CN113375044A - 氢气加注系统和加氢站的布置方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种氢气加注系统和加氢站的布置方法，氢气加注系统包括：氢气加注机，用于向燃料电池加注氢气；站内储氢罐，与氢气加注机连通，以用于向氢气加注机注入氢气；以及氢气拖车，氢气拖车内设有拖车储氢罐，拖车储氢罐分别与站内储氢罐和氢气加注机连通，以用于向站内储氢罐或氢气加注机注入氢气，氢气拖车与站内储氢罐之间设有第一加氢回路，氢气拖车与氢气加注机之间设有第二加氢回路，第一加氢回路与第二加氢回路并联设置，第一加氢回路上设有压缩机。在第一加氢回路中，氢气拖车中的氢气经过压缩机增压进入站内储氢罐，并经由氢气加注机加注到燃料电池内；在第二加氢回路中，氢气拖车中的氢气直接进入氢气加注机并加注到燃料电池内。

Description

氢气加注系统和加氢站的布置方法
技术领域
本公开涉及加氢站技术领域，具体地，涉及一种氢气加注系统和加氢站的布置方法。
背景技术
随着氢燃料电池汽车逐渐进入我们的生活中，人们对加氢站的建设也提出了需求，如何提高氢气加注系统的加氢效率和稳定性，以及如何采用经济高效的方法布置加氢站成为目前急需解决的问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种氢气加注系统和加氢站的布置方法，以提高加氢系统的稳定性和加氢效率，并获取区域内加氢站的需求数量，对加氢站的选址、布局进行优化。
为了实现上述目的，本公开提供一种氢气加注系统，包括：
氢气加注机，用于向燃料电池加注氢气；
站内储氢罐，与所述氢气加注机连通，以用于向所述氢气加注机注入氢气；以及
氢气拖车，所述氢气拖车内设有拖车储氢罐，所述拖车储氢罐分别与所述站内储氢罐和所述氢气加注机连通，以用于向所述站内储氢罐或所述氢气加注机注入氢气，
所述氢气拖车与所述站内储氢罐之间设有第一加氢回路，所述氢气拖车与所述氢气加注机之间设有第二加氢回路，所述第一加氢回路与所述第二加氢回路并联设置，所述第一加氢回路上设有压缩机。
可选地，所述氢气拖车与所述氢气加注机之间设有至少两个并联设置的所述第一加氢回路。
可选地，所述压缩机的出气端连接有水冷回路，所述水冷回路上设有冷却装置以及温度传感器。
可选地，还包括用于吹扫管路内部气体的氢气罐，所述氢气罐分别与所述第一加氢回路、所述第二加氢回路以及所述水冷回路连通。
可选地，所述第一加氢回路与所述第二加氢回路上均设有温度传感器和压力传感器。
可选地，还包括与所述站内储氢罐连通、用于检验氢气纯度的校验室，所述校验室分别与所述第一加氢回路和所述第二加氢回路之间设有校验回路。
可选地，所述第一加氢回路、所述第二加氢回路以及所述校验回路上均设有过滤阀。
根据本公开的第二个方面，还提供一种加氢站的布置方法，所述加氢站设有如上所述的氢气加注系统，所述加氢站的布置方法包括以下步骤：
获取城市燃料电池汽车保有量W；
获取每个加氢站能够支持的燃料电池汽车数量V；
通过公式Q＝W/V计算城市加氢站的建设需求量Q。
可选地，所述获取每个加氢站可支持的燃料电池汽车数量V的步骤包括：
获取加氢站每天的运营小时数t；
获取加氢站可同时加注燃料电池汽车数量p；
获取每辆车每次加氢耗时a；
获取每辆车每天加氢次数m；
获取加氢站每小时的产氢量y；
获取每辆车的氢气加注量u；
通过公式
Figure BDA0003142565610000031
计算一个加氢站每天可支持的最大燃料电池汽车数量Vmax。
可选地，所述加氢站间隔布置有加氢区、加油区、光伏充电区以及多功能商业服务区。
