CN113915521A - 一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法 - Google Patents

一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然气‑氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，通过采用库容综合管理控制系统，实时监控站内氢气库容、天然气库容、天然气和氢气混合气中氢气体积比与浓度比，通过动态调节天然气‑氢气综合加气站的库容和在线混合加注方法，综合利用站内天然气、氢气和电能，实现了灵活应对不同车辆能源需求的目的，前期氢气燃料需求不足时可以将氢气注入天然气供天然气车辆使用，后期氢气燃料需求增加时可以利用电解水制氢和天然气制氢，补充氢气的不足，降低对氢气运输、储存装置的需求，通过氢气、天然气库容双向调节，且根据需求启用一个或多个气体来源与氢气‑天然气混合气预混和在线混合相结合的方式实现更高的投资回报率。

Description

一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法
技术领域
本发明涉及加气站领域，特别是涉及一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法。
背景技术
氢气-天然气综合加气站是一种可同时服务于天然气车辆和氢燃料电池车辆的综合能源补给站。其中，纯氢气可供氢燃料电池车使用；一般的天然气车辆可以使用纯的天然气或者混合了一定浓度氢气的天然气-氢气混合气，气站可提供天然气或天然气-氢气混合气体供天然气车辆使用。传统的氢气-天然气加气站主要不足为：氢气源和天然气源为独立的氢气长管拖车、天然气长管拖车，在面临氢气或天然气储量不足时只能停止对相应车辆的服务。
其中部分综合加气站有一定的氢气和天然气库容相互转化调节的功能，但仅有天然气制氢用于补充氢气，氢气掺混入天然气供天然气车使用，用于补充天然气，不能综合管理站点内所有能源，用于应对不同的需求，且在天然气车辆加气时仅可利用预混的天然气-氢气混合气，或仅在加注时在线混合。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，传统的加气站仅有天然气制氢用于补充氢气，氢气掺混入天然气供天然气车使用，用于补充天然气，不能综合管理站点内所有能源，用于应对不同的需求，且在天然气车辆加气时仅可利用预混的天然气-氢气混合气，或仅在加注时在线混合。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，包括以下步骤：
S1、氢气库容管理：氢气库容根据库容余量和预计的用量进行动态管理，启用一至三个补充来源，当氢气库容Q1低于最大库容Q1max时，通过电解水制氢装置补充氢气库容，当氢气库容远低于Q1max，预计氢气加注量较大，且天然气库容充足时，启用天然气重整制氢装置进一步补充氢气库容。
S2、天然气库容管理：天然气与氢气混合气的来源有2个，混合气的库容根据库容余量和预计用量动态管理，当天然气库容Q1低于最大库容Q2max，且天然气库容中的氢气体积浓度ηH2时，库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合，直到氢气浓度达到天然气车可使用的最大氢气浓度ηH2max或天然气库容达到Q2max。
S3、动态加注管理：当天然气车辆已经在加注气体，且库存天然气混合气中氢气浓度未达到ηH2max时，可启用气体在线混合装置，直接将电解水制氢装置中的氢气注入天然气车辆。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S1中所述的氢气库容一至三个补充来源包括管束车运输、电解水制氢和天然气裂解。
作为本发明的一种优选技术方案，所述天然气库容管理中所述的天然气与氢气的混合气体包括管束车运输和注入氢气两个方式。
作为本发明的一种优选技术方案，所述动态加注管理过程中气体在线混合装置将氢气注入天然气车辆中，是依据天然气车辆可使用的氢气混合比上限，即Q2max*η。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电解水制氢的过程中，电力来源为太阳能以及风能。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合过程中，采用通过流量控制阀门进行控制氢气注入量。
作为本发明的一种优选技术方案，所述天然气加注包括天然气直接加注、天然气与氢气在罐内混合后的直接加注、天然气储罐内纯天然气加注后气体混合阀门进行精确加注氢气和天然气储罐内天然气与氢气的混合气体直接注入并与气体混合阀门的作用下进行配合精确氢气注入。
作为本发明的一种优选技术方案，所述氢气车辆加注的过程中可以采用电解水制氢直接进行加注操作，不经过氢气储罐，所述氢气储罐内氢气足量时优选氢气储罐内部的氢气加注。
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
1、通过采用库容综合管理控制系统，实时监控站内氢气库容、天然气库容、天然气和氢气混合气中氢气体积比与浓度比，预计的天然气和天然气-氢气混合器加气需求，通过天然气重整制氢装置、电解水制氢装置动态管理氢气和天然气库容，通过气体混合装置动态调节天然气车辆的天然气-氢气加注比例，灵活满足车辆能源需求，通过动态调节天然气-氢气综合加气站的库容和在线混合加注方法，综合利用站内天然气、氢气和电能，实现了灵活应对不同车辆能源需求的目的，在气站全寿命周期中，前期氢气燃料需求不足时可以将氢气注入天然气供天然气车辆使用，后期氢气燃料需求增加时可以利用电解水制氢和天然气制氢，补充氢气的不足，降低对氢气运输、储存装置的需求，通过氢气、天然气库容双向调节，且根据需求启用一个或多个气体来源与氢气-天然气混合气预混和在线混合相结合的方式实现更高的投资回报率。
附图说明
图1为本发明氢气-天然气动态库容管理架构图；
图2为本发明氢气-天然气动态库容管理示意图；
图3为本发明氢气需求量大时的气体流向；
图4为本发明天然气需求量大时的气体流向途径；
