CN111692520B - 一种供应气体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种压力复合加氢方法，该方法使用特别设计的气体供应设备，所述气体供应设备包括：气体源装置，第一压缩单元，第一控制单元，一级储气单元，第二控制单元，第二压缩单元，第三控制单元，二级储气单元，备用储气单元以及加注单元；在所述方法中，将所述气体供应设备设置成在六种连接模式之间切换，并采用七种不同的操作模式。

Description

一种供应气体的方法
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种特别设计的气体供应设备以及使用该设备供应气体的方法，尤其涉及加氢站和使用该加氢站以特别设计的方式进行加氢的压力复合加氢方法。
背景技术
长久以来，以燃料电池为动力的车辆由于其低污染和高能源利用效率而受到人们的广泛关注，氢能以高能效、来源广、可再生、燃烧产物零污染等优点，被国际公认为未来的绿色能源。已经有许多关于氢能源燃料电池车辆的研究报道，其中的一部分正在逐步投入商业化。包括美、日、中、韩、欧盟在内的许多国家和地区都在大力开发氢能汽车，积极建造加氢站和相关氢能基础实施。以氢为动力己成为新能源领域的重要应用方向。氢气通过加氢站或加氢机对燃料电池汽车进行加注，并以高压形式储存在车载氢气瓶中。但是，与常规化石燃料车辆相比，氢能源车辆的一个很大的劣势在于其加氢设备无法满足相关的要求。
例如，许多加氢站无法在高峰期、常规时段和鲜有加氢需求的深夜时段根据加氢负荷进行适应性的变化。例如，在大负荷的高峰时段需要连续不停地进行车辆加氢的情况下很容易出现氢气供应能力不足的现象，在对最初数辆汽车进行加氢之后就会出现储氢罐中氢气压力的显著下降，后续车辆的加氢速度显著变慢。如果按照高峰时段的要求配置高压力的大型储氢罐，使用高压压缩机持续提供和储存大量高压氢气，在常规时段和深夜时段则呈现出显著的能量浪费和机器损耗，导致大幅提高的基建投资和维护成本与氢气供应不匹配，甚至会导致相关的设备在经济上完全不可行。人们迫切希望以简单的结构设计获得一种具有充分灵活性、储氢和供氢能力能够灵活切换变化的新型加氢站，以跟上氢燃料电池车辆日益加速的发展步伐。
本申请的发明人进行了深入的研究，开发出了能够满足上述要求的气体供应设备，具体来说是一种加氢站，该加氢站能够以极其简单的涉及结构实现多种不同模式之间的灵活、便捷和及时的切换，完美地适应不同负荷时段的要求，同时还出乎意料地发现，通过上述不同模式切换的设计，总体上能够显著降低气体供应设备中压缩机设计容量、降低能耗、减少压缩机启动-停机次数，显著降低压缩机设备的损耗和维护成本。基于该研究成果，完成了本发明。
发明内容
本发明提供了一种用于供应气体的设备，该设备可以在所述气体供应系统可以在六种不同的连接模式之间方便地切换，基于这些连接模式，可以以至少七种不同的操作模式进行气体的供应，有效地适应不同的加氢负荷需求。
本发明的第一方面提供了一种气体供应设备，所述气体供应设备包括：气体源装置，第一压缩单元，第一控制单元，一级储气单元，第二控制单元，第二压缩单元，第三控制单元，二级储气单元，备用储气单元以及加注单元；所述第一储气单元中包括N个1级储气瓶，N为≥3的整数，所述所述第二储气单元中包括M个2级储气瓶，M为≥3的整数，所述备用储气单元包括K个3级储气瓶，K为≥2的整数；
所述气体源装置，第一压缩单元，第一控制单元，一级储气单元，第二控制单元，第二压缩单元，第三控制单元，二级储气单元，备用储气单元以及加注单元中的至少两个或更多个相互连接，使得所述气体供应设备设置成可以在以下六种连接模式之间切换：
A)第一连接模式：在该第一连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；任选地，第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间，所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通；所述加注单元不与所述备用储气单元连通；
B)第二连接模式：在该第二连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与加注单元直接连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和加注单元之间或者设置在所述一级储气单元和第二压缩单元之间；任选地，所述一级储气单元中的又一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述二级储气单元不与所述加注单元连通，所述一级储气单元和加注单元不与所述备用储气单元连通；
C)第三连接模式：在该第三连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述备用储气单元经由第二压缩单元与所述加注单元连通，并且任选地所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通；
D)第四连接模式：在该第四连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连接，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述一级储气单元和二级储气单元不与加注单元连通；所述备用储气单元直接与所述加注单元连通或者经由第二压缩单元与所述加注单元连通；
E)第五连接模式：在该第五连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；任选地，所述第二压缩单元同时还与二级储气单元连通，并且二级储气单元不与加注单元连通；
F)第六连接模式：在该第六连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元经由第一控制单元直接与所述气体供应设备外部连通，或者经由第一控制单元直接与所述备用储气单元连通；与此同时，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2 级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；任选地，所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通。
根据本发明的一个优选的实施方式，在所述第一连接模式至第六连接模式中的至少一个中，所述一级储气单元与所述备用储气单元连通，且第二控制单元设置在所述一级储气单元与所述备用储气单元之间。优选地，在所有的所述第一连接模式至第六连接模式中，经由所述第二控制单元控制所述一级储气单元向所述备用储气单元输送气体，或者经由所述第一控制单元控制所述第一压缩单元向所述备用储气单元输送气体。更优选地，在所述一级储气单元中所有的1级储气瓶均已充满的情况下，如果所述备用储气单元未被充满，则经由所述第二控制单元控制所述一级储气单元向所述备用储气单元输送气体。根据本发明的另一个实施方式，在所述一级储气单元中所有的1级储气瓶均已充满且所述二级储气单元中所有的2级储气瓶均已充满的情况下，如果所述备用储气单元未被充满，则经由所述第二控制单元控制所述一级储气单元向所述备用储气单元输送气体。
根据本发明的另一个优选的实施方式，所述设备还包括位于所述气体源装置下游且紧邻所述第一压缩单元的缓冲罐。
根据本发明的另一个优选的实施方式，所述气体源装置是选自以下装置：气体储罐、基于化学反应的气体生成装置和基于电化学反应的气体生成装置。
根据本发明的另一个优选的实施方式，所述气体源装置是氢气源装置，例如大型氢气储罐，基于纯化学工艺的氢气发生器，或者基于电化学工艺的氢气发生器。
本发明的第二个方面提供了一种使用上述本发明的气体供应设备来供应气体的方法，所述方法采用以下七种操作模式中的一种：
第一操作模式：在该第一操作模式中，所述气体供应设备采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由该加注单元向外界供应气体；所述第一1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是所述N 个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，所述第二2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；