通过上述技术方案，在第一加氢回路中，氢气拖车中的氢气经过压缩机增压进入站内储氢罐，进而经由氢气加注机加注到燃料电池内；在第二加氢回路中，氢气拖车中的氢气直接进入氢气加注机并加注到燃料电池内。加注氢气时，先使用站内储氢罐中的氢气，当清空站内储氢罐后再使用氢气拖车的氢气直接对车辆加注，直到拖车储氢罐上的高压氢气用完，再将其剩余的中、低压氢气充装至站内储氢罐中，如此往复循环，以实现加注氢气的功能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施方式提供的氢气加注系统的示意图；
图2是本公开一示例性实施方式提供的加氢站的布置示意图。
附图标记说明
10 第一加氢回路 20 第二加氢回路
30 水冷回路 40 校验回路
1 氢气加注机 2 站内储氢罐
3 氢气拖车 4 压缩机
5 冷却装置 6 温度传感器
7 氢气罐 8 压力传感器
9 校验室
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未做相反说明的情况下，“内”“外”是针对相应零部件的本身轮廓而言的，此外，本公开中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。在本公开中，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
参考图1、图2，本公开提供了一种氢气加注系统，该氢气加注系统包括氢气加注机1，站内储氢罐2以及氢气拖车3，其中，氢气加注机1用于向燃料电池加注氢气；站内储氢罐2与氢气加注机1连通，以用于向氢气加注机1注入氢气；氢气拖车3内设有拖车储氢罐，拖车储氢罐分别与站内储氢罐2和氢气加注机1连通，以用于向站内储氢罐2或氢气加注机1注入氢气，氢气拖车3与站内储氢罐2之间设有第一加氢回路10，氢气拖车3与氢气加注机1之间设有第二加氢回路20，第一加氢回路10与第二加氢回路20并联设置，第一加氢回路10上设有压缩机4。在本公开的实施方式中，氢气加注系统包括两个氢气拖车3，每个氢气拖车3的储氢量为250kg，还包括15个站内储氢罐2，且均为高压储氢罐，可以将站内储氢罐2分为三组，各组的数量比为6:6:3，相对应的各组容量比例为2:2:1。另外，氢气加注机1上还设有氢气质量计，用于监控氢气质量。
通过上述技术方案，氢气拖车3将经过提纯且大于额定压力的氢气运输到加氢站内，经卸气柱将氢气从管束内卸载进入氢气加注系统，当氢气拖车3的管束内压力与拖车储氢罐内压力平衡时，压缩机启动，继续将剩余氢气存储到拖车储氢罐内，具体地，拖车储氢罐包括高压、中压以及低压储氢瓶，加氢时按照低压、中压、高压顺序取气，经氢气加注机1逐级对燃料电池充装氢气，进一步地，氢气加注系统包括并联布置的第一加氢回路10和第二加氢回路20，在第一加氢回路10中，氢气拖车3中的氢气经过压缩机4增压进入站内储氢罐2，进而经由氢气加注机1加注到燃料电池内；在第二加氢回路20中，氢气拖车3中的氢气直接进入氢气加注机1并加注到燃料电池内。加注氢气时，先使用站内储氢罐2中的氢气，当清空站内储氢罐2后再使用氢气拖车3的氢气直接对车辆加注，直到拖车储氢罐上的高压氢气(大于额定压力的氢气)用完，再将其剩余的中、低压氢气(小于额定压力的氢气)充装至站内储氢罐2中，如此往复循环，以实现加注氢气的功能。当然，在压力允许时氢气也可以直接从氢气拖车3的管束或拖车储氢罐或直接由压缩机4对车辆进行加注。
在本公开的实施例中，氢气拖车3与氢气加注机1之间可以设有至少两个并联设置的第一加氢回路10，通过设置多组并联的第一加氢回路10，可以增加工作效率，也可以减少氢气管路故障带来的损失。具体地，如图1所示，氢气拖车3与氢气加注机1之间设有两个并联设置的第一加氢回路10。
根据一些实施例，参考图1，压缩机4的出气端可以连接有水冷回路30，水冷回路30上设有冷却装置5以及温度传感器6，经过压缩机4后的氢气进入到水冷回路30，由温度传感器6检测氢气的温度并通过冷却装置5对其进行降温，然后再充装至站内储氢罐2。
