CN114335607A - 一种制储充氢系统及配置方法 - Google Patents

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CN114335607A CN202111651036.2A CN202111651036A CN114335607A CN 114335607 A CN114335607 A CN 114335607A CN 202111651036 A CN202111651036 A CN 202111651036A CN 114335607 A CN114335607 A CN 114335607A
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张畅
王金意
郭海礁
徐显明
余智勇
任志博
王鹏杰
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Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Sichuan Huaneng Baoxinghe Hydropower Co Ltd
Sichuan Huaneng Kangding Hydropower Co Ltd
Huaneng Mingtai Power Co Ltd
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Sichuan Huaneng Fujiang Hydropower Co Ltd
Sichuan Huaneng Hydrogen Technology Co Ltd
Sichuan Huaneng Jialingjiang Hydropower Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提出了一种制储充氢系统及配置方法，以电解制氢、固体合金或有机物液体储氢材料作为储放氢材料的制储充氢系统，提供了基于用氢需求和材料特性的制储充氢系统的配置方法，通过制氢单元、储氢单元、放氢单元之间的协同配合，实现在满足用氢需求条件下的总投资最低，节约投资成本；且同时考虑了温度和压力对储放氢材料工作特性和总投资的影响，给出了最佳工况的选择方案，使得系统内的储氢材料和放氢材料处于吸氢、存储和放氢的动态循环内，并使得所有储氢模块和放氢模块均获得充分利用。

Description

一种制储充氢系统及配置方法
技术领域
本发明涉及氢能与燃料电池领域技术领域，特别涉及到一种制储充氢系统及配置方法。
背景技术
在氢能应用中，氢的按需储存和释放是影响用氢安全和成本的重要问题。目前应用最广泛的气态储氢存在安全性差、储氢密度低的问题，在大规模氢储能应用中，其爆炸危险性和超大体积储罐会造成占地和管理成本的大幅提升，且气氢储罐释放氢气不彻底，会造成一定的氢气余量损失，在释氢过程后期由于气瓶余压降低，导致释放速度变慢。
利用液态有机物和固态金属合金的吸放氢反应进行氢气存储和释放是目前储氢研究的热点方向，液态有机物和固态金属合金的储氢产物均为常压下稳定的化合物，大大提升了氢气存储的安全性，尤其是在涉及能源、发电等行业的氢储应用时，其安全优势更为重要。然而，目前行业内对于液态有机物和固态金属储氢与前端氢气生产和终端氢能利用需求的耦合还缺乏研究和认识，缺少能够指导实际生产运行的制储充氢系统设计及操作方案。且电解水制氢是目前能够实现大规模绿氢生产的最佳途径，但电解水制氢的设备成本较高，在实际应用中，应在满足需求的情形下最大限度降低电解水制氢设备的容量配置，以提高设备利用率，降低投资成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本发明实施例提供了一种制储充氢系统及配置方法，在电解水制氢设备容量配置最低的前提下，根据需求规模和储氢材料特性确定储放氢设施容量配置，利用具有不同吸放氢热力学和动力学特性的储氢材料，分梯度实现气源氢气吸收、终端氢气释放和内部环节的材料间氢气传输，以经济的容量配置满足生产需求，并提供了相应的储放氢操作方法。
有鉴于此，根据本发明实施例的一个方面提出了一种制储充氢系统，包括：
制氢单元，其用于制备氢气；
储氢单元，其输入端与所述制氢单元的输出端连接；所述储氢单元包括多个并联的储氢模块；所述储氢模块包括设置第一氢气入口和第一氢气出口的第一反应器，所述第一反应器内设置储氢材料用于吸收或释放氢气；所述第一氢气入口连接所述储氢单元的输入端，所述第一氢气出口连接所述储氢单元的输出端；
放氢单元，其输入端与所述储氢单元的输出端连接；所述放氢单元包括多个并联的放氢模块；所述放氢模块包括设置第二氢气入口和第二氢气出口的第二反应器，所述第二反应器内设置放氢材料用于吸收或释放氢气；所述第二氢气入口连接所述放氢单元的输入端，所述第二氢气出口连接所述放氢单元的输出端；和
用氢单元，其输入端分别与所述制氢单元和所述放氢单元的输出端连接，用于消耗氢气。
在一些实施例中，所述储氢材料有储放氢能力，且平均放氢速度小于或等于其平均储氢速度，所述储氢模块的数量为
