CN115224322A - 一种综合补给站及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能源补给技术领域，特别涉及一种综合补给站及其控制方法，该综合补给站包括依次连接的原料储存单元、制氢单元、燃料电池发电单元，所述制氢单元包括制氢装置、加氢装置，所述燃料电池发电单元包括发电装置、充电装置。本申请的综合补给站通过制氢装置将原料储存单元提供的反应原料制备氢气，并且利用加氢装置对车辆加氢，在补给站缺乏氢气的情况下可实现自主生产补给能源；同时通过发电装置燃烧氢气发电，利用充电装置对车辆充电，使得本补给站的能源补给方式多元化，补给更便捷。

Description

一种综合补给站及其控制方法
技术领域
本发明涉及能源补给技术领域，特别涉及一种综合补给站及其控制方法。
背景技术
汽车的普及给人们带来了极大便利，目前，汽车已成为了社会生活中不可或缺的部分，满足了人们出行、运输和社交的需求。随着化石能源的日渐枯竭及环境污染问题的日益突出，传统燃料汽车的发展受到极大限制，汽车产业受到严重威胁。因此，发展清洁能源汽车成为现下及未来的必然趋势。近年来，新能源车辆的保有量逐步增加，新能源车辆的能源补给站(例如充电站、加气站、加氢站)的建设也被纳入到城市建设规划中，以满足新能源汽车的能源补给需求。
燃料电池动力车辆都是以高压氢气为燃料，通过加氢站加氢的方式补充燃料，但目前加氢站建设成本高，已建成的加氢站比较少，而且加氢站也面临氢气补充困难，氢气补给不方便的问题。
发明内容
本发明的主要目的一是提出一种综合补给站，旨在解决现有的加氢站不便于能源补给的技术问题。
本发明的主要目的二是提出一种综合补给站的控制方法。
为实现上述目的一，本发明提出一种综合补给站，包括依次连接的原料储存单元、制氢单元、燃料电池发电单元，所述制氢单元包括制氢装置、加氢装置，所述燃料电池发电单元包括发电装置、充电装置；
所述原料储存单元用于向所述制氢装置提供反应原料；所述制氢装置用于通过反应原料制备氢气，所述加氢装置用于对车辆加氢；所述发电装置用于燃烧氢气而发电，所述充电装置用于将电能输入车辆而进行充电。
进一步地，所述原料储存单元包括依次连接的储料装置、预处理装置、进料装置，所述预处理装置包括粉碎机构以及研磨机构，所述粉碎机构、所述研磨机构分别用于将所述储料装置内的反应原料进行粉碎以及研磨，所述进料装置用于将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
进一步地，还包括储水单元，所述储水单元与所述制氢单元连接，所述储水单元包括相互连接的储水装置、供水装置，所述储水装置用于储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水，所述供水装置用于将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
进一步地，所述制氢装置包括超临界水气化反应器，所述超临界水气化反应器的进料端与所述进料装置连接，所述超临界水气化反应器的出料端与所述加氢装置连接。
进一步地，还包括污水处理单元，所述污水处理单元与所述制氢装置连接，所述污水处理单元包括相互连接的过滤装置、污水输送装置，所述过滤装置用于过滤污水杂质，所述污水输送装置用于将过滤后的污水输送至所述制氢装置。
进一步地，所述制氢单元还包括储气装置，所述储气装置与所述制氢装置连接，所述储气装置用于储存所述制氢装置制备的氢气。
进一步地，所述燃料电池发电单元还包括储能装置，所述储能装置的输入端与所述发电装置连接，所述储能装置的输出端用于与所述综合补给站内的局域电网连接，所述储能装置用于为所述综合补给站内的局域电网供电。
为实现上述目的二，本发明还提供一种综合补给站的控制方法，该控制方法包括上述的综合补给站，所述综合补给站的控制方法包括如下步骤：
向所述制氢装置提供反应原料；
通过反应原料制备氢气，且通过所述加氢装置对车辆加氢；
通过所述发电装置燃烧氢气而发电，且通过所述充电装置将电能输入车辆而进行充电。
进一步地，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
通过粉碎机构粉碎反应原料；
加入水，混合反应原料与水后，通过研磨机构研磨反应原料；