进一步地，参考图1，氢气加注系统还可以包括用于吹扫管路内部气体的氢气罐7，氢气罐7分别与第一加氢回路10、第二加氢回路20以及水冷回路30连通，以吹扫各管路内的空气，也可以与氢气拖车3一起为氢气加注系统保压增压。
具体地，参考图1，第一加氢回路10与第二加氢回路20上均设有温度传感器6和压力传感器8，以分别测量第一加氢回路10与第二加氢回路20内氢气的温度和压力，从而实现对氢气加注系统的安全监控。
作为本公开的一示例性实施方式，参考图1，氢气加注系统还可以包括与站内储氢罐2连通、用于检验氢气纯度的校验室9，校验室9分别与第一加氢回路10和第二加氢回路20之间设有校验回路40。由于燃料电池对氢气的纯度要求非常高，需要通过校验室9对氢气的纯度进行校验，以保证系统的安全性。
具体地，第一加氢回路10、第二加氢回路20以及校验回路40上均可以设有过滤阀，以过滤各回路氢气中的水、油等杂质，提高氢气纯度。
根据本公开的另一方面，还提供一种加氢站的布置方法，加氢站设有本公开提供的氢气加注系统，加氢站的布置方法包括以下步骤：获取城市燃料电池汽车保有量W；获取每个加氢站能够支持的燃料电池汽车数量V；通过公式Q＝W/V计算城市加氢站的建设需求量Q。通过计算本区域内的加氢站需求数量，避免建设过多形成恶性竞争，也避免因建设过少导致加氢站的数量满足不了居民日常的加氢需求，会降低人们对燃料电池汽车的购车需求，进而影响新能源汽车的普及。
具体地，获取每个加氢站可支持的燃料电池汽车数量V的步骤可以包括：获取加氢站每天的运营小时数t；获取加氢站可同时加注燃料电池汽车数量p；获取每辆车每次加氢耗时a；获取每辆车每天加氢次数m；获取加氢站每小时的产氢量y；获取每辆车的氢气加注量u；通过公式
Figure BDA0003142565610000061
计算一个加氢站每天可支持的最大燃料电池汽车数量Vmax。
进一步地，加氢站内配备有氮气系统、安全监控系统等以保证加氢站安全运行。站内还配备了不同的加注接口以同时为不同型号的车辆加注氢气。在本公开的实施方式中，加氢站为燃料电池车辆的加注时间约15min，加注压力约35MPa，每辆车可携带约40kg氢气。
另外，加氢站的选址也会对燃料电池车使用者的购车决定产生影响。在进行城市加氢站选址设计和优化时主要是从居民居住位置和加氢站位置两个方面考虑。科学合理地确定加氢站空间布局，不仅能够直接降低加氢站的固定费用投资和投产后的运营成本，尤其对于吸引车主来加氢和缓解城市交通压力均具有重要的意义。超过50％的使用者认为在家附近的加氢站对其购车影响最大，沿着通勤线路次之，此外还包括靠近高频目的地和度假地。分析显示，上述考量要素与加油站或加气站布点极为相似，因而对加氢站而言，优先考虑围绕原加油站或加气站所在地选址。经过计算表明，储氢罐附近的安全距离为11米，氢气加注机的安全距离为6.5米，管道的安全距离为4.5米。储氢罐附近的风险轮廓线是由罐体的严重破裂所引起的，而对于氢气加注机，是由于加气软管的破裂和两个安全阀门同时失效引起的。与其他燃料相比，汽油、天然气和氢气的安全距离属于同一量级，液化石油气的安全距离就要大得多，其加注机的安全距离为15米，地下油库的安全距离为25米，根据容积大小，液化石油气罐拖车的安全距离从45-110米不等。而加氢站的氢气容量对安全距离的影响不大。通过上述情况，普通加油站配置氢气加注设备之后，无须增加额外的外部安全距离。
因此，在本公开的实施例中，在现有加油站的基础上，新增加氢站和光伏充电站以及多功能商业服务区(超市、酒店、无人餐厅、咖啡店、自动洗车区、卫生间等)，只要能够合理规划布局，保证彼此之间的安全距离，就能有效的避免危险，这样，在保证安全的前提下，这些功能区可以自由组合，既节约了空间，又方便了汽车加注，人们在为汽车加注氢气的同时，还可以享受餐饮、购物、洗车等便利服务。若要单独建一个加油站或加氢站，占用面积非常大，例如加油站与加氢站各占地面积8000m2，一共占地16000m2，而在现有加油站的基础上新增一个加氢站，只需占地约12000m2，节约了大量土地面积。并且目前纯电车，特别是燃料电池车还没有大面积推广，如果单独新建一个加氢站，在加注车辆不足的情况下，运营成本将会非常高，但如果在现有加油站的基础上增加加氢站、充电站，那么在加注车辆不足的情况下，可以将现有员工合理分配到加油站，这样能够大幅度节约运营成本。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种氢气加注系统，其特征在于，包括：