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
所述储氢模块中所述储氢材料的质量为m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；minA储＝<m1储/N储m0储>；
其中m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
其中w1储为所述储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为所述储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为所述储氢单元进氢流量，单位为kg/h；m1储为所述储氢单元中所述储氢材料质量总和的最小值；α储为所述储氢材料质量的最小值与实际所述储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
在一些实施例中，所述储氢单元中所述储氢材料的总质量为m2＝N储*m0储；m0储为单个所述储氢模块中所述储氢材料的质量；其中N储为所述储氢单元中所述储氢模块的数量。
在一些实施例中，所述放氢材料有储放氢能力，且平均放氢速度大于或等于其平均储氢速度，所述放氢模块的数量为
N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
所述放氢模块中所述放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
其中m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
其中w1放为所述放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为所述放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为所述放氢单元放氢流量，单位为kg/h；m1放为所述放氢单元中所述放氢材料质量总和的最小值；α放为所述放氢材料质量的最小值与实际所述放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
在一些实施例中，所述放氢单元中所述放氢材料的总质量为m3＝N放*m0放；
m0放为单个所述放氢模块中所述放氢材料的质量；其中N放为所述放氢单元中所述放氢模块的数量。
在一些实施例中，所述第一氢气入口、所述第一氢气出口、所述第二氢气入口和所述第二氢气出口上分别设置流量调节阀。
在一些实施例中，制储充氢系统还包括多个变压缓和装置；其中所述制氢单元的输出端与所述储氢单元的输入端之间、所述制氢单元的输出端与所述用氢单元的输入端之间、所述放氢单元的输出端与所述用氢单元的输入端之间、所述储氢单元的输出端与所述放氢单元的输入端之间均分别设置所述变压缓和装置。
根据本发明实施例的二个方面提出了一种制储充氢系统的配置方法，配置如上述任一所述系统，包括：
计算制储充氢系统的总投资为E＝E1+E2+E3；
E1＝k1(Q)Q；
E2＝k2(m2)m2；
E3＝k3(m3)m3；
其中E1为制氢单元的投资，E2为储氢单元的投资，E3为放氢单元的投资；k1为制氢单元的投资系数，k2储氢单元的投资系数，k3为储氢单元的投资系数；Q为制氢单元的生产能力，单位为kg/h，m2为所述储氢单元中所述储氢材料的总质量；m3为所述放氢单元中所述放氢材料的总质量。
在一些实施例中，所述储氢单元中所述储氢材料的总质量的确定方法为m2＝N储*m0储；
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；minA储＝<m1储/N储m0储>；
m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
其中m0储为单个所述储氢模块中所述储氢材料的质量；w1储为所述储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为所述储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为所述储氢单元进氢流量，单位为kg/h；m1储为所述储氢单元中所述储氢材料质量总和的最小值；α储为所述储氢材料质量的最小值与实际所述储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
在一些实施例中，所述放氢单元中所述放氢材料的总质量的确定方法为；
m3＝N放*m0放；
N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
所述放氢模块中所述放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
