CN113412345A - 能量系统和用于管线压力监控的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在能量系统(10)中的、尤其是在房屋能量系统中的连接管线装置(40)的双向使用的连接管线(40a)中进行管线压力监控、尤其是用于确定泄漏的方法，以及也涉及一种能量系统(10)，其中，在所述双向管线区段(40a)的第一侧(43)上设有第一能量源装置(21)和第一能量消耗装置(22)，并且在所述双向管线区段(40a)的第二侧(44)上设有第二能量源装置(31)和第二能量消耗装置(32)。为了提供对双向管线的可靠监控而规定，经由在空间上相互分离地处于双向管线区段(40a)中的两个压力测量装置(50、51)，检测存在于所述压力测量装置(50、51)所处位置的第一压力(P1)和第二压力(P2)，并且尤其是在能量系统(10)的控制装置(60)中，借助分析由压力测量装置(50、51)检测到的压力(P1、P2)对双向管线区段(40a)中的管线压力进行检查，其方式为：使检测到的压力(P1、P2)以不同的方式彼此产生关联。

Description

能量系统和用于管线压力监控的方法
技术领域
本发明首先涉及一种根据独立权利要求1的前序部分的用于在能量系统中进行管线压力的方法。此外，本发明也涉及一种能量系统。
背景技术
符合此类型的能量系统已在现有技术中以多种方式已知。通常借助这种类型的系统产生和提供用于不同应用领域的能量。
在这种能量系统的一种已知类型中，在第一能量源中产生能量。产生的能量例如可以是氢气H2。氢气例如借助电解产生并且储存在第二能量源装置中，该第二能量源装置例如是储存装置。在此例如是所述能量系统的第一运行模式。在能量系统运行期间，将氢气从储存装置转出并且在第一能量消耗装置中消耗。在此例如是所述能量系统的第二运行模式。这种第一能量消耗装置例如是燃料电池装置。通常，能量系统的前述各部件在空间上相互分离并且经由连接管线装置相互连接。前述的两种运行模式通常需要不同的压力水平。在借助电解的第一运行模式中，例如存在20至60bar的压力，而对于在第二运行模式中燃料电池装置的运行，则需要例如小于20bar的压力。
出于这一原因，在已知的能量系统中，各种运行模式通常相互独立地在连接管线装置的相互分离的管线区段中执行。经由连接管线装置的仅用于能量存入的第一管线区段，借助在此存在的第一压力将产生的氢气从第一能量源装置运输至第一能量源装置。经由连接管线装置的仅用于能量转出的第二管线区段，将储存在第二能量源装置中的氢气借助为此所需的第二压力运输至第一能量消耗装置并且在那里消耗。
例如在DE 103 07 112 A1中公开了这种已知的能量系统。这种已知的能量系统的缺点在于，连接管线装置由于不同的压力而具有不同的管线区段，这些管线区段分别仅在能量系统的第一运行模式中或者在第二运行模式中使用。这不仅构造复杂，而且由于对管线的特殊要求也非常昂贵。此外存在的问题是，管线区段越多，连接管线装置中可能存在的泄漏就越多。
因此，存在减少能量系统中所需部件数量的需求。
原则上，对此已知了使用双向管线，能够选择性地沿不同方向流经这些双向管线。由DE 10 2015 209 875 A1中例如已知一种基于电解装置和气体加热装置的能量系统，其中，该能量系统包括双向使用的管线区段。
在开头所述的能量系统的构造方案中，在双向使用的管线的两侧不仅有能量源装置，而且也有能量消耗装置。如果在能量系统运行期间(即气体从能量源装置流向能量消耗装置期间)发生极小的或者说部分泄漏，则气体可能从泄漏处逸出。尤其是在氢气的情况下，这是极成问题且危险的并且因此必须加以防止，在任何情况下都必须尽快识别这一情况，以便能够尽早采取应对措施。简单的低于极限压力可能仅极缓慢地响应并且因此是不够的。在极坏的情况下，如果存在泄漏的体积流(根据公式
Figure BDA0003203662160000021
该泄漏的体积流小于能量源装置的体积流)并且在能量源装置上进行压力测量的情况下，甚至可能导致无法触发低于极限压力。
因此，必须监控管线压力。在DE 11 2006 001 772 T5中描述了一种用于管线压力监控的方法，其中，为了确定管线区段中的泄漏，使用两个压力测量装置，所述两个压力测量装置在空间上相互分离地处于该管线区段中。尤其是在双向使用的管线的情况下(在所述双向使用的管线的情况下体积沿两个方向流经该双向管线)，对管线压力的监控极为不易。
发明内容
因此，本发明的任务在于，对开头所述类型的方法进行扩展以及提供一种能量系统，在该能量系统的情况下能够避免所述缺点。尤其是应当实现一种可靠地监控双向管线的可能性。
根据本发明，该任务通过构成本发明的第一方面的、具有根据独立权利要求1的特征的方法以及通过构成本发明的第二方面的、具有根据独立要求10的特征的能量系统解决。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书以及附图中得出。在此，结合本发明的第一方面公开的特征和细节也完全适用于本发明的第二方面，并且反之亦然，因此，就本发明的公开内容而言，所述两个方面中的一个方面始终在内容上也完整地参考本发明的相应另一方面。
