一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统的制作方法

1.本实用新型涉及制氢加氢领域，特别是一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统。


背景技术：

2.现有的加氢站生产模式通常如下：氢气由化工厂制取后，被压缩至20mpa高压气态形式，通过氢气长管拖车输送至加氢站，加氢站配置卸气柱将氢气卸载至高压氢气储罐内，再由加氢机加注至氢燃料汽车内。这种模式主要存在两方面的缺陷，一方面在于长管拖车输送氢气体积能量密度较低，导致氢气运输成本较高；另一方面在于运输的过程中伴随着大量的碳排放，并不环保。目前也有部分加氢站项目开始按照制氢、加氢一体站进行建设，即在加氢站内设置小型电解水制氢装置，以降低氢气运输费用，但目前此类制氢加氢一体站用于电解水制氢的电源为电网购电，制取1标准立方米氢气约需要5度电，由于电价较高，制取的氢气成本居高不下，并且没有利用可再生能源，制取的氢气并非绿氢，环保性不佳。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，利用高速公路沿线光伏发电，通过短距离直流输变电，将清洁绿色的电力输送至制氢、加氢一体站，制氢站利用绿电制取的氢气经过气液分离、洗涤和纯化后，由氢气压缩机加压为高压气态存储，再通过氢气充装设施供应给氢燃料汽车，整个系统可实现零碳、高效、绿色、清洁，并且有效降低氢气成本价格。
4.本实用新型所采用的技术手段如下所述：
5.一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，包括光伏发电系统、输变电系统、电解水制氢及纯化系统、氢气压缩系统、氢气储存系统和氢气充装系统；其中，光伏发电系统的输出端与输变电系统的输入端连接，输变电系统的输出端与电解水制氢及纯化系统电连接，电解水制氢及纯化系统的氢气输出端通过氢气压缩系统与氢气储存系统连接，以及该氢气充装系统与氢气储存系统的氢气输出端连接。
6.作为优选，该光伏发电系统包括光伏发电组件和汇流箱，该光伏发电组件布设位置为电解水制氢及纯化系统所在制氢加氢一体站的方圆2km内的高速公路沿线、服务区、边坡和互通圈处，任一处布设位置设置有数个光伏发电组件，该布设位置处的数个光伏发电组件和输变电系统之间通过一个汇流箱连接。
7.作为优选，该输变电系统包括dc-dc变流器，该dc-dc变流器通过输电线路与汇流箱连接。
8.作为优选，该电解水制氢及纯化系统包括电解水制氢装置和氢气纯化装置，其中电解水制氢装置包括与输变电系统电连接的电解槽，以及包括与电解槽输出端连接的气液处理器，该气液处理器的氢气输出端与氢气纯化装置连接。
9.作为优选，氢气纯化装置的氢气输出端通过氢气缓冲罐与氢气压缩系统的输入端
连接，该氢气压缩系统包括氢气压缩机，氢气压缩机的出口压力为45mpa～50mpa。
10.作为优选，氢气压缩系统的氢气输出端与氢气储存系统的输入端连接，该氢气储存系统包括高压氢气储罐，储氢压力为45mpa。
11.作为优选，该氢气充装系统包括加氢机，加氢机的氢气加注压力为35mpa。
12.本实用新型与现有的技术相比具有如下优点：
13.1.本专利通过建设制氢加氢一体站，可以免去氢气长距离运输过程，可节约氢气运输费用及避免运输过程中的碳排放。
14.2.本专利采用的光伏发电方式能够有效利用高速沿线的太阳能资源，低碳环保。
15.3.本专利在采用dc-dc方式输送电力，可降低变电设备投资，以及dc-ac、ac-dc转换的电力损耗。
16.4.本专利采用的电解水制氢方式无碳排放，清洁、高效，且运行调度灵活。
附图说明
17.图1为本实用新型基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统的结构示意图。
18.其中：
19.1光伏发电组件，2汇流箱，3输变电系统，4电解水制氢装置，5氢气纯化装置，6氢气缓冲罐，7氢气压缩系统，8氢气储存系统，9氢气充装系统。
具体实施方式
20.如1所示，提供一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，包括光伏发电系统、输变电系统3、电解水制氢及纯化系统、氢气压缩系统7、氢气储存系统8和氢气充装系统9。
21.其中，光伏发电系统的输出端与输变电系统3的输入端连接。具体是，该光伏发电系统包括光伏发电组件1和汇流箱2，该光伏发电组件1布设位置为电解水制氢及纯化系统所在制氢加氢一体站的方圆2km内的高速公路沿线、服务区、边坡和互通圈处，如图1中显示，任一处布设位置设置有数个光伏发电组件1，该布设位置处的数个光伏发电组件1和输变电系统3之间通过一个汇流箱2连接。该输变电系统3包括dc-dc变流器，该dc-dc变流器通过输电线路与所有的汇流箱2连接。
22.以及，输变电系统3的输出端与电解水制氢及纯化系统电连接，为电解制氢提供电力支持，电解水制氢及纯化系统的氢气输出端通过氢气压缩系统7与氢气储存系统8连接。其中该电解水制氢及纯化系统包括电解水制氢装置4和氢气纯化装置5，其中电解水制氢装置4包括与输变电系统3电连接的电解槽，以及包括与电解槽输出端连接的气液处理器，该气液处理器的氢气输出端与氢气纯化装置5连接。进一步的，该电解水制氢及纯化系统中还包括除盐水制备装置、除盐水冷却装置、配碱装置、冷却水装置等，在具体电解制氢过程中，电解槽中的碱液在输变电系统3传输来的直流电的作用下开始分解，在电解室的阴阳极板上分别产生氢气和氧气。这些氢气和氧气随碱液一起从电解槽两端流出进入气液处理器。该气液处理器内分别设有氢分离洗涤器、氧分离器、氢气冷却器、气水分离器、碱液循环泵等设备。含有氢气和氧气的电解液分别经过氢、氧分离器，在重力作用下与电解碱液发生沉
降分离，分离出的氧气排放到室外，氢气在分离装置内进一步洗涤、冷却、分离去除液滴，然后进入氢气纯化装置5。以及该氢气纯化装置5主要由脱氧器、干燥塔等组成。氢气在氢气纯化装置5中，由催化剂催化与氢气中残留的氧气发生如下反应：2h2+o2＝2h2o，经过冷却、吸附、分离后，去除氢气中的氧气和水分，得到纯度为99.999％的高纯氢气。
23.以及，氢气纯化装置5的氢气输出端通过氢气缓冲罐6与氢气压缩系统7的输入端连接，该氢气压缩系统7包括氢气压缩机，氢气压缩机的出口压力为45mpa～50mpa。氢气压缩系统7的氢气输出端与氢气储存系统8的输入端连接，该氢气储存系统8包括高压氢气储罐，储氢压力为45mpa。
24.以及，该氢气充装系统9与氢气储存系统8的氢气输出端连接，该氢气充装系统9包括加氢机，为氢燃料电池汽车加注氢气，加氢机的氢气加注压力为35mpa。
25.通过本制氢加氢工艺系统，可充分利用高速公路沿线的太阳能资源进行光伏发电，并通过dc-dc方式输变电，为制氢、加氢一体站内电解槽供电，可以有效利用太阳能资源，制取的氢气绿色、清洁，更为重要的是可以节约氢气运输费用及避免运输过程中的碳排放。