第二操作模式：在该第二操作模式中，所述气体供应设备采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中的一个未充满的具有最高压力的1级储气瓶中，将其充满之后再将气体输入下一个未充满的具有最高压力的1级储气瓶中，直至一级储气单元中的所有 1级储气瓶均被充满，然后，所述一级储气单元中的具有最高压力的1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶中，将其充满之后再将气体输入下一个未充满的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶中，直至二级储气单元中的所有2级储气瓶均被充满；任选地，二级储气单元中的一个具有最高压力的2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由该加注单元向外界供应气体；
第三操作模式：在该第三操作模式中，所述气体供应设备采用第二连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体直接输入到加注单元中；任选地，所述一级储气单元中的第三1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；所述二级储气单元没有将气体输送到注入单元；所述第一1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第三1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中除了所述第一和第二1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一 2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；
第四操作模式：在该第四操作模式中，所述气体供应设备首先采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1 级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；二级储气单元中的除了所述第一2级储气单元以外的其他非活动状态2级储气瓶中按照其他从高到底的顺序依次将其中的气体输送至加注单元，直至二级储气单元中所有的非活动状态2级储气瓶的气压均使其无法经由加注单元向外界供应气体；此时将所述气体供应设备切换至第三连接模式，备用储气单元中的具有第四压力的气体经由第二压缩单元加压后输送至加注单元，同时气体源装置向第一储气单元提供气体，所述第一储气单元向第二储气单元提供气体；
第五操作模式：在该第五操作模式中，所述气体供应设备采用第四连接模式，备用储气单元中的具有第四压力的气体直接输送至加注单元，同时所述第一储气单元向第二储气单元提供气体；当备用储气单元中的气体的压力不足以使其经由加注单元向外界供应气体时，备用储气单元中的具有第四压力的气体经由第二压缩单元加压之后输送至加注单元，或者将所述气体供应设备切换至第一连接模式，由第二储气单元向加注单元提供气体；
第六操作模式：在该第六操作模式中，所述气体供应设备采用第五连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，然后经由第二压缩单元进一步加压直接输送至加注单元；与此同时，另一部分加压至第二压力的气体输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，同时所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由该加注单元向外界供应气体；所述第一1级储气瓶是所述N个1 级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1 级储气瓶，所述第一2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，所述第二2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；
第七操作模式：在该第七操作模式中，所述气体供应设备采用第六连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，该气体经过第一压缩单元加压至第二压力，然后经由第一控制单元直接输送至所述气体供应设备外部或者直接输送至所述备用储气单元；与此同时，加压至第二压力的气体输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，同时所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由该加注单元向外界供应气体；所述第一1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1 级储气瓶，所述第二1级储气瓶是所述N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是所述M个2 级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，所述第二2级储气瓶是所述M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态 2级储气瓶。
根据本发明的一个优选的实施方式，在所述第一至第四操作模式中的至少一个当中，或者在所述第六至第七操作模式中的至少一个当中，气体源装置持续地向第一储气单元提供气体，且所述第一储气单元持续地向第二储气单元提供气体。优选地，在全部的所述第一至第四操作模式、第六至第七操作模式中，气体源装置持续地向第一储气单元提供气体，且所述第一储气单元持续地向第二储气单元提供气体。
根据本发明的另一个优选的实施方式，所供应的气体选自以下的一种：氢气、氧气、甲烷、甲醇蒸气、一氧化碳、沼气、水煤气、氮气、稀有气体。根据本发明的另一个优选的实施方式，所述第一压力为0.6-3MPa；所述第二压力为20-25MPa；所述第三压力为40-95MPa，例如40-45MPa或80-95MPa，或者为85-90MPa；所述第四压力为15-25MPa。根据本发明的另一个优选的实施方式，所述方法总体在环境温度至80℃的温度下进行。根据本发明一个特别优选的实施方式，本发明的气体供应设备是加氢站。根据本发明另一个特别优选的实施方式，本发明的方法是使用该加氢站进行的加氢方法。
在下文的具体实施方式部分中，结合附图对本申请开发的设备和方法的设计细节进行描述。
附图说明
附图中显示了本发明的一些设计形式。出于清楚显示的目的，附图中的各种装置、部件和通道等的尺寸可能会进行一定程度的放大或缩小，而非完全按照真实设备的尺寸比例绘制。本发明整体型反应器的实际尺寸和相对比例设定仅仅受到本说明书具体记载的数值范围设定，而非由示意性的附图所限定。
图1显示了根据本发明一个实施方式的设备的示意图；
图2显示了根据本发明一个实施方式的设备的第一连接模式的示意图；
图3显示了根据本发明一个实施方式的设备的第二连接模式的示意图；
图4显示了根据本发明一个实施方式的设备的第三连接模式的示意图；
图5显示了根据本发明一个实施方式的设备的第四连接模式的示意图；
图6显示了根据本发明一个实施方式的设备的第五连接模式的示意图；
图7显示了根据本发明一个实施方式的设备的第六连接模式的示意图；
图8显示了根据现有技术的一个对比实验的设备的示意图；
图9显示了在24小时需要加氢的车流量典型性模拟分布图。
具体实施方式
本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120 和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到： 1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为，例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、 11、12等。
如果没有特别指出，本说明书所用的术语“两种”指“至少两种”。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，但是优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他组分，也可以仅包括列出的组分。
在本发明中限定某个部件或组分时使用的前缀“第一”、“第二”、“第三”、“一级”、“二级”、“三级”、“1级”、“2级”、“3级”等等仅仅是为了将不同的部件或组分区别开，仅仅纯粹是出于区别限定的目的，而并非表示这些部件或组分在尺寸大小、从属级别、逻辑关系或在技术工艺中的上下游关系上存在任何特定的具体限定。这些部件或组件在尺寸大小、从属级别、逻辑关系或在技术工艺中的上下游关系上的特征仅由本发明说明书中对其具体描述来限定。