本发明的基本构思在于压力测量装置的特殊布置和对由压力测量装置检测到的压力的分析，以用于可靠地监控双向管线、尤其是双向气体管线。
根据本发明的解决方案提供一种与双向管线的使用方向无关的管线压力监控。此外，借助本发明，在能量系统的不同运行模式或者说运行状态中，例如在能量系统的静止状态中(在所述静止状态中，体积流为零)或者在能量系统运行时(在运行时，体积流大于零)，均可实现灵敏的管线压力监控。此外，本发明也允许通过冗余进行可信度检验。
借助本发明能够实现一系列优点。因此，在任何运行状态下均能够使由于泄漏而排出的带来危险的量的介质、例如氢气最小化，例如通过限制压力和降低反应速度。故障以及尤其是泄漏均可与能量系统的运行状态无关地以高灵敏度识别出。
本发明涉及一种用于在能量系统中的连接管线装置的双向使用的管线区段中进行管线压力监控的方法。所述方法在所述能量系统内进行。此外，本发明也涉及一种能量系统。
所述能量系统尤其是由多个部件组成的一个整体，其中，这些部件相互连接构成一个专用单元。在当前情况下，所述能量系统是用于产生或者说提供能量、优选电能的系统。原则上，本发明不局限于特定类型的能量系统。对此，下面将描述各种优选的实施例。
在一种优选的实施方式中，所述能量系统是房屋能量系统。房屋能量系统原则上由现有技术中已知并且用于为房屋、例如低能耗房屋、被动式房屋或者零能耗房屋供应热形式的以及尤其是电力形式的能量，例如来自可再生能源的、例如来自光伏(PV)发电机或者小型风力发电设备的电力。这种房屋能量系统为实现如下目标奠定了基础，即房屋的、尤其是低能耗房屋、被动式房屋或者零能耗房屋的能量需求(不仅在电力需求方面、而且也在热量需求方面)完全能够由可再生能源来满足，并且因此在运行时完全不产生二氧化碳CO2。但至少在所追求的提高自耗的意义中，房屋的电力需求能够几乎完全由可再生能源来满足，尤其是借助PV发电机和/或小型风力发电设备。
这种房屋能量系统例如已在本申请人的专利申请WO 2017/089468 A1和WO 2017/089469 A1中进行了公开和说明，其公开内容一并包含在本专利申请的说明书中。
根据一种优选的实施方式，所述类型的房屋能量系统具有如下基本特征：
-(直流)DC馈电点，该DC馈电点优选地构造用于48伏的额定电压；和/或(交流)AC馈电点，该AC馈电点优选地构造用于230伏或者110伏的电压，其中，所述DC馈电点和/或AC馈电点在运行中至少暂时与具有消耗功率的耗电器相连接，
-与所述DC馈电点至少暂时电连接的PV发电机，以用于产生PV电功率，
-与所述DC馈电点或者与所述AC馈电点至少暂时电连接的燃料电池单元，以用于产生燃料电池电功率，
-与所述DC馈电点电连接的电解单元，以用于产生待由燃料电池单元消耗的氢气，其中，在运行中向所述电解单元供给电解输入电功率，
-氢气储罐，尤其是作为长期蓄能装置，其与燃料电池单元和电解单元至少暂时是流体连接的，并且构造用于储存待借助电解单元产生并且由燃料电池单元消耗的氢气，
-储能蓄电池单元，尤其是作为短期蓄能装置，其与DC馈电点电连接或者可电连接，使得能够将PV电功率和燃料电池电功率馈入储能蓄电池单元中，并且电解输入电功率和消耗功率能够从储能蓄电池单元中获取；以及
-控制模块，以用于控制房屋能量系统。
根据本发明的第一方面提供一种具有独立权利要求1的特征的方法。
在此是一种用于管线压力监控的方法。可能出于各种原因进行这种管线压力监控。优选地，管线压力监控用于确定管线中的泄漏。但是也可以简单地仅监控和确定流经管线的介质在流量方面的问题。
根据本发明，管线压力监控在例如能量系统中的、尤其是在房屋能量系统中的、优选在如前述的能量系统或者说房屋能量系统中的连接管线装置的双向使用的管线区段中进行。
在此，所述连接管线装置具有至少一个双向使用的管线区段，其中，下面将更详细地描述的能量系统的各个部件处于所述双向管线区段的两侧。
第一能量源装置处于所述双向管线区段的第一侧。因此，根据本发明的系统首先具有第一能量源装置。该第一能量源装置构成为用于，产生或者提供能量。一般而言，能量源装置的特点尤其是在于，从其中流出的量多于流入的量。能量的产生或者制造能够以不同的方式实现。例如，第一能量源装置能够构成为电解装置。在优选的构造方案中，第一能量源装置、尤其是电解装置形式的第一能量源装置构成为用于制备氢气H2。在电解的情况下，通常借助电流强制进行化学反应以获取或者制备物质。在此，本发明不局限于这一具体的实施例。
此外，在所述双向使用的管线区段的第一侧上存在第一能量消耗装置。一般而言，能量消耗装置的特点尤其是在于，流入其中的量多于流出的量。在一种优选的实施方式中，所述第一能量消耗装置是燃料电池装置。燃料电池装置本身是本领域技术人员熟知的。一般而言，燃料电池将输送的燃料(例如氢气)和氧化剂转化为电能。在此，本发明不局限于这一具体的实施例。