其中N放所述放氢模块的数量；m0放为单个所述放氢模块中所述放氢材料的质量，w1放为所述放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为所述放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为所述放氢单元放氢流量，单位为kg/h；m1放为所述放氢单元中所述放氢材料质量总和的最小值；α放为所述放氢材料质量的最小值与实际所述放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明示例性实施例的一种制储充氢系统的结构示意图。
图2为本发明示例性实施例的一种储氢单元的结构示意图。
图3为本发明示例性实施例的一种放氢单元的结构示意图。
附图标记
制氢单元1，储氢单元2，放氢单元3，用氢单元4，流量调节阀5，
第一氢气入口21，第一氢气出口22，第一反应器23，
第二氢气入口41，第二氢气出口42，第二反应器43。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，根据本发明实施例的一个方面提出了一种制储充氢系统，包括制氢单元1、储氢单元2、放氢单元3和用氢单元4，其中制氢单元1用于制备氢气，其输出端分别连接储氢单元2和用氢单元4的输入端；其中储氢单元2的输入端与制氢单元1的输出端连接，用于接收制氢单元1的输送的氢气吸入氢气实现氢气储存，而储氢单元2的输出端与放氢单元3的输入端连接，并向其输送氢气，实现氢气的释放；放氢单元3接收储氢单元2的输送的氢气并吸入氢气，其输出端连接用氢单元4的输入端用于向用氢单元4输出氢气，实现氢气的释放；用氢单元4，其输入端分别与制氢单元1和放氢单元3的输出端连接，用于消耗氢气。
本发明实施例提供了以电解制氢、固体合金或有机物液体储氢材料作为储放氢材料的制储充氢系统，提供了基于用氢需求和材料特性的制储充氢系统的配置方法，通过制氢单元、储氢单元、放氢单元之间的协同配合，实现在满足用氢需求条件下的总投资最低，节约投资成本；且同时考虑了温度和压力对储放氢材料工作特性和总投资的影响，给出了最佳工况的选择方案，使得系统内的储氢材料和放氢材料处于吸氢、存储和放氢的动态循环内，并使得所有储氢模块和放氢模块均获得充分利用。
有利的，制储充氢系统还包括多个变压缓和装置；其中制氢单元1的输出端与储氢单元2的输入端之间、制氢单元1的输出端与用氢单元4的输入端之间、放氢单元3的输出端与用氢单元4的输入端之间、储氢单元2的输出端与放氢单元3的输入端之间均分别设置变压缓和装置。变压缓和装置不仅可暂时缓存氢气防止输出量和输入量不匹配造成氢气放空浪费；而且可实现压力变换的功能，将出口氢气的压力变换到适合下游单元。
具体的如图2所示，其中储氢单元2包括多个并联的储氢模块4；储氢模块4包括设置第一氢气入口21和第一氢气出口22的第一反应器23，即多个第一反应器23相互并联，且每个第一氢气入口21均连接储氢单元2的输入端，每个第一氢气出口22均连接储氢单元2的输出端。有利的，每个第一氢气入口21和第一氢气出口22的直管上均有流量调节阀5，可以调节管路上氢气的流量或调节管路的开关状态。
其中第一反应器23内设置储氢材料，根据第一反应器23内设置一定量的储氢材料，可实现储氢材料在一定温度和压力下对氢气的吸收或释放。可选的，储氢材料为有储放氢能力的有机物液体或固体储氢合金。
需要说明的是，储氢单元2的储氢材料的质量和储氢模块4的数量均需要根据储氢材料的性质如储氢密度、吸氢速度、放氢速度以及用氢单元4的需求进行确定。
在一些实施例中，储氢材料平均放氢速度小于或等于其平均储氢速度，储氢模块的数量为
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
储氢模块中储氢材料的质量为m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；其中minA储＝<m1储/N储m0储>
其中m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
储氢单元2中储氢材料的总质量为m2＝N储*m0储；
其中m0储为单个储氢模块中储氢材料的质量；w1储为储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为储氢单元2进氢流量，单位为kg/h；m1储为储氢单元2中储氢材料质量总和的最小值；α储为储氢材料质量的最小值与实际储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
可根据储氢材料的平均放氢速度以及平均储氢速度，计算得到储氢模块的数量以及每个储氢模块中储氢材料的质量，从而得到储氢单元2的容量设置。
同理可设置放氢单元3具体的如图3所示，其中放氢单元3包括多个并联的放氢模块；放氢模块4包括设置第二氢气入口41和第二氢气出口42的第二反应器43，即多个第二反应器43相互并联，且每个第二反应器43的第二氢气入口41均连接制氢单元1的输出端；每个第一反应器23的第一氢气出口22放氢单元3的输入端，第二氢气出口42连接放氢单元3的输出端。有利的，每个第二氢气入口41和第二氢气出口42的直管上均有流量调节阀5，可以调节管路上氢气的流量或调节管路的开关状态。
其中第二反应器43内设置放氢材料，根据第二反应器43内设置一定量的放氢材料，可实现放氢材料在一定温度和压力下对氢气的吸收或释放。可选的，放氢材料为有储放氢能力的有机物液体或固体储氢合金。