在本发明中，当描述特定部件或物体相对于其他部件或物体的空间关系时，所采用的术语“之内”、“之外”、“之上”、“之下”等等，表示前者位于后者的内部、外部、上方或下方，二者可以直接接触，也可以相隔一定的距离或者由第三个部件或物体所间隔。
在以下的详细描述中，主要基于加氢站对本发明的气体供应设备进行了描述，但是本发明的气体供应设备和方法的具体设计可以用于其他种类气体的供应，可以包括现有技术已有的或者未来可能开发出的用于大规模商业用途的任意气体，例如氢气、各种烃类气体(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔)、一氧化碳、二氧化碳、卤素气体(氟、氯、溴)、气化醇类(例如甲醇蒸气)、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)、氧气、二氧化硫、氮氧化物等，并且由此获得本发明的益处。
在本发明全文中，“充满”一词表示某个容器中充入气体(例如气体)而使得该容器中的压力已达到预设阈值。不同的储气单元中的储气瓶可能具有不同的预设压力阈值。例如，所述一级储气单元中的1级储气瓶的预设压力阈值可以为20-25Mpa之间的任意一个值，例如为20MPa，此时，当某个1级储气瓶中的压力达到20MPa时，则判定该1级储气瓶已被“充满”。
在此需要强调的是，在附图中显示以及在下文所述的仅仅是本发明的一些具体实施方式，本发明的保护范围不仅限于这些具体实施方式。本发明的保护范围由本发明的权利要求所限定，可能包括权利要求书范围内的任意技术方案，包括但不限于对这些具体实施方式的进一步改进和替代。
本发明的方法是一种压力复合加氢方法，其中通过特别的设计以不同的复合压力进行加氢，同时实现了方法工艺灵活性和节约能耗方面的显著改进。本发明的设备是一种高效灵活的多模式加氢站，其中以多种特别设计的连接模式，同时实现了方法工艺灵活性和节约能耗方面的显著改进。
本发明的图1显示了根据本发明一个实施方式的加氢站的示意图。该图中用线条表示各种管线、管道、导线、导管，用来将设备中的各个不同的部件连接起来。在该图1中显示了各个部件的所有连接。在本发明全文中，当描述某个部件与另一个部件是“连通”的时候，表示各种流体(气体)可以在这两个部件之间顺利流动。此处需要强调的是，图1所示的连接起来的各个部件并不意味着这些部件一定是“连通”的，虽然这些部件相互连接，但是可能在连接用的管线、管道、导线、导管中设置不同的开关、阀门等装置，使得相互连接的部件处于“连通”或“非连通”的状态。也即是说，图1仅仅显示了各个部件的“连接方式”，而没有显示其“连通方式”。在以下的图2-7中，则用实线表示“连通”，未连通的部件之间不绘制线条，用虚线表示某两个部件之间是“任选连通”的，也即“可以连通，也可以不连通”。
参见图1，该加氢站包括一个气体源装置，具体来说是一个氢气源。该氢气源可以是一个大型储氢罐，该储氢罐可以由刚性材料(例如不锈钢、硬质塑料)或弹性或可弯曲材料(例如柔性塑料，树脂等)制成。更优选该氢气源是一个能够在现场制备氢气的现场制氢装置，例如基于纯化学反应(例如诸如氢化铝锂或硼氢化钠之类的包含氢负离子的原料与水、酸的水溶液或碱的水溶液的化学反应)的氢气生成装置，或基于电化学反应的氢气生成装置，优选是基于电化学反应的氢气生成装置。根据本发明的一个优选的实施方式，所述气体源装置是能够产生氢气的电解槽和/或可逆式燃料电池，具体地，所述电解槽可以选自碱性电解槽、质子交换膜电解槽、固体氧化物电解槽和可逆式电解槽中的至少一种。优选地，所述基于电化学反应的氢气生成装置会一直持续运作，直至所述一级储气单元中所有的1级储气罐、所述二级储气单元中的所有2级储气瓶和所述备用储气单元中的所有3级储气瓶均已充满，在上述所有的1 级至3级储气瓶全都充满的情况下，停止对所述电化学反应的氢气生成装置施加电压，使得该氢气生成装置停止产生氢气。根据本发明的一个实施方式，当由于加氢、设备泄露、化学反应或气候影响导致某一个或多个具体储气瓶中的压力下降，设备判定该储气瓶处于“非满”状态时，对所述电化学反应的氢气生成装置施加电压，使得该氢气生成装置产生氢气，按照具体限定的路径、顺序和方式对其进行充氢。
所述氢气源的氢气供应量取决于氢气需求量，具体来说与以下因素有关：(1)加氢站同时服务的氢动力车辆数量；(2)氢动力车辆的氢气储罐容量；(3)氢动力车辆的目标加注氢气时间和加注氢气量；(4)加氢设备中所有储气瓶的充满程度。根据具体的氢气需求，可以通过增大施加到氢气源的电流强度来增加单位时间内氢气供应量。在必要的时候，还可以通过定期或临时用外部氢源(例如可以使用氢气罐拖车)来补充。
根据本发明一个优选的实施方式，在紧邻着气体源装置(在图1所示的实施方式中为氢气源，具体来说是现场制氢装置1)的下游位置设置一个或多个缓冲罐2，在使用多个缓冲罐的情况下，这些缓冲罐可以串联或并联设置。这些缓冲罐用来防止现场制氢装置1产生的氢气流速发生较大变化时(例如现场制氢装置1中的电流密度突然变大，或者现场制氢装置1启动的瞬间)对后续的装置(例如第一压缩单元)造成剧烈的冲击。
根据本发明另一个优选的实施方式，在所述现场制氢装置1和缓冲罐2之间可以根据需要设置其他的装置，例如压力计、阀门、温度传感器、温控设备、气体杂质分离器、液体杂质分离器、控制器等。
本发明的设备包括两个压缩单元，其中“第一压缩单元”与“低压压缩单元3”这两个术语在本文中可互换使用，“第二压缩单元”与“中压压缩单元7”这两个术语在本文中可以互换使用。根据本发明的一个实施方式，现场制氢装置1产生的氢气的压力为0.1-10MPa，例如0.2-5MPa，或者0.6-3MPa，或者1-2MPa，或者处于上述任意两个端值相互组合获得的数值范围之内。经过低压压缩单元3之后，氢气被加压至约等于或略高于第一储气单元(图1所示为中压储氢单元5)的预设压力阈值(即“充满压力”)，例如加压至大约15-30MPa，或者18-25MPa，或者20-22Mpa，或者处于上述任意两个端值相互组合获得的数值范围之内，然后将经过加压的氢气(也称为“中压氢气”)输送入中压储氢单元5中，或者在一些情况下直接输送至加注单元10，或者经过第二压缩单元(图1所示为中压压缩单元7)加压为高压氢气(压力可以为 40-95Mpa，例如40-45MPa、或者40-75MP、或者45-75MPa、或80-95MPa，优选为 85-90MPa)然后再输送至加注单元10。由此可见，所述中压压缩单元7用来将来自中压储氢单元5的中压氢气加压为高压氢气，然后输送至第二储气单元(图1所示为高压储氢单元9)。在所述低压压缩单元3和中压压缩单元7处、其紧邻的上游或下游或者周边位置可以设置有任意的其他所需的装置，例如控制器、阀门、温度传感器、压力传感器、缓冲装置、纯化装置、回收装置、冷却/加热装置等等。
本发明的设备中还包括至少三个控制单元，分别为第一控制单元(图1所示为4 控制单元A)、第二控制单元(图1所示为6控制单元B)和第三控制单元(图1所示为8 控制单元C)。其中第一控制单元的功能主要是控制在低压压缩单元3中加压获得的中压氢气向中压储氢单元5的输送。根据本发明的一个优选的实施方式，在所述中压储氢单元5、高压储氢单元9和备用储气单元(图1所示为备用管束单元12)中有任意一个储气瓶未被充满的情况下，所述控制单元A会一直处于开启状态，持续向中压储氢单元5输送氢气，直至将设备中所有的储气瓶全部充满为止。第二控制单元B 用来控制中压储氢单元5中的中压氢气根据需要a)直接输送至加注单元10，b)经过中压压缩单元7加压之后输送至加注单元10，c)直接输送至备用储气单元12，或者d) 经过中压压缩单元7加压之后输送至高压储氢单元9，在需要的情况下，进行上述a) 至d)中的任意两种、三种或四种也可以同时进行。第三控制单元(图1所示为8控制单元C)主要用于控制所述中压氢气(来自中压储氢单元5的氢气)在中压压缩单元7中压缩而得到的高压氢气向高压储氢单元9的输送。
