CN114677098A - 智能氢能源管理、控制、监视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能氢能源管理、控制、监视系统，包括以下步骤：STEP1：线上线下连接，通过设置有服务器、电子联网设备、网路、GPS、防火墙完成对各地氢能源资料的获取上传，形成一个完整的氢能源调整框架，实现各地氢能源资料的实时化、透明化。本发明通过利用光伏风能发电来电解水制氢，通过远端操作，完成制氢、储氢、加氢的一系列监控与实施，使得加氢站能够及时补充氢能，通过手机定位使得氢燃料车车主能够就近找到加氢站，从而避免了无法及时加氢的尴尬，同时，本系统通过将制氢、储氢、加氢形成的一个闭环控制的管理系统解决了氢能产业独立作业带来的高成本、低便利性、优化了整个氢能产业。
Description
技术领域
本发明属于氢能源技术领域，具体为智能氢能源管理、控制、监视系统。
背景技术
传统燃油车的动力来源将受到限制，新能源汽车迎来蓬勃发展的生机，其中，除了纯电汽车，还有一种重要能源：氢能，氢燃料汽车只需加氢便能获得与传统燃油车几乎一样的续航，而且氢能源能够做到零排放，这样就间接催生了氢能产业，通过制氢、储氢、加氢，完成整个燃料加注的闭环操作。
现有的氢能产业各自为政，从而制氢、加氢站、储氢到应用都是独立运作，这样造成的后果便是一盘散沙，缺乏沟通平台，制氢的指标无法获取需求，导致氢能源无法统一调配，同时，目前的制氢方法为电解水制氢、化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢、新型制氢技术，这些技术无一例外的需要额外的碳排放，一方面加重了能源损失，污染环境，而且能源在转化过程中也会大规模损失，另外，线上统一沟通平台的缺失，导致氢燃料车主无法及时获取自身车中燃料的实时数据，从而无法及时加氢，同时也做不到实时监控，加氢效率低下。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了智能氢能源管理、控制、监视系统，具有氢能源调配统一高效、氢能源产业优化、可远端控制及可实时监控的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：智能氢能源管理、控制、监视系统，包括以下步骤：
STEP1：线上线下连接，通过设置有服务器、电子联网设备、网路、GPS、防火墙完成对各地氢能源资料的获取上传，形成一个完整的氢能源调整框架，实现各地氢能源资料的实时化、透明化；
STEP2：服务器：透过网路储存各地氢能资料，比如温度、压力、质量等，透过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统；
STEP3：电子联网设备：包括PC、手机及平板，利用网页或APP从服务器读取各地氢能子系统资讯及操作控制子系统，通知用户氢气过低讯息、安全通知、控制、监视各地工厂、加氢站、应用等；
STEP4：网路和GPS：系统有5G/4G、以太网路、Wi-Fi无线网络、Zigbee、蓝牙，利用网路系统将氢瓶传给用户及服务器，然后利用GPS定位；
STEP5：防火墙（英语：Firewall）在计算机科学领域中是一个架设在因特网与企业内网之间的资安系统，根据企业预定的策略来监控往来的传输；
STEP6：制氢：制氢工厂控制系统有DCS系统或Scada系统，服务器透过网路跟控制系统连接，为了安全起见，两者之间讯号传递都经过加密，工厂的操作可以透过工厂控制系统或是PC、手机、平板等连上服务器远程控制工厂，制氢工厂利用光伏风能发电来进行电解水制氢；
STEP7：远端操作如下：
1.风能或光伏产生的电是并入电网或是给电解装置制氢；
2.当风能光伏发电不足时，接入电网电制氢；
3.监控风能光伏的发电电流、电压、瓦数、风速、日照等；
4.制氢模组的水量控制，电量控制，氢储槽温度压力控制；
5.监控制氢模组的水量及温度，电解槽的温度及液位等，氢储槽温度压力等；
6.监视氢气储槽车的氢槽温度、压力，当需要运氢时，指派氢气槽空的车运送；
7.控制加氢站的阀门，当有危险时，关闭氢出口总阀门及各加氢枪的阀；
8.监视加氢站储槽的温度及压力等，当压力过低时，表示氢量不足，通知伺服器，伺服器通知氢气储槽车司机到达工厂取氢后，运到加氢站，将氢气加入储槽；
9.储氢瓶的氢量低时，透过伺服器，通知车主为氢瓶；
STEP8：定位如下：
1.将加氢站位置上传到伺服器，让车主透过手机等找到加氢站，伺服器通知车主附近加氢站位置；
