加氢站的制作方法

本实用新型属于氢能技术领域，具体而言，涉及一种加氢站。

背景技术：

太阳能、风能、潮汐能等可再生能源环境友好，取之不尽用之不竭，必将成为未来能源的主体，但其发电系统的功率输出具有间歇性、随机性等特点，不能同步响应用电负荷，无法满足人们的用电需求。通过水电解制氢技术将可再生能源转化为氢能，一方面可结合燃料电池发电技术实现可再生能源的调峰储能，另一方面还可通过直接销售、氢燃料电池交通、氢气掺混天然气等方式实现氢能的多途径消纳。

加氢站作为氢燃料电池汽车及其他氢能利用装置获取氢源的重要基础设施，在全球范围内都得到了快速发展。氢气加注时，为了避免高压差引起的储氢瓶的大幅温升，需要使用多次逐级加注技术。相关技术中，均是通过设置三个压力不同的低中高压储氢罐，通过顺次使用低中高压储氢罐实现氢气的逐级加注，同时为了保持低中高压储氢罐中的气压，需要设置结构复杂的压缩系统，比如分别为低中高压储氢罐设计各自的压缩系统，整个系统的结构复杂。

另一方面，利用可再生能源进行水电解制氢时，由于可再生能源发电的不稳定性，可调控性差，造成产氢不稳定，对设备的损害大，且可再生能源发电的高峰期，加氢站难以完全消纳，造成电力的浪费。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种加氢站，所述加氢站加注效率高，结构简单。

根据本实用新型实施例的加氢站，包括：电力供应系统和制氢系统，所述电力供应系统与所述制氢系统相连，用于向所述制氢系统供电，所述制氢系统具有用于储存氢气的第一级氢气储罐；加氢系统，所述加氢系统包括加氢机、第一至第三级加氢支路，所述第一至第三级加氢支路的进气口端均与所述第一级氢气储罐的出气口相连，所述第一至第三级加氢支路的出气口端均与所述加氢机的进气口相连，所述第一至第三级加氢支路均可选择性地与所述加氢机的进气口连通，所述第一级加氢支路设有降压设备，所述第三级加氢支路设有增压设备，且满足：P1＜P2＜P3，其中P1为所述第一级加氢支路的出气口端的气压，P2为所述第二级加氢支路的出气口端的气压，P3为所述第三级加氢支路的出气口端的气压。

根据本实用新型实施例的加氢站，通过设置多个加氢支路，可以实现多级加注，能够降低能耗，提高加注效率，实现更高效、快速、低成本地进行氢气充装，且多个加氢支路的氢气源至同一个氢气储罐，整个系统的结构简单。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述第一级加氢支路包括串联的减压阀和第一支路截止阀，所述第二级加氢支路包括第二支路截止阀，所述第三级加氢支路包括串联的第三支路第一截止阀、第二级压缩机、第二级氢气储罐、第三支路第二截止阀。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述加氢站具有第一加氢工作模式，在所述第一加氢工作模式中，所述加氢站设置为所述运输支路截止阀保持关闭，并通过所述加氢机加注氢气，所述第一支路截止阀开启、所述第二支路截止阀关闭、所述第三支路第二截止阀关闭，至压力平衡时切换至所述第一支路截止阀关闭、所述第二支路截止阀开启、所述第三支路第二截止阀关闭，至压力平衡时切换至所述第一支路截止阀关闭、所述第二支路截止阀关闭、所述第三支路第二截止阀开启至结束加注。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述减压阀的第一端与所述第一级氢气储罐的出气口相连，所述第一支路截止阀连接在所述减压阀的第二端与所述加氢机的进气口之间；所述加氢站还包括：运输支路，所述运输支路与所述第一级加氢支路相连，且连接在所述减压阀的第二端与所述第一支路截止阀之间，所述运输支路设有运输支路截止阀，所述运输支路用于向氢气运输设备充注氢气。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述加氢站具有第二加氢工作模式，在所述第二加氢工作模式中，所述加氢站设置为所述第一支路截止阀、所述第二支路截止阀、所述第三支路第二截止阀均保持关闭，所述运输支路截止阀开启，以通过所述运输支路加注。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述制氢系统包括：水电解制氢设备、氢气纯化设备、第一级压缩机、制氢截止阀和所述第一级氢气储罐，所述电力供应系统用于向所述水电解制氢设备、所述氢气纯化设备、所述第一级压缩机供电，所述水电解制氢设备的出气口与所述氢气纯化设备的进气口相连，所述氢气纯化设备的出气口与所述第一级压缩机的进气口相连，所述第一级压缩机的出气口通过所述制氢截止阀与所述第一级氢气储罐的进气口相连。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述第一级压缩机的工作压力为A，所述第一级氢气储罐的工作压力为B，所述第二级压缩机的工作压力为C，所述第二级氢气储罐的工作压力为D，满足：35MPa≤B≤A≤60MPa，70MPa≤D≤C≤90MPa，25MPa≤P1≤B≤90MPa。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述第一级氢气储罐包括第一出气口、第二出气口、第三出气口，所述第一级加氢支路的进气口端与所述第一出气口相连，所述第二级加氢支路的进气口端与所述第二出气口相连，所述第三级加氢支路的进气口端与所述第三出气口相连。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述电力供应系统包括：发电装置；整流配电设备，所述发电装置与所述整流配电设备的输入端电连接，所述整流配电设备的输出端与所述制氢系统电连接，用于向所述制氢系统供电；储能电站，所述整流配电设备与所述储能电站电连接。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述整流配电设备具有用于向电网供电的输出端口。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述电力供应系统包括第一供电工作模式和第二供电工作模式；在所述第一供电工作模式中，所述发电装置通过所述整流配电设备向所述制氢系统、所述储能电站、所述电网供电；在所述第二供电工作模式中，所述储能电站通过所述整流配电设备向所述制氢系统、所述电网供电。