根据本发明的一些实施方式，所述第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元可以是手动控制的或者是远程控制的，可以是依照预设程序进行控制或者根据设备中各个部件的运行状态和氢气压力状态进行实时控制的。根据本发明的一个特别优选的实施方式，所述第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元均与计算机或逻辑电路相连，可任选地进行远程监控和控制，可以按照预设的程序运行，同时接收设备中压力传感器和装置工作状态传感器提供的数据并实时反馈发出指令，调节设备的内部管线开关情况，以进行不同连接模式和操作模式。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述第一储气单元(图1所示为中压储气单元5)包括外壳和设置在外壳之内的N个1级储气瓶，所述外壳可以根据需要为任意材料制造，例如塑料、铝合金、铁、铜、不锈钢等，在外壳和储气瓶之间可以设置有机械支撑结构、隔热材料和缓冲材料。优选地，N是至少为3的整数，例如可以为3、 4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、 43、44、45、46、47、48、49、50，或者更大的整数，例如可以为100、200、300、400或500。所述1级储气瓶可以由任意的对氢气具有阻挡能力的材料制成。例如不锈钢、铝合金等，其罐体内表面可以涂敷另外的金属涂层或聚合物涂层以提高密封性能。根据本发明的一个优选的实施方式，所述中压储氢单元5中所有的1级储气瓶是完全相同的，具有相同的材料、尺寸，充满后具有完全相同的压力。根据本发明的一个优选的实施方式，每一个1级储气瓶具有独立的进气口和出气口，或者经过同一个开口进行进气和出气。根据一个优选的实施方式，每一个1级储气瓶的进气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与上游的低压压缩单元3 相连，每一个1级储气瓶的出气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与下游的线路相连。根据本发明优选的实施方式，在中压储氢单元5 之内或之外设置有压力传感器，以实时获取中压储氢单元5中每一个1级储气瓶的信息。
根据本发明一个特别优选的实施方式，在通过低压压缩单元3向中压储氢单元5中的1级储气瓶进行充气的时候，每个特定时刻仅仅对一个1级储气瓶进行充气，具体来说，在开始充气的这一时刻，实时获取中压储氢单元5中每一个1级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有1级储气瓶的“活动状态”信息，根据气压信息剔除掉状态为“充满”的1级储气瓶，再剔除掉状态为“活动”的1 级储气瓶，最后选择具有最高压力的“未充满非活动”的1级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的1级储气瓶具有相同最高压力的时候，则从中随机选择一个1 级储气瓶作为具有最高压力的“未充满非活动”的1级储气瓶，向其中充入中压氢气，直至将其充满或者直至收到外界信号指令停止充入中压氢气。在本发明中，“活动状态”分为“活动(active)”和“非活动(inactive)”两种，“活动”是指某一特定的储气瓶正在充入氢气，或者正在对下游的装置进行供气，“非活动”则是指该充气罐未进行任何充气或向外供气的操作，优选是处于与设备中的其他部件相对隔绝的状态。根据本发明的一个优选的实施方式，所有的1级储气瓶的预设阈值压力为15-30MPa，或者18-25MPa，或者20-22Mpa，或者处于上述任意两个端值相互组合获得的数值范围之内。根据本发明另一个优选的实施方式，在开始由中压储氢单元5向外供应氢气的时刻，实时获取中压储氢单元5中每一个1级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有1级储气瓶的“活动状态”信息，剔除掉状态为“活动”的1级储气瓶，最后选择具有最高压力的“非活动”的1级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的1级储气瓶具有相同最高压力的时候，则从中随机选择一个1 级储气瓶作为具有最高压力的“未充满非活动”的1级储气瓶，由该1级储气瓶向外输出中压氢气，直至收到外界信号指令停止输出中压氢气或者该1级储气瓶的压力下降至不足以向外供应中压氢气为止。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述第二储气单元(图1所示为高压储气单元9)包括外壳和设置在外壳之内的M个2级储气瓶，所述外壳可以根据需要为任意材料制造，例如塑料、铝合金、铁、铜、不锈钢等，在外壳和储气瓶之间可以设置有机械支撑结构、隔热材料和缓冲材料。优选地，M是至少为3的整数，例如可以为3、 4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、 43、44、45、46、47、48、49、50，或者更大的整数，例如可以为100、200、300、400或500。所述2级储气瓶可以由任意的对氢气具有阻挡能力的材料制成。例如不锈钢、铝合金等，其罐体内表面可以涂敷另外的金属涂层或聚合物涂层以提高密封性能。根据本发明的一个优选的实施方式，所述高压储氢单元9中所有的2级储气瓶是完全相同的，具有相同的材料、尺寸，充满后具有完全相同的压力。根据本发明的一个优选的实施方式，每一个2级储气瓶具有独立的进气口和出气口，或者经过同一个开口进行进气和出气。根据一个优选的实施方式，每一个2级储气瓶的进气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与上游的中压压缩单元7 相连，每一个2级储气瓶的出气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与下游的线路相连。根据本发明优选的实施方式，在高压储氢单元9 之内或之外设置有压力传感器，以实时获取高压储氢单元9中每一个2级储气瓶的信息。
根据本发明一个特别优选的实施方式，在通过中压压缩单元7向高压储氢单元9中的2级储气瓶进行充气的时候，每个特定时刻仅仅对一个2级储气瓶进行充气，具体来说，在开始充气的这一时刻，实时获取高压储氢单元9中每一个2级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有2级储气瓶的“活动状态”信息，根据气压信息剔除掉状态为“充满”的2级储气瓶，再剔除掉状态为“活动”的2 级储气瓶，最后选择具有最高压力的“未充满非活动”的2级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的2级储气瓶具有相同最高压力的时候，则从中随机选择一个2 级储气瓶作为具有最高压力的“未充满非活动”的2级储气瓶，向其中充入高压氢气，直至将其充满或者收到外界指令停止充入高压氢气。根据本发明的一个优选的实施方式，所有的2级储气瓶的预设阈值压力为35-95MPa，或者40-45MPa，或者50-70MPa，或者60-75MPa，或者80-95MPa，或者85-90MPa，或者处于上述任意两个端值相互组合获得的数值范围之内。根据本发明另一个优选的实施方式，在开始由高压储氢单元9向外供应氢气的时刻，实时获取高压储氢单元9中每一个2级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有2级储气瓶的“活动状态”信息，剔除掉状态为“活动”的2级储气瓶，最后根据具体操作模式选择具有最高压力或最低压力的“非活动”的2级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的2级储气瓶具有相同最高或最低压力的时候，则从中随机选择一个2级储气瓶作为具有最高或最低压力的“未充满非活动”的2级储气瓶，由该2级储气瓶向外输出高压氢气，直至收到外界信号指令停止输出高压氢气或者该2级储气瓶的压力下降至不足以向外供应氢气为止。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述备用储气单元(图1所示为备用管束单元12)包括外壳和设置在外壳之内的K个3级储气瓶，在图1所示的实施方式中，因为这些3级储气瓶呈现狭长的外型，因此也将这些3级储气瓶的集合称作“管束”。所述外壳可以根据需要为任意材料制造，例如塑料、铝合金、铁、铜、不锈钢等，在外壳和储气瓶之间可以设置有机械支撑结构、隔热材料和缓冲材料。优选地，K是至少为2的整数，例如可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、 16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、 35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50，或者更大的整数，例如可以为100、200、300、400或500。所述3级储气瓶可以由任意的对氢气具有阻挡能力的材料制成。例如不锈钢、铝合金等，其罐体内表面可以涂敷另外的金属涂层或聚合物涂层以提高密封性能。根据本发明的一个优选的实施方式，所述备用管束单元12中所有的3级储气瓶是完全相同的，具有相同的材料、尺寸，充满后具有完全相同的压力。根据本发明的一个优选的实施方式，每一个3级储气瓶具有独立的进气口和出气口，或者经过同一个开口进行进气和出气。根据一个优选的实施方式，每一个3级储气瓶的进气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与上游的中压储氢单元5相连，每一个3级储气瓶的出气口(或开口，对于经过同一个开口进行进气和出气的情况)分别独立地与下游的线路相连。根据本发明优选的实施方式，在备用管束单元12之内或之外设置有压力传感器，以实时获取备用管束单元12中每一个3级储气瓶的信息。
