一種制氫加氫網絡的製作方法
2024-02-12 01:18:15
本發明涉及移動制氫設備，尤其是涉及一種制氫加氫網絡。
背景技術：
氫氣作為可再生能源，不僅能效高，而且幾乎不產生廢棄物，發展氫氣有望成為提高能效，降低石油消費、改善生態環境、保障能源安全的重要途徑，那麼可持續、高效率的規模製氫技術的開發，已成為氫能時代的迫切需求。
氫儲能，是近兩年受德國等歐洲國家氫能綜合利用後提出的新概念。「十二五」以前沒有立項，支持項目也是以制氫、發電、儲氫等過程單獨資助的，但「十三五」期間該概念已經列入國家電網公司規劃。利用氫氣為燃料電池充電，可以將電能通過高效電解制氫的方式轉換成氫氣存儲起來，之後直接通過燃料電池轉換為電能。氫儲能技術也被認為是智能電網和可再生能源發電規模化發展的重要支撐，並日趨成為多個國家能源科技創新和產業支持的焦點。
因此，氫儲能在促進可再生能源利用和電力轉換等方面存在不可忽略的優勢，氫能利用最大的難題是氫氣的壓縮和儲存，這也佔了氫能使用成本的90％。
在氫能的應用與研發中，存在以下問題：
一般的燃料電池加氫站，主要設有制氫設備，氫氣壓縮設備，儲氫罐和氫氣分配裝置，其中制氫和氫氣壓縮裝置設備成本較高，造成配置一個完整制氫加氫站的成本很高，很大程度上影響了氫能利用的推廣利用。
另外針對不同的加氫站，其服務範圍內的氫氣的需求量不同，會造成部分加氫站氫氣需求較少，部分加氫站氫氣需求較多，因此不同加氫站內會存在制氫設備和壓縮設備閒置或制氫設備和壓縮設備無法滿足需求的問題，既浪費了設備資源，又不能靈活協調。
因此如何降低加氫站的建設成本和在氫能利用初始階段根據需求設置加氫站是目前建設加氫站時亟需解決的問題。
中國專利CN106033818A為解決汽車加氫站需求不夠的問題，公開了一種箱式制氫加氫站，廂式制氫加氫站，包括電源廂、制氫廂、壓縮廂、儲氫廂與售氣機，該電源廂、制氫廂、壓縮廂和儲氫廂各由一個海運貨櫃改裝而成，其中：該電源廂將當地的高壓電源轉換為適合本發明使用的低壓直流電、動力電壓以及照明電壓，該制氫廂中設有依次相接的自來水接口、水處理設備、電解槽與氫氣純化裝置，該壓縮廂中具有與上述氫氣純化裝置相連接的低壓緩衝罐、以及與該低壓緩衝罐相連接的壓縮機，該儲氫廂中具有至少一個高壓儲氫罐，該高壓儲氫罐通過單向閥與上述壓縮機相連，該售氣機通過減壓閥與該高壓儲氫罐相連接。該箱式制氫加氫站雖然能移動，解決氫氣需求，但是由於其包含部件太多，僅適合加氫站的整體遷移，仍然將各必要部件作為一個整體，不適用於靈活調用。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種制氫加氫網絡。克服運輸氫氣的困難，制氫到用氫距離短；克服原有儲氫難題；由於設備簡化。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種制氫加氫網絡，該網絡包括至少兩個固定加氫站和一個移動制氫裝置，所述的固定加氫站內設有儲氫裝置，所述的移動制氫裝置為各網點的儲氫裝置充氫。