2.将制氢厂位置上传到伺服器，让氢气储槽车车主透过手机等找到制氢厂，伺服器通知车主附近制氢厂位置；
3.氢瓶位置都上网，可以很好追踪氢瓶位置。
STEP9：绿能如下：可以由伺服器资料统计出年月日时的国省市县的氢能使用量，这些资料可以做碳交易。
STEP10：伺服器权限如下：
1.全管理者：可以完整控制整个伺服器；
2.全使用者：可以监视整个系统，但无控制操作、通知的权限；
3.制氢管理者：可以对所属的制氢厂控制操作、监视、通知的权限；
4.制氢使用者：可以监视所属的制氢厂，但无控制操作、通知的权限;
5.氢气储槽车管理者：可以对所属的氢气储槽车控制操作、监视、通知的权限；
6.氢气储槽车使用者：可以监视所属的氢气储槽车，但无控制操作、通知的权限；
7.加氢站管理者：可以对所属的加氢站控制操作、监视、通知的权限；
8.加氢站使用者：可以监视所属的加氢站，但无控制操作、通知的权限；
9.氢瓶管理者：可以对所属的氢瓶控制操作、监视、通知的权限；
10.氢瓶使用者：可以监视所属的氢瓶，但无控制操作、通知的权限。
通过设置有服务器将上传的各地氢能资料通过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统，利用网络完成在线连接的功能，同时通过制氢工厂的DCS系统或Scada系统远程控制工厂制氢，同时，通过利用光伏风能发电来电解水制氢，通过远端操作，完成制氢、储氢、加氢的一系列监控与实施，使得加氢站能够及时补充氢能，通过手机定位使得氢燃料车车主能够就近找到加氢站，从而避免了无法及时加氢的尴尬，同时，本系统通过将制氢、储氢、加氢形成的一个闭环控制的管理系统解决了氢能产业独立作业带来的高成本、低便利性、优化了整个氢能产业。
优选的，STEP3中电子联网设备不仅仅包含平板、手机和PC，也可由本地服务器进行联网完成联络与通讯功能，然后统一通过网络接入伺服器，随后完成对制氢工厂、氢气储槽车、加氢站以及储氢罐及应用系统。
优选的，DCS系统为集散控制系统的简称，可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”，分散控制系统主要以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调；DCS系统采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自洽的结构形式，在电力、冶金等各行各业都获得了及其广泛的应用。
优选的，Scada系统为数据采集与监视控制系统，Scada系统为以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；Scada系统应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域，在电力系统中，Scada系统应用最为广泛，同时技术发展也最为成熟。
优选的，制氢工厂的发电系统额外配备有备用储能设备，在风能电能均无法正常供给且电网出现故障时为制氢提供备用电源，在电能的供给恢复正常后，备用储能设备继续储能维持备用状态；备用能源能够保证制氢过程不中断，从而减小对制氢的影响，维持正常的氢能源制备，持续制氢保证加氢段的持续输出不受影响，储能设备以蓄电池为主，外设防护机箱，能够为内置的蓄电池组提供全方位防护。
优选的，STEP8中的定位系统为北斗卫星导向系统，具有全球范围内的全天候、全天时的区域导航、定位和授时能力，且定位精度为分米、厘米级别；北斗导航由空间段、地面段和用户段三部分组成，其强大的抗干扰能力使得定位过程中加安全与可靠。
优选的，手机、平板及PC在接入监控系统后可实时观察加氢站中储氢槽内的压力，并设置压力阈值极限，在压力异常后可进行提醒；手机、平板这些移动的电子设备，依靠5G/4G 和WI-FI网络实现了随时随地的联网监控调节管理，一方面结合PC在不影响联网管理的前提下，使得管理人员不受地点限制，具有很大的灵活性，同时，随着5G技术的发展实现了万物互联，使得移动电子设备能够无缝衔接地控制一些制氢过程中的阀门。