根据本发明一个特别优选的实施方式，在通过中压储氢单元5向备用管束单元 12中的3级储气瓶进行充气的时候，每个特定时刻仅仅对一个3级储气瓶进行充气，具体来说，在开始充气的这一时刻，实时获取备用管束单元12中每一个3级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有3级储气瓶的“活动状态”信息，根据气压信息剔除掉状态为“充满”的3级储气瓶，再剔除掉状态为“活动”的3级储气瓶，最后选择具有最高压力的“未充满非活动”的3级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的3级储气瓶具有相同最高压力的时候，则从中随机选择一个3级储气瓶作为具有最高压力的“未充满非活动”的3级储气瓶，向其中充入中压氢气，直至将其充满或者直至收到外界信号指令停止充入中压氢气。根据本发明的一个优选的实施方式，所有的3级储气瓶的预设阈值压力为15-30MPa，或者18-25MPa，或者20-22Mpa，或者处于上述任意两个端值相互组合获得的数值范围之内。根据本发明另一个优选的实施方式，在开始由备用管束单元12向外供应氢气的时刻，实时获取备用管束单元12中每一个3级储气瓶的气压信息，将这些气压信息以降序排列，并且获取所有3级储气瓶的“活动状态”信息，剔除掉状态为“活动”的3级储气瓶，最后选择具有最高压力的“非活动”的3级储气瓶，当两个或更多个“未充满非活动”的3级储气瓶具有相同最高压力的时候，则从中随机选择一个3级储气瓶作为具有最高压力的“未充满非活动”的3级储气瓶，由该3级储气瓶向外输出中压氢气，直至收到外界信号指令停止输出中压氢气或者该3级储气瓶的压力下降至不足以向外供应中压氢气为止。
根据本发明的一些实施方式，在所述设备中任意一个部件或装置的内部、外部、周围、上游和下游可以根据需要设置各种不同的装置，例如压力传感器、温度传感器、阀门、控制器、产物收集器、纯化设备、整流装置、化学吸收设备、物理吸附设备、气体组分监测设备、泵、流量计、取样端口、观察窗、压力/温度调节器、挡板、法兰、螺纹、销、翼片，以及它们的任意组合。这些装置可以和任意一个装置一体化形成，也可以是额外安装的。
如上文所述，本发明开发的新颖的设备可以根据具体的情况，在六种不同的连接模式之间自由切换，采用七种不同的操作模式，以灵活应对设备运作过程中的不同时段所遇到的不同负荷状况。接下来的段落中，申请人将对这些不同的连接模式和操作模式进行论述。
I.第一操作模式
该第一操作模式对应于较高负荷时段的工作情况，有较多的车辆进行连续加氢，对设备中氢气有一定程度的消耗，导致高压储氢单元9中可能有至少一个2级储气瓶呈现“未充满”状态，甚至“空”状态。在本发明中，“空”状态并非表示某个储气瓶中没有氢气，而是指该储气瓶中氢气压力过低，已经不足以进行向下游装置供应氢气的操作。
根据本发明的一个优选的实施方式，在该第一操作模式下，设备呈图2所示的第一连接模式A，经过现场制氢单元1产出的低压氢气(0.6-3MPa)，纯化后通过供氢管道缓存于缓冲罐2中，再经低压氢气压缩单元3(压缩机或者泵)压缩至中压储氢单元5。如上所述，所述中压储氢单元5包括数个具有额定工作压力(预设压力阈值)的中压储氢瓶。在低压氢气压缩单元3向中压储氢单元5提供中压压缩氢气时，可以由控制单元A判断中压储氢单元5中各储氢瓶的剩余压力，并按照储氢瓶剩余压力从高到低的顺序对非活动储气瓶进行氢气的充装。
与此同时，中压储氢单元5的具有最高压力的非活动储氢瓶的氢气经过中压氢气压缩单元7(压缩机或泵)增压至40～95MPa，例如45-85MPa，然后输送至高压储氢单元9中。中压储氢单元5中各储氢瓶的压力和活动状态判断可以由控制单元B完成。所述高压储氢单元9包括数个额定工作压力为40～95MPa、例如85至90MPa 的高压储氢瓶。在中压氢气压缩单元7向高压储氢单元9供应压缩氢气时，可以由控制单元C判断高压储氢单元9中各储氢瓶的剩余压力，并按照储氢瓶组剩余压力从高到低的顺序对非活性的储氢瓶进行氢气的充装。当高压储氢单元9和中压储氢单元 5中的储氢瓶组均达到额定工作压力(预设阈值压力)时，认为这些储氢瓶均已充满，操作模式1结束，也即关停现场制氢装置1，或者关停其他的开关，使得整个设备处于待机状态。图2所示的第一连接模式中，备用储气单元(图中所示为备用管束单元 12)处于孤立状态，未与其他的部件相连，但是根据一个另外的实施方式，当检测到备用管束单元中的任意一个或多个3级储气瓶处于“未充满”状态时，经由4控制单元A或经由控制单元C按照储氢瓶组剩余压力从高到低的顺序对非活性的储氢瓶进行氢气的充装，直至所有的储氢瓶全部充满，此时操作模式1结束，也即关停现场制氢装置1，或者关停其他的开关，使得整个设备处于待机状态。
II.第二操作模式
该第二操作模式对应于较低负荷的非高峰时段的工作情况，前来加氢的车辆较少，设备中氢气有较低程度的消耗，高压储氢单元9中可能有至少一个2级储气瓶呈现“未充满”状态，但是现场制氢装置1提供氢气的量远高于车辆加注造成的氢气消耗。在此操作模式下，设备仍然呈第一连接模式A，首先将中压储氢单元5的各储氢瓶充满，然后再经由中压储氢单元5对高压储氢单元9的各储氢瓶进行充气。在该第二操作模式下，经过现场制氢单元1产出的低压氢气(0.6-3MPa)，纯化后通过供氢管道缓存于缓冲罐2中，再经低压氢气压缩单元3(压缩机或者泵)输送至中压储氢单元 5。在低压氢气压缩单元3向中压储氢单元5输送氢气时，由控制单元A判断中压储氢单元5中各储氢瓶的剩余压力，并按照储氢瓶剩余压力从高到低的顺序依次对各个储氢瓶进行氢气的充装。
当中压储氢单元5补气完成后，即中压储氢单元5中所有储氢瓶的压力均达到预设的阈值压力(20～25MPa)时，中压储氢单元5的具有最高压力非活动储氢瓶的氢气经过中压氢气压缩单元7(压缩机或泵)增压至40～95MPa，例如45-85MPa，然后输送至高压储氢单元9中。中压储氢单元5中各储氢瓶的压力和活动状态判断可以由控制单元B完成。所述高压储氢单元9包括数个额定工作压力为40～95MPa、例如85至 90MPa的高压储氢瓶。在中压氢气压缩单元7向高压储氢单元9供应压缩氢气时，可以由控制单元C判断高压储氢单元9中各储氢瓶的剩余压力，并按照储氢瓶组剩余压力从高到低的顺序对非活性的储氢瓶进行氢气的充装。当高压储氢单元9和中压储氢单元5中的储氢瓶组均达到额定工作压力(预设阈值压力)时，认为这些储氢瓶均已充满，第二操作模式结束，也即关停现场制氢装置1，或者关停其他的开关，使得整个设备处于待机状态。
III.第三操作模式
该第三操作模式对应于在极高负荷时段且已经持续一段时间的工作情况，已经有很多的车辆进行连续加氢，对设备中氢气有极大程度的消耗，导致高压储氢单元9 中可能有至少一个2级储气瓶呈现“未充满”状态，甚至“空”状态，并且中压储氢单元5中至少一个1级储气瓶也呈现“未充满”状态，甚至“空”状态。该第三操作模式用于对氢气消耗程度较大，储氢筒内氢气的压力很低(例如低于所述中压储氢单元5中的预设阈值压力)的待充气车辆进行初始充气。
根据本发明的一个优选的实施方式，在该第三操作模式下，设备呈图3所示的第二连接模式B，加注单元10经管路绕过高压储氢单元9和中压氢气压缩单元7，直接连接到中压储氢单元5，用于初始车辆填充。氢气直接从中压储氢单元5中具有最高压力的非活动状态储氢瓶中抽出，对车辆进行初始加注。当该储氢瓶中压力达到预定的下限或者储氢瓶中的压力不能维持车辆加注所必须的流量时，第三操作模式终止。
另外，在所述第三操作模式中，在使用中压储氢单元5对车辆进行初始加注的同时，低压氢气压缩单元3持续向中压压缩单元5的非活动储氢瓶补充氢气，补充氢气根据非活动储氢瓶剩余压力由高至低的顺序逐次进行，该功能可以由控制单元A 实现。控制单元A可实时检测中压储氢单元中各非活动储氢瓶组的压力，将低压氢气压缩单元的压缩机或泵连接到中压压缩单元5中具有最高压力的非活动状态储氢瓶进行氢气补充，当该非活动储氢瓶的压力达到预设阈值压力(即判定为充满)，切换至下一最高压力的非活动储氢瓶。任选地，与此同时，中压氢气压缩单元7从中压储氢单元5非活动储氢瓶(按剩余压力从高到低)抽取氢气，经控制单元C，向高压储氢单元9(按高压储氢单元9中储氢瓶剩余压力由高至低的顺序)补充氢气。
IV.第四操作模式
该第四操作模式是紧随上述第三操作模式之后进行的模式，用于在上述极高负荷时段中已经进行过车辆初始充气，相对于第三操作模式，在该第四操作模式中氢气有进一步的消耗，例如中压储氢单元5中至少一个储氢瓶的压力有了进一步的下降，而被充气的车辆中则已经有了初步的氢气充入，车辆储氢筒中的氢气压力相对于初始充气之前有了一定程度的上升。