将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
进一步地，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水；
将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
本技术方案的综合补给站及其控制方法，该综合补给站包括依次连接的原料储存单元、制氢单元、燃料电池发电单元，所述制氢单元包括制氢装置、加氢装置，所述燃料电池发电单元包括发电装置、充电装置；所述原料储存单元用于向所述制氢装置提供反应原料；所述制氢装置用于通过反应原料制备氢气，所述加氢装置用于对车辆加氢；所述发电装置用于燃烧氢气而发电，所述充电装置用于将电能输入车辆而进行充电。本申请的综合补给站通过制氢装置将原料储存单元提供的反应原料制备氢气，并且利用加氢装置对车辆加氢，在补给站缺乏氢气的情况下可实现自主生产补给能源；同时通过发电装置燃烧氢气发电，利用充电装置对车辆充电，使得本补给站的能源补给方式多元化，补给更便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请综合补给站一实施例的模块结构示意图；
图2为本申请综合补给站的控制方法一实施例的流程示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前加氢站建设成本高，已建成的加氢站比较少，而且加氢站也面临氢气补充困难，氢气补给不方便的问题。
本发明的主要目的是提出一种综合补给站，旨在解决现有的加氢站不便于能源补给的技术问题。
请参考图1，本发明的综合补给站一实施例中，该补给站包括依次连接的原料储存单元、制氢单元、燃料电池发电单元，所述制氢单元包括制氢装置、加氢装置，所述燃料电池发电单元包括发电装置、充电装置；
所述原料储存单元用于向所述制氢装置提供反应原料；所述制氢装置用于通过反应原料制备氢气，所述加氢装置用于对车辆加氢；所述发电装置用于燃烧氢气而发电，所述充电装置用于将电能输入车辆而进行充电。
在本实施例中，反应原料采用秸秆，而加氢装置采用加氢机，充电装置采用充电桩。在工作时，原料储存单元向制氢装置提供秸秆，原料储存单元的制氢装置利用秸秆制备氢气之后，将氢气加压且输送至加氢机，加氢机可对车辆进行加氢；同时，制氢装置制备的氢气一部分输送至发电装置，发电装置通过燃烧氢气，将热能转换为动能，再将动能形成电能，经过升压后通过充电桩可对车辆进行充电。
本申请的综合补给站通过制氢装置将原料储存单元提供的反应原料制备氢气，并且利用加氢装置对车辆加氢，在补给站缺乏氢气的情况下可实现自主生产补给能源；同时通过发电装置燃烧氢气发电，利用充电装置对车辆充电，使得本补给站的能源补给方式多元化，补给更便捷。
此外，由于目前加氢站内制氢方式有两种，一种是天然气制氢，另一种是甲醇制氢，这两种原料成本较高，相对于天然气制氢和甲醇制氢，本申请的综合补给站利用秸秆制氢，制氢原料成本更低。
另外，由于目前油电综合补给站已经建设很多，但该类补给站仍依赖电网提供用电，对于远离城镇的补给站点而言，站内供电仍然很困难。而本申请的综合补给站，通过秸秆制氢，再利用氢气发电，通过储能储电的方式使补给站即发即用，自产自用，可保证站内用电设施供电正常。
进一步地，所述原料储存单元包括依次连接的储料装置、预处理装置、进料装置，所述预处理装置包括粉碎机构以及研磨机构，所述粉碎机构、所述研磨机构分别用于将所述储料装置内的反应原料进行粉碎以及研磨，所述进料装置用于将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
在本实施例中，储料装置用于存储干燥的秸秆，预处理装置对秸秆预处理后，秸秆才会输送至制氢装置继而制备氢气。其中，预处理的步骤流程包括：
1：通过粉碎机构粉碎秸秆；
2：在秸秆中加入水，混合秸秆与水溶液后，通过研磨机构研磨秸秆。
该预处理可使秸秆形成更细小的物料，增大接触反应面积，从而提高反应速度，使制氢效率更高。进料装置采用管道以及水泵等配件形成输送机构，进料装置对预处理装置以及制氢装置进行连接。
进一步地，本补给站还包括储水单元，所述储水单元与所述制氢单元连接，所述储水单元包括相互连接的储水装置、供水装置，所述储水装置用于储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水，所述供水装置用于将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