所述的移動制氫裝置為車載式制氫壓縮/轉換機，所述的車載式制氫壓縮/轉換機根據各固定加氫站需求，在各固定加氫站間移動，所述的固定加氫站為車載式制氫壓縮/轉換機提供電源、水源，所述的車載式制氫壓縮/轉換機為固定加氫站提供氫氣和氧氣。
所述的電源轉化來源包括太陽能、風能、潮汐能、核能，以及現有電網。
該車載式制氫壓縮/轉換機包括制氫裝置、氫氣壓縮/轉換裝置和氧氣壓縮/轉換裝置，所述的制氫裝置設有電源接口、水源入口、氫氣出口和氧氣出口，制氫裝置的氫氣出口和氧氣出口分別連接氫氣壓縮/轉換裝置和氧氣壓縮/轉換裝置。
所述的固定加氫站內還設有儲氧裝置、氫氣分配裝置和氧氣分配裝置；
所述的電源通過電源接口與制氫裝置連接，所述的水源通過水源接口為制氫裝置輸水，所述的氫氣壓縮/轉換裝置、氧氣壓縮/轉換裝置分別與氫氣儲氣裝置、氧氣儲氣裝置連接，所述的氫氣儲氣裝置、氧氣儲氣裝置分別與氫氣分配裝置、氧氣分配裝置連接。
所述的制氫裝置中採用的電解方式為質子交換膜水電解或固體氧化物水電解或鹼性水電解。
氫氣存儲狀態為氣態或液態。
儲氫方式可以為利用車載式制氫壓縮機將氫氣壓縮儲存至高壓罐，或利用車載式制氫轉換機將氫氣轉換為氣態或固態注入液態或固態儲氫材料中儲存，或將氫氣直接液化儲存。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
1)節省成本，將原加氫站內成本較高的制氫設備和壓縮設備製成移動式，從而不必在每個加氫站均設置制氫設備和壓縮設備，對於制氫加氫網絡而言，設備總數量減少，大大降低了設備成本，設備維護成本，人工成本等；
2)制氫的電能來源可以是新能源，例如太陽能、風能和核能等清潔能源，將新能源轉化為氫能儲存起來，有效轉化和儲存新能源，還可以利用現有電網電價低谷時(晚間)進行制氫儲氫，節省成本；
3)滿足不同固定加氫站的需求，可以根據需求靈活調配車載式制氫壓縮/轉換機，對於氫氣需求較多的加氫站，可以延長車載式制氫壓縮/轉換機在該站的停留時間，對於氫氣需求較少的加氫站，則相應減少車載式制氫壓縮/轉換機在該站的停留時間，製得少量氫氣即可，因此資源得到充分利用，制氫設備和壓縮設備閒置的情況很少出現；
4)現有技術中有的加氫站採用運氣罐運輸的方式對加氫站儲氫罐進行加氫，會造成運輸過程中存在安全隱患，而本發明中車載式制氫壓縮/轉換機沒有儲氫裝置，運用本發明後，可以不必採用氫氣運輸的方式補充氫氣，可以直接利用車載式制氫壓縮/轉換機，現場制氫，減少運輸的不便；
5)本發明中的加氫站設置方式能很好地適應現階段即氫能利用初始階段的氫氣需求。
附圖說明
圖1為現有加氫站示意圖；
圖2為本發明一種制氫加氫網絡示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬於本發明保護的範圍。
實施例
圖1為現有加氫站設置圖，顯示加氫站內的設置為：電源連接制氫裝置，制氫裝置之後又分為兩路，分別連接氫氣壓縮設備和氧氣壓縮裝置，氫氣壓縮裝置後連接儲氫罐和氫氣分配裝置，氧氣壓縮裝置後連接儲氧罐和氧氣分配裝置。這種設置方式會造成氫氣需求較少的加氫站設備閒置，氫氣需求較多的加氫站無法滿足客戶需求，造成資源無法合理分配。