在所述第四操作模式中，设备首先切换到第一连接模式A(如图2所示)，从高压储氢单元9经加注单元10向车辆11继续加注氢气，加注顺序按高压储氢单元9中非活动状态储氢瓶的压力由低到高进行或者由高到低进行，当一个储氢瓶中压力达到预定的下限或者与车辆达到压力平衡时，切换至下一具有最低压力或最高压力的非活动状态储氢瓶进行车辆充气，待压力达到预定的下限或者与车辆达到压力平衡时，再切换至下一个具有最低压力或最高压力的非活动状态储氢瓶进行车辆充气，如此类推，直至加注完成。当加注车辆11储氢筒达到预定的加注质量时，该第四操作模式结束。但是，在该第四操作模式中，在如上所述耗尽了高压储氢单元9中的氢气之后，有很大可能仍然无法满足车辆11所需的氢气加注量。在此情况下，将设备切换至第三连接模式C(如图4所示)，由此启用备用管束单元12，使得备用管束单元12中最高压力的非活动状态的一个储氢瓶向中压压缩单元7提供氢气，加压为高压氢气(例如 40-80MPa)之后输送至加注单元10，对车辆11进行补气至目标加注量。
另外，在所述第四操作模式中，在使用高压储氢单元9对车辆11进行加注的同时，低压氢气压缩单元3持续向中压压缩单元5的非活动储氢瓶补充氢气，补充氢气根据非活动储氢瓶剩余压力由高至低的顺序逐次进行，该功能可以由控制单元A实现。控制单元A可实时检测中压储氢单元中各非活动储氢瓶组的压力，将低压氢气压缩单元的压缩机或泵连接到中压压缩单元5中具有最高压力的非活动状态储氢瓶进行氢气补充，当该非活动储氢瓶的压力达到预设阈值压力(即判定为充满)，切换至下一最高压力的非活动储氢瓶。任选地，与此同时，中压氢气压缩单元7从中压储氢单元5非活动储氢瓶(按剩余压力从高到低)抽取氢气，经控制单元C，向高压储氢单元9(按高压储氢单元9中储氢瓶剩余压力由高至低的顺序)补充氢气。根据本发明的一个实施方式，在经由备用管束单元12对加注单元10供应高压氢气的同时，如果高压储氢单元9中的某一个储氢瓶的压力达到可以对加注车辆充气的压力，则随时可以单独或同时地使用该高压储氢单元9中的储氢瓶对车辆进行充气。因此图4中该第三连接模式C中高压储氢单元9与加注单元10之间的连接以虚线显示，表示二者之间可以根据需要采取“连通”或“未连通”的方式。根据一个另外的实施方式，也可以根据需要同时经由4控制单元A按照备用管束单元12中储氢瓶组剩余压力从高到低的顺序对非活性的储氢瓶进行氢气的充装，直至备用管束单元12中所有的储氢瓶全部充满，因此图4中该第三连接模式C中控制单元A与备用管束单元12之间的连接以虚线显示，表示二者之间可以根据需要采取“连通”或“未连通”的方式。
V.第五操作模式
该第五操作模式是指加氢站中的制氢设备出现故障，也即现场制氢装置1停机，不再向中压储氢单元提供氢气或提供氢气的量显著下降的情形。具体来说，当站内制氢装置1出现故障而停机或制氢效能显著下降的情况下，设备采取第四连接模式(如图5所示)，启用备用管束单元12。如图5所示，在第四连接模式下，由于现场制氢装置1处于停机或功率下降状态，所示现场制氢装置1与缓冲罐之间的连接用虚线表示，也即二者可以任选地采取“连通”或“未连通”的方式。备用管束单元12与加注单元10直接可以直接连通(用于车辆初始加注)，也可以经由中压压缩单元7连通(用于车辆后续加注)，因此备用管束单元12与加注单元10之间的上述两种连接方式在图5中均用虚线表示，表示可以根据需要采取上述两种连通的任意一种。根据一个实施方式，所述备用管束单元12包括3级储气瓶，其中的压力与所述中压储氢单元5 的压力相近，例如可以在20MPa左右。加注单元10经管路绕过高压储氢单元9和中压氢气压缩单元7，直接连接到备用管束单元12，用于车辆初始加注。在备用管束向车辆初始加注的同时，中压氢气压缩单元7从备用管束单元12中压力最高的非活动状态储氢瓶抽取氢气，经控制单元C，向高压储氢单元9补充氢气(按高压储氢单元9 中储氢瓶剩余压力由高至低的顺序逐次进行充氢)。
对于上述备用管束单元12对加注车辆11的直接初始加注，当备用管束单元12 的3级储气瓶与加注车辆11的压力达到平衡时，如果高压储氢单元9中的一个或多个储氢瓶压力高于预设阈值压力(即该一个或多个储氢瓶已充满)，则将设备切换为第一连接模式A，由高压储氢单元9对车辆11进行后续氢气加注。若备用管束单元12 的3级储气瓶与加注车辆11的压力达到平衡时高压储氢单元9内尚无可用的储氢瓶，或者高压储氢单元9由于备用管束单元12充气而可用的储氢瓶氢气耗尽之后小车仍未达到目标加注量，则在使得设备处于第四连接模式的情况下，启动中压压缩单元7，从备用管束单元12中压力最高的非活动状态储氢瓶抽取氢气，在中压压缩单元7中加压形成高压氢气，该高压氢气经加注单元10对车辆11进行补气至目标加注量。
VI.第六操作模式
该第六操作模式显示了在加氢站中的制氢设备功能完好，而中压储氢单元5、高压储氢单元9和备用管束单元12的储氢均已耗尽或压力显著降低，不足以为车辆充气的状态，模拟了长时间高峰氢气加注状态。
根据本发明的一个优选的实施方式，在该第六操作模式下，设备呈图6所示的第五连接模式，经过现场制氢单元1产出的低压氢气(0.6-3MPa)，纯化后通过供氢管道缓存于缓冲罐2中，再经低压氢气压缩单元3(压缩机或者泵)压缩形成中压氢气，然后直接输送至中压压缩单元7，进一步压缩形成高压氢气(例如40-95MPa，或者 45-85MPa)，然后将高压氢气直接输送至加注单元10。与此同时，离开低压氢气压缩单元3的一部分中压氢气还进一步输送至中压储氢单元5。任选地，还从中压储氢单元5输出氢气，经过中压压缩单元7加压为高压氢气之后向高压储氢单元9输送氢气。根据本发明的一个优选的实施方式，以上所述向中压储氢单元5充气和向高压储氢单元9输送氢气的过程可以按照以上第一操作模式中所述相同的方式进行。
VII.第七操作模式
该第七操作模式显示了在加氢站中压储氢单元5、高压储氢单元9和备用管束单元12绝大部分的储气瓶均已充满，并且使用加氢站进行加氢的车辆很少，对氢气的消耗极低的情况，例如夜晚12点至凌晨5点的时段。在此第七操作模式中，设备采用图7所示的第六连接模式，经过现场制氢单元1产出的低压氢气(0.6-3MPa)，纯化后通过供氢管道缓存于缓冲罐2中，再经低压氢气压缩单元3(压缩机或者泵)压缩形成中压氢气，然后直接输送至备用储气单元12、或者输送至外部的储氢罐、或者经由输气管道输往相邻的其他加氢站。与此同时，由低压氢气压缩单元3输出的中压氢气还输送至中压储氢单元5，按照压力从高到低的顺序将中压储氢单元5中的储氢瓶依次充满，在对中压储氢单元5充气的同时，氢气还从该中压储氢单元5中输出，经由中压压缩单元7压缩至高压之后再输送至高压储氢单元9，按照压力从高到低的顺序将高压储氢单元9中的储氢瓶依次充满。每当有车辆使用该加氢站进行加氢的时候，氢气从高压储氢单元9中输出氢气至加注单元10，然后对车辆进行氢气加注。
根据本发明的一个优选的实施方式，对本发明的气体供应设备进行程序设定，基于其中中压储氢单元5、高压储氢单元9和备用管束单元12中各个储氢瓶的压力、气体源装置的运作状态以及加注单元处测得的气体加注车辆的出现频率、气体加注累计时长和加注车辆储气瓶中气体实时压力来确定所述气体供应设备应当选择的连接模式和操作模式。
根据本发明一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过80％、优选超过90％、优选超过95％的储气瓶为充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者30分钟，或者20分钟)中的占比低于40％，或者低于30％，或者低于20％，或者低于10％，或者低于5％的情况下，所述气体供应设备采取第七操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过70％，优选超过80％、优选超过90％，更优选超过95％的中压储气瓶为充满状态，并且超过40％，优选超过45％、优选超过50％，更优选超过60％的高压储气瓶为未充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者30分钟，或者20分钟)中的占比低于50％，或者低于40％，或者低于30％，或者低于20％，或者低于10％的情况下，所述气体供应设备采取第二操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过50％，优选超过60％、优选超过65％，更优选超过68％的中压储气瓶为充满状态，并且超过60％，优选超过65％、优选超过70％，更优选超过80％的高压储气瓶为未充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者30分钟，或者20分钟)中的占比低于70％，或者低于65％，或者低于60％，或者低于55％的情况下，所述气体供应设备采取第一操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过50％，优选超过60％、优选超过65％，更优选超过68％的中压储气瓶为未充满状态，并且超过50％，优选超过55％、优选超过60％，更优选超过65％的高压储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者 