技术特征：
1.一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，包括光伏发电系统、输变电系统(3)、电解水制氢及纯化系统、氢气压缩系统(7)、氢气储存系统(8)和氢气充装系统(9)；其中，光伏发电系统的输出端与输变电系统(3)的输入端连接，输变电系统(3)的输出端与电解水制氢及纯化系统电连接，电解水制氢及纯化系统的氢气输出端通过氢气压缩系统(7)与氢气储存系统(8)连接，以及该氢气充装系统(9)与氢气储存系统(8)的氢气输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，该光伏发电系统包括光伏发电组件(1)和汇流箱(2)，该光伏发电组件(1)布设位置为电解水制氢及纯化系统所在制氢加氢一体站的方圆2km内的高速公路沿线、服务区、边坡和互通圈处，任一处布设位置设置有数个光伏发电组件(1)，该布设位置处的数个光伏发电组件(1)和输变电系统(3)之间通过一个汇流箱(2)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，该输变电系统(3)包括dc-dc变流器，该dc-dc变流器通过输电线路与汇流箱(2)连接。4.根据权利要求1所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，该电解水制氢及纯化系统包括电解水制氢装置(4)和氢气纯化装置(5)，其中电解水制氢装置(4)包括与输变电系统(3)电连接的电解槽，以及包括与电解槽输出端连接的气液处理器，该气液处理器的氢气输出端与氢气纯化装置(5)连接。5.根据权利要求4所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，氢气纯化装置(5)的氢气输出端通过氢气缓冲罐(6)与氢气压缩系统(7)的输入端连接，该氢气压缩系统(7)包括氢气压缩机，氢气压缩机的出口压力为45mpa～50mpa。6.根据权利要求5所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，氢气压缩系统(7)的氢气输出端与氢气储存系统(8)的输入端连接，该氢气储存系统(8)包括高压氢气储罐，储氢压力为45mpa。7.根据权利要求1所述的一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，其特征在于，该氢气充装系统(9)包括加氢机，加氢机的氢气加注压力为35mpa。

技术总结
本实用新型提供一种基于高速公路沿线光伏发电的制氢加氢工艺系统，包括光伏发电系统、输变电系统、电解水制氢及纯化系统、氢气压缩系统、氢气储存系统和氢气充装系统；其中，光伏发电系统的输出端与输变电系统的输入端连接，输变电系统的输出端与电解水制氢及纯化系统电连接，电解水制氢及纯化系统的氢气输出端通过氢气压缩系统与氢气储存系统连接，以及该氢气充装系统与氢气储存系统的氢气输出端连接。本制氢加氢工艺系统设立制氢加氢一体站，并在该制氢加氢一体站附近设立光伏发电系统，高效利用高速沿线太阳能资源，制取绿色氢气，实现交通领域清洁、低碳发展的目的。低碳发展的目的。低碳发展的目的。


技术研发人员：涂宏 周军 薛晶晶 衡德峰 丁奕 杜金锋 乔頔 王旭 李超 周强
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/3/3