需要说明的是，放氢单元3的放氢材料的质量和放氢模块的数量均需要根据放氢材料的性质如储氢密度、吸氢速度、放氢速度以及用氢单元4的需求进行确定。
在一些实施例中，放氢材料有储放氢能力，且平均放氢速度大于或等于其平均储氢速度，放氢模块的数量为
N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
放氢模块中放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
其中m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
放氢单元3中放氢材料的总质量为m3＝N放*m0放；
其中m0放为单个放氢模块中放氢材料的质量，w1放为放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为放氢单元3放氢流量，单位为kg/h；m1放为放氢单元3中放氢材料质量总和的最小值；α放为放氢材料质量的最小值与实际放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
可根据放氢材料的平均放氢速度以及平均储氢速度，计算得到放氢模块的数量以及每个放氢模块中放氢材料的质量，从而得到放氢单元3的容量设置。
根据本发明实施例的二个方面提出了一种制储充氢系统的配置方法，配置如上述任一系统，包括：
计算制储充氢系统的总投资为E＝E1+E2+E3；
E1＝k1(Q)Q；
E2＝k2(m2)m2；
E3＝k3(m3)m3；
其中E1为制氢单元1的投资，E2为储氢单元2的投资，E3为放氢单元3的投资；k1为制氢单元1的投资系数，k2储氢单元2的投资系数，k3为储氢单元2的投资系数；Q为制氢单元1的生产能力，单位为kg/h，m2为储氢单元2中储氢材料的总质量；m3为放氢单元3中放氢材料的总质量。示例性的，(Q)是表示k1是Q的函数，会随着Q的变化而变化；(m2)与(m3)与(Q)代表的意义相同，不再赘述。
在某一时刻t，用氢单元4的需氢量为q；制氢单元1分别向储氢单元2和用氢单元4的供氢量为q1和q3；储氢单元2向放氢单元3的供氢量分别为q2；放氢单元3向用氢单元4的供氢量为q4，为降低备用储氢容量控制q1小于等于q3。
在满足满足终端用氢的流量需求的条件下，以总投资最小的原则确定参数：Q，m2，m3。
其中储氢单元2的储氢材料的质量m2的确定方法如下：
获取储氢材料的热力学和动力学特性曲线，具体地为储氢材料不同温度下的储氢密度-压力曲线，以及不同温度、压力下的吸/放氢量-时间等温线，该数据可由材料生产方提供，或通过PCT测试等方式获得。
在储氢材料的热力学和动力学特性曲线上选择储氢温度、压力和放氢温度、压力，获得对应的储放氢密度d1储(wt％)，根据储放氢密度d1储(wt％)确定平均吸氢速w1储(kgH2/kg/h)和平均放氢速度w2储(kgH2/kg/h)，具体为：
S1：先确定储氢材料的放氢温度和放氢压力，其中放氢温度优选为20-200℃，其中20-200℃可理解为选择定值20℃、40℃、80℃、100℃、150℃、130℃、180℃或200℃等区间内的定值，放氢压力可在真空0.1MPa-5MPa范围内选择；
S2：根据储氢材料的放氢温度和放氢压力，在热力学和动力学特性曲线上确定储放氢密度d1储(wt％)和平均放氢速度w2储(kgH2/kg/h)；
S3：设置储氢材料的储氢温度与放氢温度一致，选择储氢压力，使w1储>或＝w2储，其中w1储(kgH2/kg/h)为动力学特性曲线上确定的平均储氢速度。
根据储氢单元2的进氢流量q1，按以下方式计算储氢单元2容量：
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
储氢模块中储氢材料的质量为m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；minA储＝<m1储/N储m0储>；
其中m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
储氢单元2中储氢材料的总质量为m2＝N储*m0储；
其中m0储为单个储氢模块中储氢材料的质量；w1储为储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为储氢单元2进氢流量，单位为kg/h；m1储为储氢单元2中储氢材料质量总和的最小值；α储为储氢材料质量的最小值与实际储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
放氢单元3的质量m3的确定方法如下：
获得放氢材料的热力学和动力学特性曲线，具体地为放氢材料不同温度下的储氢密度-压力曲线，以及不同温度、压力下的吸/放氢量-时间等温线。该数据可由材料生产方提供，或通过PCT测试等方式获得。
在放氢材料的热力学和动力学特性曲线上选择储氢温度、压力和放氢温度、压力，获得对应的储放氢密度d1放(wt％)，根据储放氢密度d1放(wt％)确定平均放氢速度w1放(kgH2/kg/h)和平均储氢速度w2放(kgH2/kg/h)：