在本实施例中，储水装置采用水塔。制氢装置在制氢过程中，因氢气提纯而可分离出水，发电装置在发电过程中可产生的水，两种反应产生的水进入水塔储存，而储存水塔内的水可为制氢装置制氢过程前的预处理提供水源，以及可为超临界气化制氢反应器提供水源。如此设置，可减少制氢用水量，有利于环境保护。此外，由于氢气提纯而分离出的水，以及发电装置发电过程中产生的水属于纯净水，该纯净水还可用于综合补给站内生活用水管路提供用水，例如为站内提供消防水、冷却水、对外补给水。通过为补给站提供水源，可降低补给站对地下水和市政水源的依赖。
进一步地，本补给站还包括污水处理单元，所述污水处理单元与所述制氢装置连接，所述污水处理单元包括相互连接的过滤装置、污水输送装置，所述过滤装置用于过滤污水杂质，所述污水输送装置用于将过滤后的污水输送至所述制氢装置。
在本实施例中，补给站内的污水经过过滤后作为制氢原料加入到秸秆浆料中参与反应，从而以此实现变废为宝，不仅增加了氢气的产量，同时也降低了污水处理的负担，减少污水处理的成本。
进一步地，所述制氢单元还包括储气装置，所述储气装置与所述制氢装置连接，所述储气装置用于储存所述制氢装置制备的氢气。
在本实施例中，储气装置采用高压储罐。高压储罐进气端与超临界水气化反应器连接，氢气经过加压设备加压后，以高压气体的状态储存在高压储罐中。而加氢机与高压储罐连接，加氢机可对车辆加氢。
进一步地，所述制氢装置包括超临界水气化反应器，所述超临界水气化反应器的进料端与所述进料装置连接，所述超临界水气化反应器的出料端与所述加氢装置连接。
在本实施例中，制氢装置采用超临界水气化反应器。超临界水气化反应器是一种利用超临界水气化反应原理而制备氢气的一种装置。超临界水气化(Supercritical WaterGasification,SCWG)是20世纪70年代中期由美国麻省理工学院(MIT)的Modell提出的新型制氢技术。超临界水(SCW)是指温度和压力均高于其临界点(温度374315℃，压力22312MPa)的具有特殊性质的水。SCWG是利用超临界水强大的溶解能力，将生物质中的各种有机物溶解，生成高密度、低黏度的液体，然后在高温、高压反应条件下快速气化，生成富含氢气的混合气体。本实施例的秸秆经过预处理后，通过进料装置进入超临界水气化反应器产生氢气。从反应器流出的气体经过除盐、余热回收、氢气提纯，经过氢气加压设备加压形成高压状态的氢气，随后储存在高压储罐中。
进一步地，所述燃料电池发电单元还包括储能装置，所述储能装置的输入端与所述发电装置连接，所述储能装置的输出端用于与综合补给站内的局域电网连接，为站内局域电网供电。
在本实施例中，储能装置采用储能电池。从超临界水气化反应器流出的气体经过除盐、余热回收、氢气提纯后，一部分氢气流向燃料电池发电单元的发电装置，发电装置利用氢气产生的电能，电能进入充电桩为车辆充电，或者储存在该储能电池内，储能电池也可为补给站其他设备提供电力。
综上所述，本综合补给站实现了为新能源车辆提供多种能源补给方式，有利于补给站的节能减排，提升了能源补给站的经济性和环保性。
本发明还提供一种综合补给站的控制方法，图2是本实施例提供的控制方法的流程示意图。请参考图1，综合补给站的控制方法基于上述实施例的综合补给站，包括如下步骤：
S100：向所述制氢装置提供反应原料；
S200：通过反应原料制备氢气，且通过所述加氢装置对车辆加氢；
S300：通过所述发电装置燃烧氢气而发电，且通过所述充电装置将电能输入车辆而进行充电。
本申请的综合补给站的控制方法通过制氢装置将原料储存单元提供的反应原料制备氢气，并且利用加氢装置对车辆加氢，在补给站缺乏氢气的情况下可实现自主生产补给能源；同时通过发电装置燃烧氢气发电，利用充电装置对车辆充电，使得本补给站的能源补给方式多元化，补给更便捷。
进一步地，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
S201：通过粉碎机构粉碎反应原料；
S202：加入水，混合反应原料与水后，通过研磨机构研磨反应原料；
S203：将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