在所述双向管线区段的另一侧、即第二侧上存在第二能量源装置和第二能量消耗装置。所述第二能量源装置优选地是储存装置，尤其是高压储存装置，在所述储存装置中储存在第一能量源装置中产生的能量、例如氢气，直至其被使用，例如在第一能量消耗装置、如燃料电池装置中使用。如果第二能量源装置是高压储存器，则优选以直至700bar的压力进行储存。第二能量消耗装置优选地是中压储存装置，尤其是用于氢气的中间储存。尤其是在第二能量消耗装置中，优选以20至60bar之间的压力进行储存。如果使用的是这种第二能量消耗装置，则将在第一能量源装置中产生的能量、例如氢气首先输送至第二能量消耗装置，并且在其从第二能量消耗装置中出发在第二能量源装置中、例如在高压储存装置中进行储存之前，中间储存在该第二能量消耗装置中。
本发明所基于的能量系统具有连接管线装置，经由该连接管线装置，第一能量源装置与第二能量源装置并且第二能量源装置与第一能量消耗装置相互连接。优选地，连接管线装置包括存在于能量系统中的全部管线区段。连接管线装置及其管线区段优选地以管状管线和/或软管管线的形式构成。在此，单个管线区段优选地构成整个连接管线装置的部件。在极简单的情况下，连接管线装置具有一个唯一的管线区段。但是优选地规定，连接管线装置具有两个或更多个管线区段。各个管线区段能够构成为所谓的单向管线区段，这意味着，在这些单向管线区段中仅沿一个方向发生流动。现在，根据本发明，至少所述连接管线装置的各个区段构成为双向管线区段。双向管线区段是指双向、即沿两个方向使用的管线区段。双向管线区段的特点尤其是在于，它是交替使用的，并且在能量系统的运行中，沿着管线区段的两个方向发生流动。由此能够明显减少所需管线区段的数量。
回到较靠前描述的、具有所述两种运行模式的能量系统的实施例，在使用双向管线区段的情况下，如果改变运行模式，则需要改变压力、尤其是降低压力，例如从借助20至60bar压力电解的第一运行模式切换至在小于20bar的情况下采用燃料电池运行的第二运行模式。
根据本发明的方法用于监控连接管线装置的双向的、即双向使用的管线区段中的管线压力，其特征在于如下步骤：
经由在空间上相互分离地处于双向管线区段中的两个压力测量装置分别检测存在于压力测量装置所处位置的第一压力P1和第二压力P2。在此，压力测量的位置可以是压力测量装置在双向管线区段中所处的或者说所设置的位置。或者，压力测量的位置是双向管线区段中所述压力测量装置测定、例如测量、量取或者确定该双向管线区段中的压力时所处的位置。优选地，所述空间上分离的压力测量装置分别处于双向管线区段的一个端部处；压力的检测尤其意味着，借助压力测量装置直接测量压力。在其它的构造方案中，压力也能够以如下方式检测：所述压力(尤其是间接地)从特定参数中、尤其是方法参数中确定(例如计算得出)。压力的检测能够连续进行，或者以特定的时间间隔或者间隔进行，可选地也仅在必要的情况下(当从能量系统的其它部件中推断出可能存在泄漏时)进行。压力测量装置例如构成为压力传感器。
此外，根据本发明的方法具有如下步骤：对双向管线区段中的管线压力的检查借助分析由压力测量装置检测到的压力或者说所检测到的压力值来进行。这意味着，对所检测到的压力以合理的方式进行分析。对此的示例将在进一步的描述过程中更详细地阐述。所述分析以如下方式进行：使所检测到的压力彼此产生关联，即尤其是彼此产生联系或者关系。对此的示例将在进一步的描述过程中更详细地阐述。
检查过程以及在这里尤其是所述分析过程优选地在控制装置中进行。所述控制装置要么可以是专门用于所述管线压力监控的单独的控制装置。要么所述控制装置是用于能量系统的主控制装置的组成部分。控制装置能够由硬件部件、或者由软件部件、但也能够由硬件和软件部件组成的组合构成。尤其是所述控制装置包括处理器装置并且可择地也包括存储装置。经由可以构造成无线或者有线式的接口，控制装置至少暂时与压力测量装置相连接，以便从压力测量装置中接收检测到的压力或者说压力值。此外，如较靠后还将详细阐述的那样，控制装置能够构造用于，基于所分析的压力或者说压力值来控制或者触发能量系统的另外的部件、例如阀装置和/或泄压装置和/或流量限制装置。以这种方式，在检查中例如发现在双向管线区段中存在泄漏，则在完成检查后能够这样控制能量系统，使得阻断亦或至少减少介质、尤其是氢气从泄漏处排出。
如果压力测量装置分别处于双向管线区段的一个端部，则所述方法的特征优选地在于如下步骤：
a)经由所述在空间上相互分离地处于双向管线区段的第一端部处和第二端部处的两个压力测量装置，检测存在于双向管线区段的第一端部处的第一压力P1和存在于双向管线区段的第二端部处的第二压力P2；
b)对在双向管线区段的两个端部处检测到的第一和第二压力或者说压力值进行分析，尤其是在能量系统的控制装置中进行分析，其方式为：使第一压力和第二压力或者说压力值彼此产生关联；
c)基于所述分析，检查存在于双向管线区段中的压力，尤其是检查双向管线区段是否有泄漏。
下面描述了不同的分析和检查过程，所述分析和检查过程要么能够分别本身各自单独地要么能够以任意的组合在控制装置中尤其是电子地并且优选自动地执行。
根据第一实施例，对由压力测量装置检测到的压力的分析通过极限压力监控来进行。在此，将第一压力P1和/或第二压力P2与预先给定的极限压力相比较。尤其是在本实施例中，检查第一压力P1和/或第二压力P2是否低于预先给定的最小极限压力(Pmin)。这尤其根据如下公式进行