與現有加氫站不同，本發明一種制氫加氫網絡採用車載式制氫壓縮/轉換機，將制氫裝置和氣體壓縮裝置製成移動式，固定加氫站內只包含電源、水源、氣體儲存裝置和氣體分配裝置等，也即將成本相對較昂貴的設備製成移動式，這樣所需制氫裝置和氣體壓縮裝置的數量大大減少，減少了設備成本。
本發明示意圖如圖2，車載式制氫壓縮/轉換機靈活運行於各固定加氫站之間，根據不同的加氫站的需求，為加氫站內的儲氣罐進行制氫壓縮充氫，構成制氫加氫網絡，所述的制氫加氫網絡內包含至少兩個固定加氫站，該網絡既滿足各個加氫站的需求，也使得設備資源得到充分利用。
具體設置為：
如圖2所示，該車載式制氫壓縮/轉換機包括制氫裝置、氫氣壓縮/轉換裝置和氧氣壓縮/轉換裝置，所述的制氫裝置設有電源接口、水源入口、氫氣出口和氧氣出口，制氫裝置的氫氣出口和氧氣出口分別連接氫氣壓縮/轉換裝置和氧氣壓縮/轉換裝置。
該網絡包括至少兩個固定加氫站，所述固定加氫站包括電源、水源(圖中未畫出)、儲氫罐、儲氧罐、氫氣分配裝置和氧氣分配裝置。
所述的電源、水源分別通過電源接口、水源接口與制氫裝置，所述的氫氣壓縮/轉換裝置、氧氣壓縮/轉換裝置分別與氫氣儲氣罐、氧氣儲氣罐連接，所述的氫氣儲氣罐、氧氣儲氣罐分別與氫氣分配裝置、氧氣分配裝置連接。
制氫時：
所述的固定加氫站為車載式制氫壓縮/轉換機提供電源、水源，所述的車載式制氫壓縮/轉換機為固定加氫站提供氫氣和氧氣。
車載式制氫壓縮/轉換機移動至固定加氫站，制氫裝置接上電源和水源後，電解製得的氫氣經氫氣壓縮/轉換裝置處理後輸送至儲氫罐儲存，制氫裝置製得的氧氣經氧氣壓縮/轉換裝置處理後輸送至儲氧罐儲存；
用戶取用時，氫氣從儲氫罐輸送至分配裝置輸出，氧氣從儲氧罐輸送至氧氣分配裝置輸出。
實際運行時，如加氫站1服務範圍內所需氫氣量較大，則將車載式制氫壓縮/轉換機在加氫站1的停留時間延長，使得其儲氣罐儲氣量滿足一段時間內的氫氣需求；如加氫站2服務範圍內所需的氫氣量較少，則將車載式制氫壓縮/轉換機在加氫站2的停留時間縮短，依次類推。若干個固定加氫站配置一個車載式制氫壓縮/轉換機，車載式制氫壓縮/轉換機在固定加氫站間靈活移動，針對各加氫站的需求，實時進行制氫壓縮充氫，形成一個制氫加氫網絡。
同時電源的用電來源可以是新能源，即將不能用於併網運行的太陽能、風能和核能等清潔新能源轉化成的電能，轉化成氫能儲存起來。避免了能源的浪費。還可以利用現有電網晚間電價低谷期時進行制氫儲氫，從而降低成本。
儲氫方式可以為利用車載式制氫壓縮機將氫氣壓縮儲存至高壓罐，或利用車載式制氫轉換機將氫氣轉換為氣態或固態注入液態或固態儲氫材料中儲存，或將氫氣直接液化儲存。
儲氫罐的儲氫材料可採用儲氫合金等材料。儲氫合金在一定條件下能吸收氫氣，一定條件能放出氫氣。
制氫裝置中制氫方式可採用鹼性電解水、固體氧化物電解水以及質子交換膜電極(PEM)電解水等方式。質子交換膜電解技術採用非常薄的質子交換膜作為電解質，裝置簡單小巧，所製備的氫氣純度高，安全性高。
站內設有多處電源和多個氫氣分配裝置、多個氧氣分配裝置，滿足用戶需求。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求的保護範圍為準。