S1：先确定储氢温度和储氢压力，优选地，其中储氢温度优选为20-200℃，其中20-200℃可理解为选择定值20℃、40℃、80℃、100℃、150℃、130℃、180℃或200℃等区间内的定值，储氢压力可在常压0MPa-10MPa之间选择；
S2：根据储氢温度和放氢压力，在热力学和动力学特性曲线上确定储放氢密度d1放(wt％)和平均储氢速度w2放(kgH2/kg/h)；
S3：设置放氢材料的储氢温度与放氢温度一致，选择压力，使w1放>或＝w2放，w1放(kgH2/kg/h)为动力学特性曲线上确定的平均放氢速度。
根据放氢单元3的放氢流量q4，按以下方式计算放氢单元3容量：
放氢模块的数量为N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
放氢模块中放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
其中m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
放氢单元3中放氢材料的总质量为m3＝N放*m0放；
其中m0放为单个放氢模块中放氢材料的质量，w1放为放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为放氢单元3放氢流量，单位为kg/h；m1放为放氢单元3中放氢材料质量总和的最小值；α放为放氢材料质量的最小值与实际放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
本发明实施例提供了一种配置制储充氢系统能够通过制氢单元1和储氢单元2、放氢单元3的协同配合，以最小的投资满足终端用氢的流量需求。通过选择储放氢压力和温度，使储氢单元中储氢快，放氢慢；放氢单元中，放氢快，储氢慢，故储氢单元直接连接制氢单元，承担储氢功能；放氢单元直接连接用氢单元，承担放氢功能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“实施例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制储充氢系统，其特征在于，包括：
制氢单元，其用于制备氢气；
储氢单元，其输入端与所述制氢单元的输出端连接；所述储氢单元包括多个并联的储氢模块；所述储氢模块包括设置第一氢气入口和第一氢气出口的第一反应器，所述第一反应器内设置储氢材料用于吸收或释放氢气；所述第一氢气入口连接所述储氢单元的输入端，所述第一氢气出口连接所述储氢单元的输出端；
放氢单元，其输入端与所述储氢单元的输出端连接；所述放氢单元包括多个并联的放氢模块；所述放氢模块包括设置第二氢气入口和第二氢气出口的第二反应器，所述第二反应器内设置放氢材料用于吸收或释放氢气；所述第二氢气入口连接所述放氢单元的输入端，所述第二氢气出口连接所述放氢单元的输出端；和
用氢单元，其输入端分别与所述制氢单元和所述放氢单元的输出端连接，用于消耗氢气。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储氢材料有储放氢能力，且其平均放氢速度小于或等于其平均储氢速度，所述储氢模块的数量为
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
所述储氢模块中所述储氢材料的质量为m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；minA储＝<m1储/N储m0储>；
其中m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
其中w1储为所述储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为所述储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为所述储氢单元进氢流量，单位为kg/h；m1储为所述储氢单元中所述储氢材料质量总和的最小值；α储为所述储氢材料质量的最小值与实际所述储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述储氢单元中所述储氢材料的总质量为m2＝N储*m0储；
其中m0储为单个所述储氢模块中所述储氢材料的质量；其中N储为所述储氢单元中所述储氢模块的数量。
4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述放氢材料有储放氢能力，且其平均放氢速度大于或等于其平均储氢速度，所述放氢模块的数量为
N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
所述放氢模块中所述放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
其中m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