P1和/或P2＜Pmin
如果在双向管线区段中不存在泄漏，则双向管线区段的相应端部处的所述两个压力P1和P2优选一样高。尤其是当所述两个压力P1和P2不同时，则在双向管线区段中存在泄漏。由此，在本实施例的情况下，不仅能够将所述各个压力P1和P2分别与极限压力相比较，而且附加地也能够将这两个压力P1和P2直接相互比较。
根据第二实施例或者替选地作为对前述的第一实施例的补充，对由压力测量装置检测到的压力的分析通过交叉比较来进行。该交叉比较规定，将所检测到的第一压力P1和第二压力P2的值彼此相减。然后，检查压力值的差值相比于预先给定的比较压差值的关系如何。例如能够检查，压力值的差值是否大于预先给定的最大差值(Pdelta.max)。如果差值大于预先给定的最大差值，则这说明双向管线区段内部存在泄漏。在这种情况下，所述检查尤其是根据如下公式进行
(P1-P2)>Pdelta.max
当然，根据该实施方式的方法也能够反过来实现，或者针对压差范围进行检查。在后一种情况下，例如如果所确定的压力值的差值在预先给定的压差范围内，则可以排除泄漏。
根据第三实施例或者替选地作为对前述第一和/或第二实施例的补充，对由压力测量装置检测到的压力的分析通过可信度比较来进行。在可信度比较的情况下，对所检测到的压力P1和P2和/或由这两个压力构成的差值进行检查，确定这些值或者说结果究竟是否可信，即是否可靠或者合理。所述可信度比较尤其是规定，将第一压力P1和第二压力P2的值彼此相减。然后，检查压力值的差值相比于预先给定的可信度压差值的关系如何。例如能够检查，压力值的差值是否大于预先给定的最大差值(Pdelta.plausibel)。如果差值大于预先给定的最大差值，则这说明双向管线区段内部存在泄漏。在这种情况下，所述检查尤其是根据如下公式进行
(P1-P2)>Pdelta.plausibel
当然，根据该实施方式的方法也能够反过来实现，或者针对压差范围进行检查。在后一种情况下，例如如果所确定的压力值的差值在预先给定的压差范围内，则可以排除泄漏。
根据一个另外的优选的实施例，为了提高管线压力监控在监控过程期间的灵敏度，实现了降低双向管线区段中的体积流。这例如能够通过合适的流量限制装置、例如借助毛细管来实现。在其它构造方案中，为了提高管线压力监控在监控过程期间的灵敏度，对双向管线区段中的体积流进行调节。这例如可以借助合适的流量限制装置来实现，经由该流量限制装置，对第一能量源装置的体积流或者根据第二能量源装置的运行模式进行调节。优选地，流量限制装置也可以构成为用于减小管线横截面的装置。这种对体积流的调节例如也可以在双向管线区段中已识别出泄漏后进行。然后优选地至少对体积流进行扼流，直至故障排除。
根据本发明的方法能够在能量系统的各种运行状态中执行。
根据一种优选的实施方式，所述方法在能量系统的第一运行状态中执行，在该第一运行状态中，能量系统处于静止状态。在这种静止状态中，双向管线区段中的体积流等于零。尤其是在所述静止状态中，连接线装置中的容积最小化。连接管线装置的容积的最小化尤其是通过关闭特定的阀装置实现，所述阀装置优选地是截止阀。在此例如是第一能量源装置上游的和/或第一能量消耗装置上游的和/或第二能量源装置上游的和/或第二能量消耗装置上游的阀装置。通过前述的措施提高灵敏度，这将提高所述方法的精确性。在本专利申请的上下文中，阀装置优选地是处于能量源装置下游的构造元件。
根据一种其它的优选的实施方式，所述方法在能量系统的至少一种第二运行状态中执行，在该第二运行状态中，能量系统处于运行状态。在运行状态中，双向管线区段中的体积流大于零。如果能量系统是以如上所述的方式构造的，则能够在第二运行状态的第一替选方案中制备氢气，例如借助电解。这种运行状态被描述为电解运行。在电解运行中，在第一能量源装置中产生的氢气经由连接管线装置并且尤其是也经由所述双向管线区段朝尤其是高压储存装置形式的第二能量源装置的方向流动，其中，氢气优选地预先中间储存在尤其是中压储存器形式的第二能量消耗装置中。在第二运行状态的第二替选方案中，氢气从第二能量源装置出发，经由连接管线装置并且尤其是经由所述双向管线区段流向燃料电池装置形式的第一能量消耗装置。这种运行状态称为燃料电池运行。所述双向使用的管线区段中的泄漏导致P1和P2之间的压力差，因为能量源装置侧的压力下降得更缓慢或者根本不下降。相反，能量消耗装置侧的压力则下降，因为氢气被消耗并且经由泄漏处流出。
如果借助所述方法在检查和分析后确认，双向管线区段有泄漏，则可以采取各种措施。例如阻断连接管线装置中的、尤其是双向管线区段中的体积流，例如通过关闭相应的阀装置。在一种其它的实施方式中，对连接管线装置中的、尤其是双向管线区段中的体积流的流量进行限制，例如通过操纵流量限制装置。在后一种情况下，尤其是能够减小泄漏体积流，直到故障排除。前述措施所需的能量系统的部件例如能够经由较靠前描述的控制装置来控制或者至少触发。
根据本发明的第二方面提供一种具有独立权利要求10的特征的能量系统。