优选的，远端控制包含有将风能光能并入电网、监控风能光能的发电电流、电压、瓦数、风速及日照、制氢模组的水量、电量控制、储氢的检测以及储氢槽车的压力监控及运输；通过远端操作集成了包括风能电能发电、监控及并入电网和制氢模组的实时监控、加氢站的安全防护以及储氢瓶的氢量提醒，真正做到了在线的实时监控与氢能源在制备、管理到使用过程中的有效管理，从而达到氢燃料车随处可加氢的目的，不仅减少了资源的浪费，还降低了碳排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过设置有服务器将上传的各地氢能资料通过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统，利用网络完成在线连接的功能，同时通过制氢工厂的DCS系统或Scada系统远程控制工厂制氢，同时，通过利用光伏风能发电来电解水制氢，通过远端操作，完成制氢、储氢、加氢的一系列监控与实施，使得加氢站能够及时补充氢能，通过手机定位使得氢燃料车车主能够就近找到加氢站，从而避免了无法及时加氢的尴尬，同时，本系统通过将制氢、储氢、加氢形成的一个闭环控制的管理系统解决了氢能产业独立作业带来的高成本、低便利性、优化了整个氢能产业。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：智能氢能源管理、控制、监视系统，包括以下步骤：
STEP1：线上线下连接，通过设置有服务器、电子联网设备、网路、GPS、防火墙完成对各地氢能源资料的获取上传，形成一个完整的氢能源调整框架，实现各地氢能源资料的实时化、透明化；
STEP2：服务器：透过网路储存各地氢能资料，比如温度、压力、质量等，透过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统；
STEP3：电子联网设备：包括PC、手机及平板，利用网页或APP从服务器读取各地氢能子系统资讯及操作控制子系统，通知用户氢气过低讯息、安全通知、控制、监视各地工厂、加氢站、应用等；
STEP4：网路和GPS：系统有5G/4G、以太网路、Wi-Fi无线网络、Zigbee、蓝牙，利用网路系统将氢瓶传给用户及服务器，然后利用GPS定位；
STEP5：防火墙（英语：Firewall）在计算机科学领域中是一个架设在因特网与企业内网之间的资安系统，根据企业预定的策略来监控往来的传输；
STEP6：制氢：制氢工厂控制系统有DCS系统或Scada系统，服务器透过网路跟控制系统连接，为了安全起见，两者之间讯号传递都经过加密，工厂的操作可以透过工厂控制系统或是PC、手机、平板等连上服务器远程控制工厂，制氢工厂利用光伏风能发电来进行电解水制氢；
STEP7：远端操作如下：
1.风能或光伏产生的电是并入电网或是给电解装置制氢；
2.当风能光伏发电不足时，接入电网电制氢；
3.监控风能光伏的发电电流、电压、瓦数、风速、日照等；
4.制氢模组的水量控制，电量控制，氢储槽温度压力控制
5.监控制氢模组的水量及温度，电解槽的温度及液位等，氢储槽温度压力等；
6.监视氢气储槽车的氢槽温度、压力，当需要运氢时，指派氢气槽空的车运送；
7.控制加氢站的阀门，当有危险时，关闭氢出口总阀门及各加氢枪的阀；
8.监视加氢站储槽的温度及压力等，当压力过低时，表示氢量不足，通知伺服器，伺服器通知氢气储槽车司机到达工厂取氢后，运到加氢站，将氢气加入储槽；
9.储氢瓶的氢量低时，透过伺服器，通知车主为氢瓶；
STEP8：定位如下：
1.将加氢站位置上传到伺服器，让车主透过手机等找到加氢站，伺服器通知车主附近加氢站位置；
2.将制氢厂位置上传到伺服器，让氢气储槽车车主透过手机等找到制氢厂，伺服器通知车主附近制氢厂位置；
3.氢瓶位置都上网，可以很好追踪氢瓶位置。
STEP9：绿能如下：可以由伺服器资料统计出年月日时的国省市县的氢能使用量，这些资料可以做碳交易。
STEP10：伺服器权限如下：
1.全管理者：可以完整控制整个伺服器。
2.全使用者：可以监视整个系统，但无控制操作、通知的权限。
3.制氢管理者：可以对所属的制氢厂控制操作、监视、通知的权限；
4.制氢使用者：可以监视所属的制氢厂，但无控制操作、通知的权限；
5.氢气储槽车管理者：可以对所属的氢气储槽车控制操作、监视、通知的权限；
6.氢气储槽车使用者：可以监视所属的氢气储槽车，但无控制操作、通知的权限；
7.加氢站管理者：可以对所属的加氢站控制操作、监视、通知的权限；
8.加氢站使用者：可以监视所属的加氢站，但无控制操作、通知的权限；
9.氢瓶管理者：可以对所属的氢瓶控制操作、监视、通知的权限；
10.氢瓶使用者：可以监视所属的氢瓶，但无控制操作、通知的权限；