根据本实用新型一个实施例的加氢站，所述发电装置包括风力发电设备、光伏发电设备、水力发电设备、生物质发电设备中的至少一种。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的加氢站在第一供电工作模式时的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的加氢站在第二供电工作模式时的结构示意图。

附图标记：

发电装置1，整流配电设备2，储能电站3，水电解制氢设备4，氢气纯化设备5，第一级压缩机6，制氢截止阀7，第一级氢气储罐8，减压阀9，运输支路截止阀10，氢气运输设备11，第三支路第一截止阀12，第二级压缩机13，第二级氢气储罐14，第二支路截止阀15，第三支路第二截止阀16，第一支路截止阀17，加氢机18，氢能车辆19，电网20。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型公开的加氢站利用可再生能源和储能电站3耦合发电来制氢，并依据制取的氢气来实现高压加氢(比如70MPa)，一方面能在充分利用可再生能源的同时，克服其动态功率跟随问题，避免产氢不稳定以及对水电解制氢装置造成的损坏；另一方面可实现对可再生能源发电的高效率利用；再一方面，顺应氢能基础建设高加注压力的发展趋势，更高效、快速、低成本地完成氢气充装。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的加氢站。

如图1-图2所示，根据本实用新型一个实施例的加氢站包括：电力供应系统、制氢系统和加氢系统。

首先描述本实用新型实施例的电力供应系统。

电力供应系统用于提供电力，电力供应系统可以通过可再生能源发电，电力供应系统包括：发电装置1、整流配电设备2和储能电站3。

发电装置1可以通过可再生能源发电，在一些实施例中，发电装置1包括风力发电设备、光伏发电设备、水力发电设备、生物质发电设备中的至少一种。

整流配电设备2用于对发电装置1发出的电能进行整流和配电，整流配电设备2包括整流器和配电器，发电装置1与整流配电设备2的输入端电连接，整流配电设备2的输出端与制氢系统电连接，用于向制氢系统供电，整流配电设备2与储能电站3电连接，整流配电设备2具有用于向电网20供电的输出端口。

储能电站3可以包括多种形式的电池，比如铅酸电池、铅碳电池、锂电池、动力电容电池等。

电力供应系统可以具有第一供电工作模式和第二供电工作模式。

如图1所示，当发电装置1的发电量足时，电力供应系统切入第一供电工作模式，在第一供电工作模式中，发电装置1通过整流配电设备2向制氢系统、储能电站3、电网20供电，其中，整流配电设备2向储能电站3提供直流电，整流配电设备2向制氢系统的水电解制氢设备4提供直流电，整流配电设备2向电网20提供交流电。

这样，当发电装置1的发电量足够时，可以将这些电能用于制氢、蓄电，多余的电还能并网，电能的利用率高。

如图2所示，当发电装置1的发电量不足时，电力供应系统切入第二供电工作模式，在第二供电工作模式中，储能电站3通过整流配电设备2向制氢系统供电。由于风力、太阳光等可再生能源不足，发电装置1产电偏低，甚至中断供电，由储能电站3提供电能，并经整流配电设备2向制氢系统供电，比如向水电解制氢设备4提供直流电。当然，当储能电站3的储电量充足，且电网20有需求时，储能电站3还可以通过整流配电设备2向电网20供交流电。

本实用新型实施例的加氢站，通过设置上述结构形式的电力供应系统，一方面能够弥补因天气等原因造成的供电不足，克服可再生能源发电的动态功率跟随问题，避免产氢不稳定以及对水电解制氢装置造成的损坏；另一方面还可以削峰填谷，充分利用与节约能源。