优选地，本发明的第一方面的方法在根据本发明的第二方面的能量系统中实施，使得能量系统具有用于执行根据本发明的第一方面的方法的器件。在能量系统的构造和工作原理方面，在此也在内容上完整地参考和参阅针对本发明的第一方面的说明，以免重复。
根据本发明的能量系统具有如上所述的第一能量源装置和如上所述的第一能量消耗装置，它们设置在连接管线装置的双向使用的管线区段的第一侧上。此外，能量系统具有如上所述的第二能量源装置和如上所述的第二能量消耗装置，它们设置在连接管线装置的所述双向使用的管线区段的第二侧上。此外，能量系统具有两个压力测量装置，这两个压力测量装置在空间上相互分离地处于所述双向管线区段中，优选地分别处于所述双向管线区段的两个端部处。以如下方式提供压力测量装置，使得它们能够检测存在于压力测量装置所在位置的第一压力或者说压力值P1和第二压力或者说压力值P2。此外，能量系统也具有这样的装置、尤其是控制装置，其分别经由一个接口至少暂时与两个压力测量装置相连接。以如下方式提供所述装置，使其能够分析由压力测量装置检测的或者测定的第一和第二压力，并且基于该分析来检查双向管线区段中的管线压力，尤其是检查，双向管线区段是否有泄漏。在此，所述检查和分析优选地以在根据本发明的方法的范畴内描述的方式实现。
优选的是，第一能量源装置构成为电解装置、尤其是用于制备氢气，和/或第一能量消耗装置构成为燃料电池装置，和/或第二能量源装置构成为高压储存装置、尤其是用于储存氢气，和/或第二能量消耗装置构成为中压储存装置、尤其是用于氢气的中间储存。
下面将具体地列举优选用于执行所述方法的器件中的部分器件。因此，关于这些器件的工作原理，也可参考和参阅较靠前针对根据本发明的方法的相应说明。
优选地，第一能量源装置和/或第一能量消耗装置经由阀装置、尤其是经由截止阀连接在连接管线装置上。截止阀(其例如是电磁阀)尤其是用于阻断体积流。
在另外的优选的构造方案中，在连接管线装置的在所述双向管线区段的第二端部和第二能量消耗装置之间延伸的管线区段中设置有阀装置、尤其是止回阀装置形式的阀装置。借助该止回阀装置，将连接管线装置的与其相连接的管线区段沿一个方向在流动技术上关闭，而该管线区段沿另一个方向在流动技术上保持开通，即是敞开的。止回阀装置尤其是能够使处于连接管线装置中的体积能够朝一个方向流动，但不能从该方向回流。在本专利申请的上下文中，止回阀装置优选地是处于能量消耗装置上游的结构元件。
在另外的构造方案中，在连接管线装置的在双向管线区段的第二端部和第二能量源装置之间延伸的管线区段中设置有阀装置、尤其是截止阀形式的阀装置和/或泄压装置和/或流量限制装置。关于这些部件的构造和工作原理，可参考和参阅较靠前在根据本发明的方法的范畴内的说明。
在一种优选的实施方式中，能量系统具有压缩机装置，该压缩机装置设置在连接管线装置中并且与第二能量源装置相连接。经由该压缩机装置，将由第一能量源装置产生的介质、例如氢气存入第二能量源装置中。如果能量系统具有用作中间储存器的第二能量消耗装置，则该压缩机装置优选地处于第二能量消耗装置和第二能量源装置之间。
原则上，本发明能够应用于具有双向使用的管线的所有系统并且与压力无关地应用，尤其是应用于具有单独的源和汇的储存系统，优选应用于氢气储存系统。本发明适用于在能量源装置和能量消耗装置之间具有远距离的能量系统，尤其是也适用于具有室内铺设的和/或可开放接触地铺设的储存管线的系统。
附图说明
现在根据实施例并参照附图更详细地阐述本发明。附图如下：
图1以示意图示出根据本发明的能量系统，在该能量系统中能够实施根据本发明的方法；
图2示出根据本发明的方法的过程，其中示出能量系统的第一运行模式；以及
图3示出根据本发明的方法的过程，其中示出能量系统的第二运行模式。
具体实施方式
在图1至图3中示出能量系统10，该能量系统用作房屋能量系统。在图1中首先描述了能量系统10的基本结构。在能量系统10中实施根据本发明的用于管线压力监控的方法。所述方法在能量系统10的不同运行模式下的过程根据图2和图3阐述。
如从图1中可以看到的那样，能量系统10首先具有第一子系统20，该第一子系统构成为室内系统。这意味着，第一子系统20处于房屋内部。附加地，能量系统10具有室外系统形式的第二子系统30。这意味着，第二子系统30处于房屋外部。
第一子系统20具有第一能量源装置21，该第一能量源装置是用于制备氢气的电解装置。此外，第一子系统20具有第一能量消耗装置22，该第一能量消耗装置是燃料电池装置。
第二子系统30具有第二能量源装置31，该第二能量源装置是高压储存装置。在该高压储存装置中，所产生的氢气在直至700bar的压力下储存。附加地，第二子系统30具有中压储存装置形式的第二能量消耗装置32，所产生的氢气在其最终从第二能量消耗装置出发储存到高压储存装置中之前，在20至60bar的压力下中间储存在该第二能量消耗装置中。
能量系统10的各个部件经由连接管线装置40相互连接，该连接线装置由多个管线区段组成。在此，至少一个管线区段40a构成为所谓的双向管线区段。这意味着，管线区段40a在能量系统10运行期间双向使用并且沿两个方向被流经。在示出的实施例中，所述双向管线区段40a将第一子系统20的部件与第二子系统30的部件相连接。