其中w1放为所述放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为所述放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为所述放氢单元放氢流量，单位为kg/h；m1放为所述放氢单元中所述放氢材料质量总和的最小值；α放为所述放氢材料质量的最小值与实际所述放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述放氢单元中所述放氢材料的总质量为m3＝N放*m0放；
m0放为单个所述放氢模块中所述放氢材料的质量；其中N放为所述放氢单元中所述放氢模块的数量。
6.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述第一氢气入口、所述第一氢气出口、所述第二氢气入口和所述第二氢气出口上分别设置流量调节阀。
7.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，还包括多个变压缓和装置；其中所述制氢单元的输出端与所述储氢单元的输入端之间、所述制氢单元的输出端与所述用氢单元的输入端之间、所述放氢单元的输出端与所述用氢单元的输入端之间、所述储氢单元的输出端与所述放氢单元的输入端之间均分别设置所述变压缓和装置。
8.一种制储充氢系统的配置方法，其特征在于，配置如权利要求1-7任一所述系统进行制储充氢，包括：
计算制储充氢系统的总投资为E＝E1+E2+E3；
E1＝k1(Q)Q；
E2＝k2(m2)m2；
E3＝k3(m3)m3；
其中E1为制氢单元的投资，E2为储氢单元的投资，E3为放氢单元的投资；k1为制氢单元的投资系数，k2储氢单元的投资系数，k3为储氢单元的投资系数；Q为制氢单元的生产能力，单位为kg/h，m2为所述储氢单元中所述储氢材料的总质量；m3为所述放氢单元中所述放氢材料的总质量；
在满足满足终端用氢的流量需求的条件下，以总投资最小的原则确定参数：Q，m2，m3。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述储氢单元中所述储氢材料的总质量的确定方法为m2＝N储*m0储；
N储＝[(w1储/w2储+1)*A储]；
m0储＝q1/w1储/A储；
其中m1储/N储m0储<α储；minA储＝<m1储/N储m0储>；
m1储＝(w1储/w2储+1)*q1/w1储；
其中m0储为单个所述储氢模块中所述储氢材料的质量；w1储为所述储氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2储为所述储氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；A储为整数代表至少A个储氢模块同时吸氢时可满足用消纳氢气需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q1为所述储氢单元进氢流量，单位为kg/h；m1储为所述储氢单元中所述储氢材料质量总和的最小值；α储为所述储氢材料质量的最小值与实际所述储氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述放氢单元中所述放氢材料的总质量的确定方法为；
m3＝N放*m0放；
N放＝[(w1放/w2放+1)*A放]；
所述放氢模块中所述放氢材料的质量为m0放＝q4/w1放/A放；
其中m1放/N放m0放<α放；minA放＝<m1放/N放m0放>；
m1放＝(w1放/w2放+1)*q4/w1放；
其中N放所述放氢模块的数量；m0放为单个所述放氢模块中所述放氢材料的质量，w1放为所述放氢材料的平均放氢速度，单位为kgH2/kg/h；w2放为所述放氢材料的平均储氢速度，单位为kgH2/kg/h；A放为整数代表A个放氢模块同时放氢时可满足输氢需求；[]为向上取整值；<>为向下取整值；q4为所述放氢单元放氢流量，单位为kg/h；m1放为所述放氢单元中所述放氢材料质量总和的最小值；α放为所述放氢材料质量的最小值与实际所述放氢材料质量的偏差，取值为5％-10％。
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CN115117392A (zh) * 2022-07-01 2022-09-27 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种储氢系统及充放氢控制方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754290A (zh) * 2022-04-22 2022-07-15 山东大学 一种基于相变储热的金属氢化物储氢罐及固-气耦合储氢系统
CN114754290B (zh) * 2022-04-22 2023-01-17 山东大学 一种基于相变储热的金属氢化物储氢罐及固-气耦合储氢系统
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