通过设置有服务器将上传的各地氢能资料通过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统，利用网络完成在线连接的功能，同时通过制氢工厂的DCS系统或Scada系统远程控制工厂制氢，同时，通过利用光伏风能发电来电解水制氢，通过远端操作，完成制氢、储氢、加氢的一系列监控与实施，使得加氢站能够及时补充氢能，通过手机定位使得氢燃料车车主能够就近找到加氢站，从而避免了无法及时加氢的尴尬，同时，本系统通过将制氢、储氢、加氢形成的一个闭环控制的管理系统解决了氢能产业独立作业带来的高成本、低便利性、优化了整个氢能产业。
其中，STEP3中电子联网设备不仅仅包含平板、手机和PC，也可由本地服务器进行联网完成联络与通讯功能，然后统一通过网络接入伺服器，随后完成对制氢工厂、氢气储槽车、加氢站以及储氢罐及应用系统。
其中，DCS系统为集散控制系统的简称，可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”，分散控制系统主要以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调；DCS系统采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自洽的结构形式，在电力、冶金等各行各业都获得了及其广泛的应用。
其中，Scada系统为数据采集与监视控制系统，Scada系统为以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；Scada系统应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域，在电力系统中，Scada系统应用最为广泛，同时技术发展也最为成熟。
其中，制氢工厂的发电系统额外配备有备用储能设备，在风能电能均无法正常供给且电网出现故障时为制氢提供备用电源，在电能的供给恢复正常后，备用储能设备继续储能维持备用状态；备用能源能够保证制氢过程不中断，从而减小对制氢的影响，维持正常的氢能源制备，持续制氢保证加氢段的持续输出不受影响，储能设备以蓄电池为主，外设防护机箱，能够为内置的蓄电池组提供全方位防护。
其中，STEP8中的定位系统为北斗卫星导向系统，具有全球范围内的全天候、全天时的区域导航、定位和授时能力，且定位精度为分米、厘米级别；北斗导航由空间段、地面段和用户段三部分组成，其强大的抗干扰能力使得定位过程中加安全与可靠。
其中，手机、平板及PC在接入监控系统后可实时观察加氢站中储氢槽内的压力，并设置压力阈值极限，在压力异常后可进行提醒；手机、平板这些移动的电子设备，依靠5G/4G和WI-FI网络实现了随时随地的联网监控调节管理，一方面结合PC在不影响联网管理的前提下，使得管理人员不受地点限制，具有很大的灵活性，同时，随着5G技术的发展实现了万物互联，使得移动电子设备能够无缝衔接地控制一些制氢过程中的阀门。
其中，远端控制包含有将风能光能并入电网、监控风能光能的发电电流、电压、瓦数、风速及日照、制氢模组的水量、电量控制、储氢的检测以及储氢槽车的压力监控及运输；通过远端操作集成了包括风能电能发电、监控及并入电网和制氢模组的实时监控、加氢站的安全防护以及储氢瓶的氢量提醒，真正做到了在线的实时监控与氢能源在制备、管理到使用过程中的有效管理，从而达到氢燃料车随处可加氢的目的，不仅减少了资源的浪费，还降低了碳排放。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：包括以下步骤：
STEP1：线上线下连接，通过设置有服务器、电子联网设备、网路、GPS、防火墙完成对各地氢能源资料的获取上传，形成一个完整的氢能源调整框架，实现各地氢能源资料的实时化、透明化；
STEP2：服务器：透过网路储存各地氢能资料，比如温度、压力、质量等，透过PC、手机或平板控制氢能源产业上线的各个子系统、读取氢能源产业上线的各个子系统监控资料、将讯息通知各个子系统；
STEP3：电子联网设备：包括PC、手机及平板，利用网页或APP从服务器读取各地氢能子系统资讯及操作控制子系统，通知用户氢气过低讯息、安全通知、控制、监视各地工厂、加氢站、应用等；
STEP4：网路和GPS：系统有5G/4G、以太网路、Wi-Fi无线网络、Zigbee、蓝牙，利用网路系统将氢瓶传给用户及服务器，然后利用GPS定位；
STEP5：防火墙在计算机科学领域中是一个架设在因特网与企业内网之间的资安系统，根据企业预定的策略来监控往来的传输；