下面描述本实用新型实施例的制氢系统。

如图1和图2所示，制氢系统包括：水电解制氢设备4、氢气纯化设备5、第一级压缩机6、制氢截止阀7和第一级氢气储罐8。电力供应系统用于向水电解制氢设备4、氢气纯化设备5、第一级压缩机6供电。水电解制氢设备4的出气口与氢气纯化设备5的进气口相连，氢气纯化设备5的出气口与第一级压缩机6的进气口相连，第一级压缩机6的出气口通过制氢截止阀7与第一级氢气储罐8的进气口相连，第一级氢气储罐8用于储存氢气。

由水电解制氢设备4制得的氢气经氢气纯化设备5纯化后进入第一级压缩机6，第一级压缩机6的出气口通过制氢截止阀7连接第一级氢气储罐8。

第一级压缩机6可以为隔膜压缩机，隔膜压缩机具有无污染性，适于高纯气体的压缩，且隔膜压缩机的压缩比高，能提供的压力范围广，在制备高压气体时，使用一台隔膜压缩机即可。

下面描述本实用新型实施例的制氢系统。

如图1和图2所示，加氢系统包括加氢机18、第一级加氢支路、第二级加氢支路、第三级加氢支路，第一级加氢支路的进气口端、第二级加氢支路的进气口端、第三级加氢支路的进气口端均与第一级氢气储罐8的出气口相连。在一些实施例中，第一级氢气储罐8包括第一出气口、第二出气口、第三出气口，第一级加氢支路的进气口端与第一出气口相连，第二级加氢支路的进气口端与第二出气口相连，第三级加氢支路的进气口端与第三出气口相连。

第一级加氢支路的出气口端、第二级加氢支路的出气口端、第三级加氢支路的出气口端均与加氢机18的进气口相连，第一级加氢支路、第二级加氢支路、第三级加氢支路均可选择性地与加氢机18的进气口连通，或者说，第一级加氢支路可选择性地导通，第二级加氢支路可选择性地导通，第二级加氢支路可选择性地导通。

第一级加氢支路设有降压设备，第三级加氢支路设有增压设备，且满足：P1＜P2＜P3，其中P1为第一级加氢支路的出气口端的气压，P2为第二级加氢支路的出气口端的气压，P3为第三级加氢支路的出气口端的气压。

在进行氢气加注时，比如给氢能车辆19(包括但不限于氢燃料电池车)加氢时，先使用第一级加氢支路进行一级加注，由于第一级加氢支路上的降压设备的降压作用，可以给车载的储氢瓶先提供气压相对较低的氢气，以避免高压差引起车载储氢瓶的大幅温升。当压力达到平衡后，断开第一级加氢支路，使用第二级加氢支路进行二级加注。至压力再次达到平衡后，断开第二级加氢支路，使用第三级加氢支路进行三级加注，由于第三级加氢支路上的增压设备的增压作用，可以使车载储氢瓶的加氢压力达到较大值，比如70MPa。

当然，加氢支路不限定于上述的第一至第三级加氢支路，还可以设置更多的加氢支路，实现更多级的加注。

根据本实用新型实施例的加氢站，通过设置多个加氢支路，可以实现多级加注，能够降低能耗，提高加注效率，实现更高效、快速、低成本地进行氢气充装，且多个加氢支路的氢气源至同一个氢气储罐，整个系统的结构简单。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一级加氢支路包括减压阀9和第一支路截止阀17，减压阀9和第一支路截止阀17串联连接，上述实施例的降压设备包括减压阀9。这样通过简单的减压阀9即可实现降压，且设置第一支路截止阀17可以实现第一级加氢支路的导通或断开。

第二级加氢支路包括第二支路截止阀15，第二支路截止阀15可以实现第二级加氢支路的导通或断开。第二级加氢支路的出气口端的压力基本等于第一级氢气储罐8的压力。

第三级加氢支路包括第三支路第一截止阀12、第二级压缩机13、第二级氢气储罐14、第三支路第二截止阀16，第三支路第一截止阀12、第二级压缩机13、第二级氢气储罐14、第三支路第二截止阀16可以串联连接，第三支路第一截止阀12、第二级压缩机13、第二级氢气储罐14、第三支路第二截止阀16可以顺次串联连接，且第三支路第一截止阀12连接在第一级氢气储罐8的第三出气口与第二级压缩机13的进气口之间，第三支路第二截止阀16连接在第二级氢气储罐14的出气口与加氢机18之间。

第二级压缩机13可以为隔膜压缩机，隔膜压缩机具有无污染性，适于高纯气体的压缩，且隔膜压缩机的压缩比高，能提供的压力范围广，在制备高压气体时，使用一台隔膜压缩机即可。电力供应系统用于向第二级压缩机13供电。