30分钟，或者20分钟)中的占比不低于70％，或者不低于75％，或者不低于80％，或者不低于85％的情况下，所述气体供应设备采取第三操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过30％，优选超过40％、优选超过50％的中压储气瓶为空状态，并且超过70％，优选超过75％、优选超过80％的高压储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者30分钟，或者20分钟)中的占比不低于70％，或者不低于75％，或者不低于80％，或者不低于85％的情况下，所述气体供应设备采取第四操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体源装置出现故障，导致其在正常工作状态下的气体供应流量低于额定气体供应流量的50％、或40％、或30％的情况下，所述气体供应设备采取第五操作模式。
根据本发明另一个优选的实施方式中，当气体供应设备中超过55％，优选超过60％、优选超过70％、更有选超过80％的中压储气瓶为空状态，并且超过80％，优选超过85％、优选超过90％的高压储气瓶为空状态，并且超过30％、优选超过40％、优选超过50％、更有选超过60％，更有选超过70％的备用储气单元中的储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在特定单位时间(例如1小时，或40分钟，或者30分钟，或者20分钟)中的占比不低于70％，或者不低于75％，或者不低于80％，或者不低于85％的情况下，所述气体供应设备采取第六操作模式。
实施例
在以下实施例1和比较例中，比较了本发明多模式加氢站和仅采用单一模式的加氢站。
实施例1
实施例1采用了图1所示的各部件设置结构，其中现场制氢装置1是能够产生压力约为2MPa的氢气的电解法制氢装置，额定氢气产量约为500千克/天，氢气经过低压压缩单元3之后产生20MPa的中压氢气，中压储氢单元5中包括九个容积为 0.5m3的储气瓶，每个储气瓶的预设充满压力为20MPa；氢气经过中压压缩单元7之后产生45MPa的高压氢气，高压储氢单元9中包括九个容积为0.5m3的储气瓶，每个储气瓶的预设充满压力为45MPa；备用管束单元12中包括三个容积为0.5m3的储气瓶，每个储气瓶的预设充满压力为20MPa。
在该实施例1中，当气体供应设备中超过95％的储气瓶为充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20分钟中的占比低于5％的情况下，所述气体供应设备采取第七操作模式；当气体供应设备中超过90％中压储气瓶为充满状态，并且超过60％的高压储气瓶为未充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20分钟中的占比低于10％的情况下，所述气体供应设备采取第二操作模式；当气体供应设备中超过65％的中压储气瓶为充满状态，并且超过80％的高压储气瓶为未充满状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20分钟中的占比低于 60％的情况下，所述气体供应设备采取第一操作模式；当气体供应设备中超过68％的中压储气瓶为未充满状态，并且超过60％的高压储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20分钟中的占比不低于70％的情况下，所述气体供应设备采取第三操作模式；当气体供应设备中超过50％的中压储气瓶为空状态，并且超过80％的高压储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20 分钟中的占比不低于80％的情况下，所述气体供应设备采取第四操作模式；当气体源装置出现故障，导致其在正常工作状态下的气体供应流量低于额定气体供应流量的 40％的情况下，所述气体供应设备采取第五操作模式；当气体供应设备中超过80％的中压储气瓶为空状态，并且超过90％的高压储气瓶为空状态，并且超过70％的备用储气单元中的储气瓶为空状态，且车辆连接气体供应设备进行加氢的持续时间在20分钟中的占比不低于80％的情况下，所述气体供应设备采取第六操作模式。
在该实施例1中以500千克/天的加氢量使用加氢站进行充氢，依照图9所示的需要加氢的车辆在24小时内的典型性模拟分布图来设计充气负荷分布。该典型性模拟分布图是发明人依据在一个高速公路的加油站一周内统计的加油车辆时间分布图，按照等比例换算为500千克/天加氢总量而设计的。使用氢气瓶代替氢能源车辆进行加氢操作(一个氢气瓶代表一辆氢能源车辆)，该氢气瓶的使用容量设为5千克，氢气充满压力35MPa，充满时间大约5分钟，高峰期状态则需要稍长的时间。
使用该实施例1的加氢站24小时后总体能耗为1439千瓦小时。
比较例1
设计采用图8所示的设备进行比较例1，其使用与实施例1相同的现场制氢装置 1，该装置是能够产生压力约为2MPa的氢气的电解法制氢装置，额定氢气产量约为 200千克/天，氢气经过缓冲罐2和压缩单元3之后产生45MPa的高压氢气，储存在高压储氢单元4中，所述高压储氢单元4包括十五个容积为0.5m3的储气瓶，每个储气瓶的预设充满压力为45MPa。未采用多模式操作设计，在24小时内采用以下单一模式：压缩单元持续对高压储氢单元充气，每当高压储氢单元中所有的储气瓶全部充满之后停机，高压储氢单元对加注单元供应氢气。高压储氢单元中进行充气的储气瓶和用于对加注单元供气的储气瓶的选择遵循上文所述的规律，即“每次选择当前时刻压力最高的未充满非活动储气瓶，对其进行充气；每次选择当前时刻压力最高的非活动储气瓶，对加注单元进行供气”。
在该比较例1中以500千克/天的加氢量使用加氢站进行充氢，其充气负荷分布和氢气瓶容量(5千克，充满压力35MPa)与实施例1相同。
使用该比较例1的加氢站24小时后的总体能耗为1625千瓦小时。
以上实施例1与比较例1相比，实现了大约11.4％的节能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种供应气体的方法，所述供应气体的方法使用一种气体供应设备，所述气体供应设备包括：气体源装置，第一压缩单元，第一控制单元，一级储气单元，第二控制单元，第二压缩单元，第三控制单元，二级储气单元，备用储气单元以及加注单元；所述一级储气单元中包括N个1级储气瓶，N为≥3的整数，所述二级储气单元中包括M个2级储气瓶，M为≥3的整数，所述备用储气单元包括K个3级储气瓶，K为≥2的整数；
所述气体源装置，第一压缩单元，第一控制单元，一级储气单元，第二控制单元，第二压缩单元，第三控制单元，二级储气单元，备用储气单元以及加注单元中的至少两个或更多个相互连接，使得所述气体供应设备设置成在以下六种连接模式之间切换：
A) 第一连接模式：在该第一连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间，所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通；所述加注单元不与所述备用储气单元连通；
B) 第二连接模式：在该第二连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与加注单元直接连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和加注单元之间或者设置在所述一级储气单元和第二压缩单元之间；所述一级储气单元中的又一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述二级储气单元不与所述加注单元连通，所述一级储气单元和加注单元不与所述备用储气单元连通；
C) 第三连接模式：在该第三连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述备用储气单元经由第二压缩单元与所述加注单元连通，并且任选地所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通；
D) 第四连接模式：在该第四连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连接，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；所述一级储气单元和二级储气单元不与加注单元连通；所述备用储气单元直接与所述加注单元连通或者经由第二压缩单元与所述加注单元连通；