STEP6：制氢：制氢工厂控制系统有DCS系统或Scada系统，服务器透过网路跟控制系统连接，为了安全起见，两者之间讯号传递都经过加密，工厂的操作可以透过工厂控制系统或是PC、手机、平板等连上服务器远程控制工厂，制氢工厂利用光伏风能发电来进行电解水制氢；
STEP7：远端操作如下：
1）风能或光伏产生的电是并入电网或是给电解装置制氢；
2）当风能光伏发电不足时，接入电网电制氢；
3）监控风能光伏的发电电流、电压、瓦数、风速、日照等；
4）制氢模组的水量控制，电量控制，氢储槽温度压力控制；
5）监控制氢模组的水量及温度，电解槽的温度及液位等，氢储槽温度压力等；
6）监视氢气储槽车的氢槽温度、压力，当需要运氢时，指派氢气槽空的车运送；
7）控制加氢站的阀门，当有危险时，关闭氢出口总阀门及各加氢枪的阀；
8）监视加氢站储槽的温度及压力等，当压力过低时，表示氢量不足，通知伺服器，伺服器通知氢气储槽车司机到达工厂取氢后，运到加氢站，将氢气加入储槽；
9）储氢瓶的氢量低时，透过伺服器，通知车主为氢瓶；
STEP8：定位如下：
1）将加氢站位置上传到伺服器，让车主透过手机等找到加氢站，伺服器通知车主附近加氢站位置；
2）将制氢厂位置上传到伺服器，让氢气储槽车车主透过手机等找到制氢厂，伺服器通知车主附近制氢厂位置；
3）氢瓶位置都上网，可以很好追踪氢瓶位置；
STEP9：绿能如下：可以由伺服器资料统计出年月日时的国省市县的氢能使用量，这些资料可以做碳交易；
STEP10：伺服器权限如下：
1）全管理者：可以完整控制整个伺服器；
2）全使用者：可以监视整个系统，但无控制操作、通知的权限；
3）制氢管理者：可以对所属的制氢厂控制操作、监视、通知的权限；
4）制氢使用者：可以监视所属的制氢厂，但无控制操作、通知的权限；
5）氢气储槽车管理者：可以对所属的氢气储槽车控制操作、监视、通知的权限；
6）氢气储槽车使用者：可以监视所属的氢气储槽车，但无控制操作、通知的权限；
7）加氢站管理者：可以对所属的加氢站控制操作、监视、通知的权限；
8）加氢站使用者：可以监视所属的加氢站，但无控制操作、通知的权限；
9）氢瓶管理者：可以对所属的氢瓶控制操作、监视、通知的权限；
10）氢瓶使用者：可以监视所属的氢瓶，但无控制操作、通知的权限。
2.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：STEP3中电子联网设备不仅仅包含平板、手机和PC，也可由本地服务器进行联网完成联络与通讯功能，然后统一通过网络接入伺服器，随后完成对制氢工厂、氢气储槽车、加氢站以及储氢罐及应用系统。
3.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：DCS系统为集散控制系统的简称，可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”，分散控制系统主要以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调。
4.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：Scada系统为数据采集与监视控制系统，Scada系统为以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统。
5.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：制氢工厂的发电系统额外配备有备用储能设备，在风能电能均无法正常供给且电网出现故障时为制氢提供备用电源，在电能的供给恢复正常后，备用储能设备继续储能维持备用状态。
6.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：STEP8中的定位系统为北斗卫星导向系统，具有全球范围内的全天候、全天时的区域导航、定位和授时能力，且定位精度为分米、厘米级别。
7.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：手机、平板及PC在接入监控系统后可实时观察加氢站中储氢槽内的压力，并设置压力阈值极限，在压力异常后可进行提醒。
8.根据权利要求1所述的智能氢能源管理、控制、监视系统，其特征在于：远端控制包含有将风能光能并入电网、监控风能光能的发电电流、电压、瓦数、风速及日照、制氢模组的水量、电量控制、储氢的检测以及储氢槽车的压力监控及运输。
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