图5为本发明在线混合气体流向途径。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段；创作特征；达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料；试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例
如图1-5所示，本发明提供，一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，包括以下步骤：
S1、氢气库容管理：氢气库容根据库容余量和预计的用量进行动态管理，启用一至三个补充来源，当氢气库容Q1低于最大库容Q1max时，通过电解水制氢装置补充氢气库容，当氢气库容远低于Q1max，预计氢气加注量较大，且天然气库容充足时，启用天然气重整制氢装置进一步补充氢气库容。
S2、天然气库容管理：天然气与氢气混合气的来源有2个，混合气的库容根据库容余量和预计用量动态管理，当天然气库容Q1低于最大库容Q2max，且天然气库容中的氢气体积浓度ηH2时，库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合，直到氢气浓度达到天然气车可使用的最大氢气浓度ηH2max或天然气库容达到Q2max。
S3、动态加注管理：当天然气车辆已经在加注气体，且库存天然气混合气中氢气浓度未达到ηH2max时，可启用气体在线混合装置，直接将电解水制氢装置中的氢气注入天然气车辆。
本方法采用库容综合管理控制系统，实时监控站内氢气库容、天然气库容、天然气-氢气混合气中氢气体积比浓度，预计的天然气和天然气-氢气混合器加气需求，通过天然气重整制氢装置、电解水制氢装置动态管理氢气和天然气库容，通过气体混合装置动态调节天然气车辆的天然气-氢气加注比例，灵活满足车辆能源需求
所述S1中所述的氢气库容一至三个补充来源包括管束车运输、电解水制氢和天然气裂解，所述天然气库容管理中所述的天然气与氢气的混合气体包括管束车运输和注入氢气两个方式，所述动态加注管理过程中气体在线混合装置将氢气注入天然气车辆中，是依据天然气车辆可使用的氢气混合比上限，即Q2max*η，所述电解水制氢的过程中，电力来源为太阳能以及风能。
所述S2中库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合过程中，采用通过流量控制阀门进行控制氢气注入量，所述天然气加注包括天然气直接加注、天然气与氢气在罐内混合后的直接加注、天然气储罐内纯天然气加注后气体混合阀门进行精确加注氢气和天然气储罐内天然气与氢气的混合气体直接注入并与气体混合阀门的作用下进行配合精确氢气注入，所述氢气车辆加注的过程中可以采用电解水制氢直接进行加注操作，不经过氢气储罐，所述氢气储罐内氢气足量时优选氢气储罐内部的氢气加注。
本方法采用不同能源库容综合管理的方法，对综合加气站内的电能、天然气和氢能进行综合管理，在气体加注时利用库容或在线电解水制氢灵活应对车辆加注需求，当氢气库容不足时，利用电解水制氢和天然气制氢补充氢气库容，当天然气库容不足时，将氢气注入天然气储罐进行预混，增加天然气库容，氢气注入两上限为天然气车辆可使用的氢气混合比上限，当在天然气库容不足且来不及预混的情形下可通过在线混合精确控制混合器中氢气含量，氢气注入上限为天然气车辆可使用的氢气混合比上限，实现为天然气车辆在线混合加注天然气-氢气混合气。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、氢气库容管理：氢气库容根据库容余量和预计的用量进行动态管理，启用一至三个补充来源，当氢气库容Q1低于最大库容Q1max时，通过电解水制氢装置补充氢气库容，当氢气库容远低于Q1max，预计氢气加注量较大，且天然气库容充足时，启用天然气重整制氢装置进一步补充氢气库容；
S2、天然气库容管理：天然气与氢气混合气的来源有2个，混合气的库容根据库容余量和预计用量动态管理，当天然气库容Q1低于最大库容Q2max，且天然气库容中的氢气体积浓度ηH2时，库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合，直到氢气浓度达到天然气车可使用的最大氢气浓度ηH2max或天然气库容达到Q2max；
S3、动态加注管理：当天然气车辆已经在加注气体，且库存天然气混合气中氢气浓度未达到ηH2max时，可启用气体在线混合装置，直接将电解水制氢装置中的氢气注入天然气车辆。
2.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述S1中所述的氢气库容一至三个补充来源包括管束车运输、电解水制氢和天然气裂解。
3.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述天然气库容管理中所述的天然气与氢气的混合气体包括管束车运输和注入氢气两个方式。
4.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述动态加注管理过程中气体在线混合装置将氢气注入天然气车辆中，是依据天然气车辆可使用的氢气混合比上限，即Q2max*η。
5.根据权利要求2所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述电解水制氢的过程中，电力来源为太阳能以及风能。
6.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述S2中库容综合控制器控制氢气注入天然气并进行混合过程中，采用通过流量控制阀门进行控制氢气注入量。
7.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述天然气加注包括天然气直接加注、天然气与氢气在罐内混合后的直接加注、天然气储罐内纯天然气加注后气体混合阀门进行精确加注氢气和天然气储罐内天然气与氢气的混合气体直接注入并与气体混合阀门的作用下进行配合精确氢气注入。
8.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气动态库容和加注管理方法加注管理方法，其特征在于：所述氢气车辆加注的过程中可以采用电解水制氢直接进行加注操作，不经过氢气储罐，所述氢气储罐内氢气足量时优选氢气储罐内部的氢气加注。
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