[实用新型]大规模低能耗阶梯储氢系统

说明书

本实用新型涉及大规模低能耗阶梯储氢系统，包括氢气源、高压储氢系统、氢气液化系统和液氢储罐；其中高压储氢系统包括分级高压储氢罐和分级氢气压缩机；氢气液化系统包括氢气冷却式Claude循环氢气液化系统和氦气冷却式Brayton循环氢气液化系统；氢气源设置在氢气管道的输入端，氢气管道依次连接氢气液化系统中的低温换热器和液氢储罐；氢气管道设有支路，支路上设置高压储氢系统。本实用新型的有益效果是：本实用新型的大规模低能耗阶梯储氢系统，设置了高压储氢系统和氢气液化系统，通过高压储氢和液氢储氢等储氢技术，实行阶梯储氢策略，降低氢气液化冷却能耗，减少系统设计冗余，实现大规模高效、稳定的氢气存储。

技术领域

本实用新型用于可再生电储能、电解水制氢、甲烷重整制氢、氢气纯化液化等储能、氢能领域，具体地说是一种通过阶梯式串并联高压储氢和液氢储氢系统。

背景技术

氢能以其优秀的能量密度、能量利用效率和使用过程及产物的清洁性，被誉为未来的“终极能源”。但是由于氢气的低沸点、易燃易爆性能和逃逸性，使得氢气储运环节一直面临安全性和高效性的考验，并成为目前氢能大规模推广应用的一个重要制约因素。氢气存储方式大致可以分为物理压缩、液化、吸附和化学结合等方式，其中合金储氢、高压储氢、液氢储氢等方法是几种较为典型、应用较为广泛的储氢技术。合金储氢是利用镍、镁、稀土元素等金属或合金与氢气之间较强的物理吸附和化学结合能力，其优势在于储氢体积密度高，部分合金材料可在常温低压下实现氢气的充放。在加氢站、制氢站等场所中，高压储氢是应用最为广泛的储氢形式，目前有35MPa和70MPa两种压力标准以满足不同氢能车辆的需求。固定式高压储氢具有价格低廉、存储量大等优势，其主要能耗在于氢气压缩机。液氢储氢是将氢气冷至-253℃液化后进行液体存储，主要应用于航天领域，但近些年在美国、日本等地大规模储运氢气时也采用该储氢方式。液氢储氢优势在于氢气存储密度和储运效率高，适合大规模长距离氢气储运需求，但其劣势在于制冷带来的能耗大，约占氢气自身能量的1/3。因此设计合理的氢气存储方案，不仅需要考虑各种储氢方式的存储容量、存储密度和经济性，还需要对存储过程中的效率和能耗进行优化。

相关文献如下：

高金良,袁泽明,尚宏伟,等.氢储存技术及其储能应用研究进展[J].金属功能材料,2016,1-11.

郭子杨,石勇,郭昊天,等.浅谈储氢合金[J].山西科技,2019,129-132.

配合氢气制取的储氢系统还需要针对氢气来源的连续性和稳定性进行设计和规划。目前大规模廉价制取氢气的方式主要可以分为：天然气或化石燃料重整制氢、工业副产氢纯化制氢、可再生电电解制氢、火电厂调峰制氢等。这些氢气来源均可能存在着氢气生产流量变动较大的情况，譬如天然气重整制氢中天然气供应发生短缺，不同产地工业副产氢的纯度和流量变动，可再生能源发电量随日照和风量变动、火电厂发电负荷调峰变动等等。制氢量波动较大的氢气来源将给后端氢气存储系统带来压力：峰值储氢流量扩大了储氢设备的额定容量和系统冗余，增加了投资成本和运行成本；同时大幅、快速负荷变动的储氢工况也增多了储氢部件低效运行时间，增加了运行功耗，降低了系统储氢效率。因此针对制氢量波动较大的氢气来源，储氢系统需要进行系统优化和设计，提升系统的经济性和储氢效率。

相关文献如下：

俞红梅,衣宝廉.电解制氢与氢储能[J].中国工程科学,2018,58-65.

袁园,张旭.利用上海工业副产富氢气体对FCV供氢的技术经济分析[J].环境工程,2009,304-307.

李庆勋,刘晓彤,刘克峰,等.大规模工业制氢工艺技术及其经济性比较[J].天然气化工,2015,40,78-82.

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种大规模低能耗阶梯储氢系统，针对制氢量波动较大的氢气来源，通过高压储氢、液氢储氢等不同的储氢方法，进行阶梯式的串并联组合，从而实现大规模低能耗平稳储氢。