第一能量源装置21经由阀装置23连接在连接管线装置40上。第一能量消耗装置22经由阀装置24连接在连接管线装置40上。阀装置23、24优选地是截止阀、例如电磁阀。
如图1中示出的那样，第一能量源装置21和第一能量消耗装置22在双向管线区段40a的第一侧43上设置在双向管线区段40a的第一端部41处，而第二能量源装置31和第二能量消耗装置32在双向管线区段40a的第二侧44上设置在双向管线区段40a的第二端部42处。
在第一能量源装置21中借助电解制备的氢气经由连接管线装置40离开第一能量源装置21，并且尤其是经由双向管线区段40a流入第二子系统30中，并且在那里经由止回阀装置33流入用作中压储存器的第二能量消耗装置32中。第二能量消耗装置32用作用于氢气的中间储存器。由于中间储存在第二能量消耗装置32中的氢气应当仅沿一个方向、即朝第二能量源装置31的方向离开该第二能量消耗装置，因此仅设有止回阀装置33。因此，不需要截止阀。
经由尤其是以活塞式压缩机形式存在的压缩机装置34，将中间储存在第二能量消耗装置32中的氢气存入第二能量源装置31中，该第二能量源装置是高压储存装置。经由压缩机装置34将氢气压缩到一定程度，使其能够以直至700bar的压力存入第二能量源装置31中。
储存在第二能量源装置31中的氢气用于使燃料电池装置形式的第一能量消耗装置22运行。但是，燃料电池装置只能在低于20bar的压力下工作。因此，将储存在高压储存装置形式的第二能量源装置31中的氢气从第二能量源装置31中排出，经由阀装置35引导，并且输送给减压器形式的泄压装置36，所述阀装置可以是截止阀、尤其是电磁阀。紧接着，氢气尤其是还能够流经流量限制装置37，该流量限制装置优选地构成为用于减小管线横截面的装置。在此其例如是毛细管。借助流量限制装置37改进在图2和图3中描述的根据本发明的方法的灵敏度。从那里出发，减压的氢气经由连接管线装置40并且在这里尤其是也经由双向管线区段40a输送给燃料电池装置形式的第一能量消耗装置22并且在那里被消耗。
为了测量压力，在双向管线区段40a的相应端部41、41处设有例如压力传感器形式的两个压力测量装置50、51。压力测量装置50、51在空间上相互分离，其中，第一压力测量装置50处于双向管线区段的第一端部41处，而第二压力测量装置51处于双向管线区段40a的第二端部42处。双向管线区段40a的第一端部处的压力测量装置50检测第一压力P1，而双向管线区段40a的第二端部42处的第二压力测量装置51检测第二压力P2。
根据本发明的用于检查双向管线区段40a中的管线压力的方法(所述方法稍后将根据图2和图3进行阐述)规定，对检测到的压力P1和P2进行分析。这优选地在控制装置60中进行，该控制装置在本实施例中配设给第一子系统20。当然，控制装置60也可以处于其它位置。控制装置60经由相应的接口61、62与压力测量装置50、51至少暂时连接，这通过相应的箭头示出。在控制装置60中，对双向管线区段40a中的管线压力的检查借助分析由压力测量装置50、51检测到的压力P1和P2来进行，其方式为：使检测到的压力P1和P2彼此产生关联。通过根据本发明的方法尤其是检查双向管线区段40a是否有泄漏。
在图1至图3中示出的能量系统10构成整个房屋能量系统的部分区域，而整个房屋能量系统是一个电力自给自足并且完全基于可再生能源的多混合房屋储能系统。
该多混合房屋储能系统能够实现，将由光伏(PV)设备、小型风力发电设备或者类似设备产生的电能按需分配到全年。在此，该系统作为独立于电网的孤岛系统运行。更确切地说，该设备应当确保房屋的电力自给自足，从而全年无需从电网中获取电能。
房屋能量系统的首要任务在于，使从光伏(PV)模块或类似设备中获得的电能可供家用耗电器使用。其次，在低负载或者高辐照时期，能够将过剩电能中间储存在蓄电池短期储存装置中。第三，对于低辐照时期，如夜间、冬季或者类似时期，能够将电能作为气态氢中期至长期储存在氢气长期储存装置中，并且根据需求，借助燃料电池随时重新提供使用。
除了能量技术上的任务外，所述系统由于所安装的通风设备也用作可控式住房通风装置。
在电解装置中产生的氢气经由氢气管线流入置于室外的压力储存设备中。
在没有光伏能量或者光伏能量不足的情况下，从蓄电池中获取能量以满足耗电器负载。如果短期储存装置中储备的能量不足，则燃料电池装置能够满足额外的电能需求。在燃料电池运行中，氢气经由氢气管线从压力储存设备流至燃料电池装置。
排除燃料电池装置和电解装置同时运行的情况。整个系统经由具有预测性能量管理功能的能量管理器(Energy Manager)集中运行。
原则上，第二子系统设置用于在室外区域运行，但在特定条件下，也能够设立在房屋的专门区域内并运行。
下面根据图2和图3说明根据本发明的方法的过程。在此，在图2和图3中分别示出能量系统10的不同运行模式，即不同的运行状态。
