，减少了设备成本。
本发明示意图如图2，车载式制氢压缩/转换机灵活运行于各固定加氢站之间，根据不同的加氢站的需求，为加氢站内的储气罐进行制氢压缩充氢，构成制氢加氢网络，所述的制氢加氢网络内包含至少两个固定加氢站，该网络既满足各个加氢站的需求，也使得设备资源得到充分利用。
具体设置为：
如图2所示，该车载式制氢压缩/转换机包括制氢装置、氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置，所述的制氢装置设有电源接口、水源入口、氢气出口和氧气出口，制氢装置的氢气出口和氧气出口分别连接氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置。
该网络包括至少两个固定加氢站，所述固定加氢站包括电源、水源(图中未画出)、储氢罐、储氧罐、氢气分配装置和氧气分配装置。
所述的电源、水源分别通过电源接口、水源接口与制氢装置，所述的氢气压缩/转换装置、氧气压缩/转换装置分别与氢气储气罐、氧气储气罐连接，所述的氢气储气罐、氧气储气罐分别与氢气分配装置、氧气分配装置连接。
制氢时：
所述的固定加氢站为车载式制氢压缩/转换机提供电源、水源，所述的车载式制氢压缩/转换机为固定加氢站提供氢气和氧气。
车载式制氢压缩/转换机移动至固定加氢站，制氢装置接上电源和水源后，电解制得的氢气经氢气压缩/转换装置处理后输送至储氢罐储存，制氢装置制得的氧气经氧气压缩/转换装置处理后输送至储氧罐储存；
用户取用时，氢气从储氢罐输送至分配装置输出，氧气从储氧罐输送至氧气分配装置输出。
实际运行时，如加氢站1服务范围内所需氢气量较大，则将车载式制氢压缩/转换机在加氢站1的停留时间延长，使得其储气罐储气量满足一段时间内的氢气需求；如加氢站2服务范围内所需的氢气量较少，则将车载式制氢压缩/转换机在加氢站2的停留时间缩短，依次类推。若干个固定加氢站配置一个车载式制氢压缩/转换机，车载式制氢压缩/转换机在固定加氢站间灵活移动，针对各加氢站的需求，实时进行制氢压缩充氢，形成一个制氢加氢网络。
同时电源的用电来源可以是新能源，即将不能用于并网运行的太阳能、风能和核能等清洁新能源转化成的电能，转化成氢能储存起来。避免了能源的浪费。还可以利用现有电网晚间电价低谷期时进行制氢储氢，从而降低成本。
储氢方式可以为利用车载式制氢压缩机将氢气压缩储存至高压罐，或利用车载式制氢转换机将氢气转换为气态或固态注入液态或固态储氢材料中储存，或将氢气直接液化储存。
储氢罐的储氢材料可采用储氢合金等材料。储氢合金在一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气。
制氢装置中制氢方式可采用碱性电解水、固体氧化物电解水以及质子交换膜电极(PEM)电解水等方式。质子交换膜电解技术采用非常薄的质子交换膜作为电解质，装置简单小巧，所制备的氢气纯度高，安全性高。
站内设有多处电源和多个氢气分配装置、多个氧气分配装置，满足用户需求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种制氢加氢网络，其特征在于，该网络包括至少两个固定加氢站和一个移动制氢装置，所述的固定加氢站内设有储氢装置，所述的移动制氢装置为各网点的储氢装置充氢。
2.根据权利要求1所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，所述的移动制氢装置为车载式制氢压缩/转换机，所述的车载式制氢压缩/转换机根据各固定加氢站需求，在各固定加氢站间移动，所述的固定加氢站为车载式制氢压缩/转换机提供电源、水源，所述的车载式制氢压缩/转换机为固定加氢站提供氢气和氧气。
3.根据权利要求2所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，所述的电源转化来源包括太阳能、风能、潮汐能、核能，以及现有电网。
4.根据权利要求2所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，该车载式制氢压缩/转换机包括制氢装置、氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置，所述的制氢装置设有电源接口、水源入口、氢气出口和氧气出口，制氢装置的氢气出口和氧气出口分别连接氢气压缩/转换装置和氧气压缩/转换装置。
5.根据权利要求4所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，所述的固定加氢站内还设有储氧装置、氢气分配装置和氧气分配装置；
所述的电源通过电源接口与制氢装置连接，所述的水源通过水源接口为制氢装置输水，所述的氢气压缩/转换装置、氧气压缩/转换装置分别与氢气储气装置、氧气储气装置连接，所述的氢气储气装置、氧气储气装置分别与氢气分配装置、氧气分配装置连接。
6.根据权利要求4所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，所述的制氢装置中采用的电解方式为质子交换膜水电解或固体氧化物水电解或碱性水电解。
7.根据权利要求1所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，氢气存储状态为气态或液态。
8.根据权利要求2所述的一种制氢加氢网络，其特征在于，储氢方式可以为利用车载式制氢压缩机将氢气压缩储存至高压罐，或利用车载式制氢转换机将氢气转换为气态或固态注入液态或固态储氢材料中储存，或将氢气直接液化储存。
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