氢气加注机(1)，用于向燃料电池加注氢气；
站内储氢罐(2)，与所述氢气加注机(1)连通，以用于向所述氢气加注机(1)注入氢气；以及
氢气拖车(3)，所述氢气拖车(3)内设有拖车储氢罐，所述拖车储氢罐分别与所述站内储氢罐(2)和所述氢气加注机(1)连通，以用于向所述站内储氢罐(2)或所述氢气加注机(1)注入氢气，
所述氢气拖车(3)与所述站内储氢罐(2)之间设有第一加氢回路(10)，所述氢气拖车(3)与所述氢气加注机(1)之间设有第二加氢回路(20)，所述第一加氢回路(10)与所述第二加氢回路(20)并联设置，所述第一加氢回路(10)上设有压缩机(4)。
2.根据权利要求1所述的氢气加注系统，其特征在于，所述氢气拖车(3)与所述氢气加注机(1)之间设有至少两个并联设置的所述第一加氢回路(10)。
3.根据权利要求1所述的氢气加注系统，其特征在于，所述压缩机(4)的出气端连接有水冷回路(30)，所述水冷回路(30)上设有冷却装置(5)以及温度传感器(6)。
4.根据权利要求3所述的氢气加注系统，其特征在于，还包括用于吹扫管路内部气体的氢气罐(7)，所述氢气罐(7)分别与所述第一加氢回路(10)、所述第二加氢回路(20)以及所述水冷回路(30)连通。
5.根据权利要求1所述的氢气加注系统，其特征在于，所述第一加氢回路(10)与所述第二加氢回路(20)上均设有温度传感器(6)和压力传感器(8)。
6.根据权利要求1所述的氢气加注系统，其特征在于，还包括与所述站内储氢罐(2)连通、用于检验氢气纯度的校验室(9)，所述校验室(9)分别与所述第一加氢回路(10)和所述第二加氢回路(20)之间设有校验回路(40)。
7.根据权利要求6所述的氢气加注系统，其特征在于，所述第一加氢回路(10)、所述第二加氢回路(20)以及所述校验回路(40)上均设有过滤阀。
8.一种加氢站的布置方法，其特征在于，所述加氢站设有根据权利要求1-7中任一项所述的氢气加注系统，所述加氢站的布置方法包括以下步骤：
获取城市燃料电池汽车保有量W；
获取每个加氢站能够支持的燃料电池汽车数量V；
通过公式Q＝W/V计算城市加氢站的建设需求量Q。
9.根据权利要求8所述的布置方法，其特征在于，
所述获取每个加氢站可支持的燃料电池汽车数量V的步骤包括：
获取加氢站每天的运营小时数t；
获取加氢站可同时加注燃料电池汽车数量p；
获取每辆车每次加氢耗时a；
获取每辆车每天加氢次数m；
获取加氢站每小时的产氢量y；
获取每辆车的氢气加注量u；
通过公式
Figure FDA0003142565600000031
计算一个加氢站每天可支持的最大燃料电池汽车数量Vmax。
10.根据权利要求8所述的布置方法，其特征在于，所述加氢站间隔布置有加氢区、加油区、光伏充电区以及多功能商业服务区。
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Assignee: Beijing Yinuo Jinxin Technology Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Arrangement method of hydrogen filling system and hydrogenation station

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