在图2中示出的、针对图1中概要描述的能量系统10的示意图的情况下，能量系统10处于第一运行状态，该第一运行状态应当是静止状态。在静止状态中进行管线压力监控的情况下，在连接管线装置40中以及尤其是在双向管线区段40a中不应存在体积流。为此，阀装置23、24和35是关闭的。止回阀装置33不允许任何回流。管线容积(Volumen)由于阀装置(用粗虚线画出的圆圈标出)的相应位置而最小化。双向管线区段40a中的少量和严重泄漏均同样良好地由压力测量装置50、51检测出，例如通过识别是否低于极限压力。这在图2中通过加粗点状示出的圆圈标出。压力测量装置50、51中的故障例如能够通过可信度检验排除。尤其是在控制装置60中对由压力测量装置50、51检测到的压力P1和P2的分析优选地以在本发明的一般性说明中较靠前描述的方式进行。
在图3中示出的、针对图1中概要描述的能量系统10的示意图的情况下，能量系统10处于第二运行状态，该第二运行状态应当是运行状态。示出的是燃料电池运行的运行状态。这也同样适用于电解运行中制备氢气的运行状态。在燃料电池运行中，双向管线区段40a中的管线压力监控在第二能量消耗装置22的阀装置24打开的情况下以及在第二能量源装置31的阀装置35打开的情况下进行，所述阀装置通过粗体虚线示出的圆圈标出。由此，在连接管线装置40中以及尤其是在双向管线区段40a中存在大于零的体积流。由此，储存在第二能量源装置31中的氢气能够尤其是经由双向管线区段40a流入燃料电池装置形式的第一能量消耗装置22中。双向管线区段40a中的轻微或者部分泄漏导致由压力测量装置50、51检测到的压力P1和P2之间的压力差，这通过加粗点状示出的圆圈标出。压力差通过如下方式产生：在双向管线区段40a中发生泄漏的情况下，在第二能量源装置31侧、即压力P2缓慢下降或者根本不下降。相反，第一能量消耗装置22侧的压力、即压力P1(所述压力由于压力测量装置50的设置而处于双向管线区段40a中的泄漏处的下游)则下降，因为氢气继续被消耗并且能够经由双向管线区段中的泄漏处流出。可选地，严重泄漏或者管线破裂也能够通过低于极限压力来检测出，这通过加粗点状示出的圆圈标出。所述方法的灵敏度能够通过借助流量限制装置37(该流量限制装置例如是毛细管)减少流量来改进。这在图3中通过标粗的圆圈标出。压力测量装置50、51中的故障例如能够通过可信度检验排除。尤其是在控制装置60中对由压力测量装置50、51检测到的压力P1和P2的分析优选地以在本发明的一般性说明中较靠前描述的方式进行。
附图标记列表
10 能量系统(房屋能量系统)
20 第一子系统(室内系统)
21 第一能量源装置(电解装置)
22 第一能量消耗装置(燃料电池装置)
23 阀装置
24 阀装置
30 第二子系统(室外系统)
31 第二能量源装置(高压储存装置)
32 第二能量消耗装置(中压储存装置)
33 止回阀装置
34 压缩机装置
35 阀装置
36 泄压装置(减压器)
37 流量限制装置(毛细管)
40 连接管线装置
40a 双向管线区段
41 双向管线区段的第一端部
42 双向管线区段的第二端部
43 双向管线区段的第一侧
44 双向管线区段的第二侧
50 第一压力测量装置
51 第二压力测量装置
60 控制装置
61 接口
62 接口
P1 第一压力
P2 第二压力

Claims (15)

1.用于在能量系统(10)中的、尤其是在房屋能量系统中的连接管线装置(40)的双向使用的管线区段(40a)中进行管线压力监控、尤其是确认泄漏的方法，其中，在所述双向管线区段(40a)的第一侧(43)上设有第一能量源装置(21)和第一能量消耗装置(22)，并且在双向管线区段(40a)的第二侧(44)上设有第二能量源装置(31)和第二能量消耗装置(32)，其特征在于，经由在空间上相互分离地处于所述双向管线区段(40a)中的两个压力测量装置(50、51)，检测存在于压力测量装置(50、51)所处位置的第一压力(P1)和第二压力(P2)，并且尤其是在所述能量系统(10)的控制装置(60)中借助分析由压力测量装置(50、51)检测到的压力(P1、P2)来对双向管线区段(40a)中的管线压力进行检查，其方式为：使检测到的压力(P1、P2)彼此产生关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：a)经由在空间上相互分离地处于双向管线区段(40a)的第一端部(41)处和第二端部(42)处的两个压力测量装置(50、51)，检测存在于双向管线区段(40a)的第一端部(41)处的第一压力(P1)和存在于双向管线区段(40a)的第二端部(42)处的第二压力(P2)；b)对在双向管线区段(40a)的两个端部(41、42)处检测到的第一和第二压力(P1、P2)进行分析，尤其是在所述能量系统(10)的控制装置(60)中进行分析，其方式为：使第一压力和第二压力彼此产生关联；c)基于所述分析，检查存在于双向管线区段(40a)中的压力，尤其是检查所述双向管线区段(40a)是否有泄漏。