在本实施例中，为了提高制备氢气的反应效率，在秸秆参与制备氢气前先进行预处理，通过形成更细小的物料，增大接触反应面积，从而提高反应速度，使制氢效率更高。
进一步地，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
S400：储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水；
S500：将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
在本实施例中，制氢装置在制氢过程中分离出的水，以及发电装置在发电过程中产生的水经过储存后，可重新为制氢装置制氢过程前的预处理提供水源，以及可为超临界气化制氢反应器提供水源。如此设置，可减少制氢用水量，有利于环境保护。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种综合补给站，其特征在于，包括依次连接的原料储存单元、制氢单元、燃料电池发电单元，所述制氢单元包括制氢装置、加氢装置，所述燃料电池发电单元包括发电装置、充电装置；
所述原料储存单元用于向所述制氢装置提供反应原料；所述制氢装置用于通过反应原料制备氢气，所述加氢装置用于对车辆加氢；所述发电装置用于燃烧氢气而发电，所述充电装置用于将电能输入车辆而进行充电。
2.根据权利要求1所述的综合补给站，其特征在于，所述原料储存单元包括依次连接的储料装置、预处理装置、进料装置，所述预处理装置包括粉碎机构以及研磨机构，所述粉碎机构、所述研磨机构分别用于将所述储料装置内的反应原料进行粉碎以及研磨，所述进料装置用于将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
3.根据权利要求2所述的综合补给站，其特征在于，还包括储水单元，所述储水单元与所述制氢单元连接，所述储水单元包括相互连接的储水装置、供水装置，所述储水装置用于储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水，所述供水装置用于将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
4.根据权利要求2所述的综合补给站，其特征在于，所述制氢装置包括超临界水气化反应器，所述超临界水气化反应器的进料端与所述进料装置连接，所述超临界水气化反应器的出料端与所述加氢装置连接。
5.根据权利要求1所述的综合补给站，其特征在于，还包括污水处理单元，所述污水处理单元与所述制氢装置连接，所述污水处理单元包括相互连接的过滤装置、污水输送装置，所述过滤装置用于过滤污水杂质，所述污水输送装置用于将过滤后的污水输送至所述制氢装置。
6.根据权利要求1所述的综合补给站，其特征在于，所述制氢单元还包括储气装置，所述储气装置与所述制氢装置连接，所述储气装置用于储存所述制氢装置制备的氢气。
7.根据权利要求1所述的综合补给站，其特征在于，所述燃料电池发电单元还包括储能装置，所述储能装置的输入端与所述发电装置连接，所述储能装置的输出端用于与所述综合补给站内的局域电网连接，所述储能装置用于为所述综合补给站内的局域电网供电。
8.一种综合补给站的控制方法，包括如权利要求1-7任一项所述的综合补给站，其特征在于，所述综合补给站的控制方法包括如下步骤：
向所述制氢装置提供反应原料；
通过反应原料制备氢气，且通过所述加氢装置对车辆加氢；
通过所述发电装置燃烧氢气而发电，且通过所述充电装置将电能输入车辆而进行充电。
9.根据权利要求8所述的综合补给站的控制方法，其特征在于，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
通过粉碎机构粉碎反应原料；
加入水，混合反应原料与水后，通过研磨机构研磨反应原料；
将研磨后的反应原料输送至所述制氢装置。
10.根据权利要求9所述的综合补给站的控制方法，其特征在于，所述综合补给站的控制方法还包括如下步骤：
储存所述制氢装置在制氢过程中以及所述发电装置在发电过程中产生的水；
将储存的水供向所述预处理装置而为研磨反应原料提供用水，以及供向所述制氢装置而为制备氢气提供用水，以及为所述综合补给站内的生活用水管路提供用水。
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