第三支路第一截止阀12的状态可以根据第二级氢气储罐14的压力来控制，当第二级氢气储罐14的压力高于第一预设值时，第三支路第一截止阀12关闭，且第二级压缩机13停机，当第二级氢气储罐14的压力低于第二预设值时，第三支路第一截止阀12开启，且第二级压缩机13开机。

第二级氢气储罐14用于存储经过二级加压的氢气。第一级压缩机6的工作压力为A，第一级氢气储罐8的工作压力为B，第二级压缩机13的工作压力为C，第二级氢气储罐14的工作压力为D，满足：35MPa≤B≤A≤60MPa，70MPa≤D≤C≤90MPa，25MPa≤P1≤B≤90MPa。比如，P1＝25MPa，B＝45MPa，D＝90MPa。

在一些实施例中，如图1和图2所示，减压阀9的第一端与第一级氢气储罐8的出气口相连，第一支路截止阀17连接在减压阀9的第二端与加氢机18的进气口之间；加氢站还包括：运输支路，运输支路与第一级加氢支路相连，且运输支路连接在减压阀9的第二端与第一支路截止阀17之间，运输支路设有运输支路截止阀10，运输支路用于向氢气运输设备11充注氢气，氢气运输设备11可以包括氢气槽车、氢气瓶等。上述连接关系可以使第一级加氢支路和运输支路的互不影响，且运输支路可以利用第一级加氢支路的降压设备，这样整个加氢站的结构更为简单。

加氢站具有第一加氢工作模式，在第一加氢工作模式中，加氢站设置为运输支路截止阀10保持关闭，并通过加氢机18加注氢气，首先第一级加氢支路导通，第二级加氢支路断开，第一级加氢支路断开，即第一支路截止阀17开启、第二支路截止阀15关闭、第三支路第二截止阀16关闭，至压力平衡时切换至第一级加氢支路断开，第二级加氢支路导通，第一级加氢支路断开，即第一支路截止阀17关闭、第二支路截止阀15开启、第三支路第二截止阀16关闭，至压力平衡时切换至第一级加氢支路断开，第二级加氢支路断开，第一级加氢支路导通，即第一支路截止阀17关闭、第二支路截止阀15关闭、第三支路第二截止阀16开启至结束加注。

加氢站具有第二加氢工作模式，在第二加氢工作模式中，加氢站设置为第一支路截止阀17、第二支路截止阀15、第三支路第二截止阀16均保持关闭，运输支路截止阀10开启，以通过运输支路加注。

在一个具体的实施例中，电力供应系统可以具有第一供电工作模式和第二供电工作模式。

如图1所示，当发电装置1的发电量足时，电力供应系统切入第一供电工作模式，在第一供电工作模式中，光电、风电、水电作为可再生能源发电装置1所产生的电能，通过整流配电设备2分别向储能电站3和制氢系统提供直流电，其余交流电接入电网20。

如图2所示，当发电装置1的发电量不足时，电力供应系统切入第二供电工作模式，在第二供电工作模式中，储能电站3通过整流配电设备2向制氢系统供直流电，储能电站3还可以通过整流配电设备2向电网20供交流电。

加氢站在运行时，由水电解制氢设备4制得的氢气纯化设备5去除杂质后，进入工作压力为45MPa的第一级压缩机6，第一级压缩机6的进气口压力小于4MPa，第一级压缩机6的出气口压力为45MPa。第一级压缩机6的出气口经制氢截止阀7连接工作压力为45MPa的第一级氢气储罐8。

第一级氢气储罐8上设有三个出口，第一出气口通过减压阀9和运输支路截止阀10直接为氢气槽车和氢气瓶等氢气运输设备11加注氢气，直至充装压力达到20MPa；第二出气口通过第二支路截止阀15与加氢机18相连；第三出气口流出的氢气经第三支路第一截止阀12和工作压力为90MPa的第二级压缩机13被充装到工作压力为90MPa第二级氢气储罐14中。

当采用加氢机18给氢能车辆19加注氢气时，首先关闭第二支路截止阀15、第三支路第二截止阀16，开启第一支路截止阀17，使用流经减压阀9的氢气进行一级加注，以避免高压差引起车载储氢瓶的大幅温升。当压力达到平衡后，关闭第一支路截止阀17，打开第二支路截止阀15，利用工作压力为45MPa的氢气储罐中的氢气进行二级加注。至压力再次达到平衡后，关闭第二支路截止阀15，打开第三支路第二截止阀16，启用工作压力为90MPa的氢气储罐，直至车载储氢瓶的工作压力达到70MPa后完成加注。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。