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对由压力测量装置(50、51)检测到的压力(P1、P2)的分析通过极限压力监控来进行，其方式为：将第一压力(P1)和/或第二压力(P2)与预先给定的极限压力相比较，并且尤其是检查，第一压力(P1)和/或第二压力(P2)是否低于预先给定的最小极限压力(Pmin)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对由压力测量装置(50、51)检测到的压力(P1、P2)的分析通过交叉比较进行，其方式为：将第一压力(P1)和第二压力(P2)的值彼此相减，并且检查，压力值的差值相比于预先给定的比较压差值或者比较压差范围的关系如何。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对由压力测量装置(50、51)检测到的压力(P1、P2)的分析通过可信度比较进行，其方式为：将第一压力(P1)和第二压力(P2)的值彼此相减，并且检查，压力值的差值相比于预先给定的可信度压差值或者可信度压差范围的关系如何。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，为了提高管线压力监控的灵敏度，限制所述双向管线区段(40a)中的体积流，或者在监控过程期间对所述双向管线区段(40a)中的体积流进行调节。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在能量系统(10)的第一运行状态中执行，在所述第一运行状态中，能量系统(10)处于静止状态，在所述静止状态中，所述双向管线区段(40a)中的体积流为零，并且在所述静止状态中，尤其是所述连接管线装置(40)中的容积最小化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在能量系统(10)的至少一种第二运行状态中执行，在所述第二运行状态中，能量系统(10)处于运行状态，在所述运行状态中，所述双向管线区段(40a)中的体积流大于零。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，如果基于所述分析，确认所述双向管线区段(40a)存在泄漏，则阻断连接管线装置(40)中的、尤其是双向管线区段(40a)中的体积流，或者限制连接管线装置(40)中的、尤其是双向管线区段(40a)中的体积流流量。
10.能量系统、尤其是房屋能量系统，所述能量系统具有设置在连接管线装置(40)的双向使用的管线区段(40a)的第一侧(43)上的第一能量源装置(21)和第一能量消耗装置(22)，以及所述能量系统此外具有设置在所述连接管线装置(40)的双向使用的管线区段(40a)的第二侧(44)上的第二能量源装置(31)和第二能量消耗装置(32)，此外，所述能量系统具有两个压力测量装置(50、51)，所述两个压力测量装置在空间上相互分离地处于双向管线区段(40a)中，并且以如下方式提供所述两个压力测量装置，使得它们能够检测存在于压力测量装置(50、51)所在位置的第一压力(P1)和第二压力(P2)，以及此外所述能量系统具有如下装置、尤其是控制装置(60)，该装置经由接口(61、62)至少暂时与所述两个压力测量装置(50、51)相连接，所述装置以如下方式提供，使得其能够分析由压力测量装置(50、51)检测到的或者测定的第一和第二压力(P1、P2)，并且基于所述分析来检查管线压力，尤其是检查所述双向管线区段(40a)是否有泄漏。
11.根据权利要求10所述的能量系统，其特征在于，所述能量系统具有用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的器件。
12.根据权利要求10或11所述的能量系统，其特征在于，所述第一能量源装置(21)构成为电解装置，尤其是用于制备氢气，和/或所述第一能量消耗装置(22)构成为燃料电池装置，和/或所述第二能量源装置(31)构成为高压储存装置，尤其是用于储存氢气，和/或所述第二能量消耗装置(32)构成为中压储存装置，尤其是用于氢气的中间储存。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的能量系统，其特征在于，所述第一能量源装置(21)和/或所述第一能量消耗装置(22)经由阀装置(23、24)、尤其是经由截止阀连接在所述连接管线装置(40)上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的能量系统，其特征在于，在所述连接管线装置(40)的在所述双向管线区段(40a)的第二端部(42)和第二能量消耗装置(32)之间延伸的管线区段中设置有阀装置、尤其是呈止回阀装置(33)形式的阀装置。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的能量系统，其特征在于，在所述连接管线装置(40)的在所述双向管线区段(40a)的第二端部(42)和第二能量源装置(31)之间延伸的管线区段中设置有阀装置(35)、尤其是呈截止阀形式的阀装置和/或泄压装置(36)和/或流量限制装置(37)。
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