E)第五连接模式：在该第五连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；所述第二压缩单元与加注单元连通；任选地，所述第二压缩单元同时还与二级储气单元连通，并且二级储气单元不与加注单元连通；
F)第六连接模式：在该第六连接模式下，气体源装置与第一压缩单元连通，第一压缩单元经由第一控制单元直接与所述气体供应设备外部连通，或者经由第一控制单元直接与所述备用储气单元连通；与此同时，第一压缩单元与一级储气单元中的一个1级储气瓶连通，第一控制单元设置在所述第一压缩单元和一级储气单元之间，所述一级储气单元中的另一个1级储气瓶与第二压缩单元连通，第二控制单元设置在所述一级储气单元和所述第二压缩单元之间；第二压缩单元与二级储气单元中的一个2级储气瓶连通，第三控制单元设置在所述第二压缩单元和二级储气单元之间；任选地，所述二级储气单元中的另一个2级储气瓶与加注单元连通；
所述供应气体的方法采用以下七种操作模式中的一种：
第一操作模式：在该第一操作模式中，所述气体供应设备采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；所述第一1级储气瓶是N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是M个2级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，第二2级储气瓶是M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由加注单元向外界供应气体；
第二操作模式：在该第二操作模式中，所述气体供应设备采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中的一个未充满的具有最高压力的1级储气瓶中，将其充满之后再将气体输入下一个未充满的具有最高压力的1级储气瓶中，直至一级储气单元中的所有1级储气瓶均被充满，然后，所述一级储气单元中的具有最高压力的1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶中，将其充满之后再将气体输入下一个未充满的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶中，直至二级储气单元中的所有2级储气瓶均被充满；任选地，二级储气单元中的一个具有最高压力的2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由加注单元向外界供应气体；
第三操作模式：在该第三操作模式中，所述气体供应设备采用第二连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体直接输入到加注单元中；所述二级储气单元没有将气体输送到加注单元；所述第一1级储气瓶是N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，第三1级储气瓶是N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶和第二1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是M个2级储气瓶中具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；任选地，所述一级储气单元中的第三1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；
第四操作模式：在该第四操作模式中，所述气体供应设备首先采用第一连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，与此同时，所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；二级储气单元中的除了所述第一2级储气瓶以外的其他非活动状态2级储气瓶中按照其他从高到底的顺序依次将其中的气体输送至加注单元，直至二级储气单元中所有的非活动状态2级储气瓶的气压均使其无法经由加注单元向外界供应气体；此时将所述气体供应设备切换至第三连接模式，备用储气单元中的具有第四压力的气体经由第二压缩单元加压后输送至加注单元，同时气体源装置向一级储气单元提供气体，所述一级储气单元向二级储气单元提供气体；
第五操作模式：在该第五操作模式中，所述气体供应设备采用第四连接模式，备用储气单元中的具有第四压力的气体直接输送至加注单元，同时所述一级储气单元向二级储气单元提供气体；当备用储气单元中的气体的压力不足以使其经由加注单元向外界供应气体时，备用储气单元中的具有第四压力的气体经由第二压缩单元加压之后输送至加注单元，或者将所述气体供应设备切换至第一连接模式，由二级储气单元向加注单元提供气体；
第六操作模式：在该第六操作模式中，所述气体供应设备采用第五连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，然后经由第二压缩单元进一步加压直接输送至加注单元；与此同时，另一部分加压至第二压力的气体输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，同时所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；所述第一1级储气瓶是N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是M个2级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，所述第二2级储气瓶是M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由加注单元向外界供应气体；
第七操作模式：在该第七操作模式中，所述气体供应设备采用第六连接模式，气体源装置供应具有第一压力的气体，具有第一压力的气体经过第一压缩单元加压至第二压力，然后经由第一控制单元直接输送至所述气体供应设备外部或者直接输送至所述备用储气单元；与此同时，加压至第二压力的气体输入一级储气单元中第一1级储气瓶中，同时所述一级储气单元中的第二1级储气瓶中的气体经过第二压缩单元而被加压至第三压力，然后输入到二级储气单元中的第一2级储气瓶中；所述第一1级储气瓶是N个1级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态1级储气瓶，所述第二1级储气瓶是N个1级储气瓶中除了所述第一1级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态1级储气瓶，所述第一2级储气瓶是M个2级储气瓶中具有最高压力且未充满的非活动状态2级储气瓶，所述第二2级储气瓶是M个2级储气瓶中除了所述第一2级储气瓶以外的具有最高压力的非活动状态2级储气瓶；任选地，二级储气单元中的第二2级储气瓶中的气体输送至加注单元，经由加注单元向外界供应气体。
2.如权利要求1所述的供应气体的方法，其特征在于，在所述第一连接模式至第六连接模式中的至少一个中，所述一级储气单元与所述备用储气单元连通，且第二控制单元设置在所述一级储气单元与所述备用储气单元之间。
3.如权利要求1所述的供应气体的方法，其特征在于，所述气体供应设备还包括位于所述气体源装置下游且紧邻所述第一压缩单元的缓冲罐。
4.如权利要求1所述的供应气体的方法，其特征在于，所述气体源装置是选自以下装置：气体储罐、基于化学反应的气体生成装置和基于电化学反应的气体生成装置。
5.如权利要求1所述的供应气体的方法，其特征在于，所述气体源装置是氢气源装置。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的供应气体的方法，其特征在于，在所述第一操作模式至第四操作模式和所述第六操作模式至第七操作模式中，气体源装置持续地向一级储气单元提供气体，且所述一级储气单元持续地向二级储气单元提供气体。
7.如权利要求1-4中的任一项所述的供应气体的方法，所供应的气体选自以下的一种：氢气、氧气、甲烷、甲醇蒸气、一氧化碳、沼气、水煤气、氮气、稀有气体。
8.如权利要求1-5中的任一项所述的供应气体的方法，所述第一压力为0.6-3MPa，所述第二压力为20-25MPa，所述第三压力为40-95MPa，所述第四压力为15-25MPa。
9.如权利要求1-5中的任一项所述的供应气体的方法，其特征在于，所述供应气体的方法总体在环境温度至80℃的温度下进行。
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