具有直充功能的复合型加氢站及其控制方法与流程

本发明涉及加氢站，特别是涉及一种具有直充功能的复合型加氢站及其控制方法。

背景技术：

1、目前，国内市场使用的加氢站多以35mpa加注压力等级为主，随着目前燃料电池市场对续航里程与加注效率要求的提升，70mpa加注压力的需求日渐迫切。然而，建设一套完整的70mpa加氢站通常需配置中压压缩机、高压压缩机、中压储氢容器和高压储氢容器等全套设备，整套系统结构组成复杂，而且初始投资成本显著高于35mpa等级站。

2、尤其是高压储氢容器，因其设计压力较高，一般在90mpa左右，才能满足70mpa加注压力需求。这种较高的设计压力会使容器壳体壁厚显著增加，对材料强度与制造提出更高要求，导致单台容器制造成本大幅上升。同时此类容器单个容积一般较小，往往需要多个容器组合使用才能达到站内储氢总量需求，存储效率并不理想。

3、因此，90mpa氢气在加氢站内的高压存储，不仅有存储容器本身的设备投资，还有场地的占地面积投资等，这样会大大增加加氢站建设成本。

4、此外，站内长期存有大量90mpa级高压氢气，对密封可靠性及安全防护均提出更高要求，也相应增加了加氢站的安全风险。

5、综上可知，如何在现有35mpa加氢站基础上，以最小化设备投入实现70mpa加注能力，同时避免或减少对90mpa级高压储氢容器的依赖，已成为当前加氢站技术升级中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种具有直充功能的复合型加氢站及其控制方法，在35mpa加氢站基础上仅增设90mpa高压压缩机和70mpa高压加氢机，通过直充控制和有序调节，能够在较小设备投资基础上实现对70mpa车载瓶的加注，避免高压储氢风险，提升加氢效率。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有直充功能的复合型加氢站，包括：卸氢柱、第一压缩机、储氢容器组、第一加氢机、第二压缩机和第二加氢机，所述第一压缩机的进气口与卸氢柱连接，用于将氢气增压至第一预设压力；所述储氢容器组的进气口连接第一压缩机的出气口，用于储存增压后的氢气；所述储氢容器组至少包括低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器；所述第一压缩机与储氢容器组之间的管路上设有顺序控制柜；所述第一加氢机的进气口分别与储氢容器组的出气口和第一压缩机的出气口连接，用于对第一压力等级的车载瓶进行加注；所述第二压缩机的进气口与储氢容器组的出气口连接，用于将氢气增压至第二预设压力，所述第二预设压力高于第一预设压力；所述第二加氢机的进气口连接第二压缩机的出气口，用于对第二压力等级的车载瓶进行直充加注。

3、在本发明一个较佳实施例中，所述低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器的容积比例为2:3:4。

4、在本发明一个较佳实施例中，所述第一压缩机的出气口通过供氢总管连接至顺序控制柜，所述顺序控制柜内设有三路充氢支管，分别连接至低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器的进气口，三路充氢支管上分别设有控制对应支路通断的第一充氢自动控制阀aov-101、第二充氢自动控制阀aov-102和第三充氢自动控制阀aov-103。

5、在本发明一个较佳实施例中，所述低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器的出气口分别通过第一供氢支路、第二供氢支路和第三供氢支路连接至第一加氢机的进气口；所述第一供氢支路、第二供氢支路和第三供氢支路的上游分别设有第一供氢自动控制阀aov-201、第二供氢自动控制阀aov-202和第三供氢自动控制阀aov-203；所述第一供氢支路、第二供氢支路和第三供氢支路的下游流向第一加氢机处分别设有第四供氢分配自动控制阀aov-104、第五供氢分配自动控制阀aov-105和第六供氢分配自动控制阀aov-106。

6、在本发明一个较佳实施例中，所述低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器的出气口还分别通过第四供氢支路、第五供氢支路和第六供氢支路连接至第二压缩机的进气口；所述第四供氢支路、第五供氢支路和第六供氢支路上分别设有第四供氢自动控制阀aov-204、第五供氢自动控制阀aov-205和第六供氢自动控制阀aov-206。

7、在本发明一个较佳实施例中，所述低压储氢容器、中压储氢容器和高压储氢容器上分别设有第一压力变送器pt-201、第二压力变送器pt-202和第三压力变送器pt-203，各压力变送器均与顺序控制柜信号连接。

8、在本发明一个较佳实施例中，所述第一预设压力为45mpa，第二预设压力为90mpa；所述第一加氢机为35mpa加氢机，所述第二加氢机为70mpa加氢机。

9、为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种具有直充功能的复合型加氢站控制方法，包括：

10、通过第一压缩机对储氢容器组进行充氢，并按照高压储氢容器、中压储氢容器和低压储氢容器的优先级顺序依次充氢；

11、对第一压力等级的车载储氢瓶进行加注时，由储氢容器组向第一加氢机供氢，并按低压储氢容器、中压储氢容器、高压储氢容器的优先级顺序依次供氢；当满足直充条件时，由第一压缩机增压后直接给第一加氢机进行直充加氢；

12、对第二压力等级的车载储氢瓶进行加注时，由储氢容器组向第二压缩机供氢，经第二压缩机增压至第二预设压力后，直接给第二加氢机进行直充加氢；

13、当所述第二加氢机处于加氢状态且第一加氢机也处于加氢状态时，则暂停第一加氢机的加氢作业，优先完成第二加氢机的加注，待第二加氢机停机后再恢复第一加氢机的加氢作业。

14、在本发明一个较佳实施例中，所述储氢容器组向第一加氢机供氢，包括：

15、设定低压储氢容器对第一加氢机供氢时压差大于3.5mpa，此时低压储氢容器对应的第一供氢自动控制阀和通向第一加氢机的第四供氢分配自动控制阀打开，由低压储氢容器向第一加氢机供氢；

16、否则切换中压储氢容器对第一加氢机供氢，其压差大于3.5mpa，此时中压储氢容器对应的第二供氢自动控制阀和通向第一加氢机的第五供氢分配自动控制阀打开，由中压储氢容器向第一加氢机供氢；

17、否则切换高压储氢容器对第一加氢机供氢，此时高压储氢容器对应的第三供氢自动控制阀和通向第一加氢机的第六供氢分配自动控制阀aov-106打开，由高压储氢容器向第一加氢机供氢，直至第一压力等级的车载瓶加满或加氢流量低至设定值时停机；其中第一压力等级的车载瓶加满的判断条件为：加注率soc满足：95%≤soc≤100%，或加氢流量≤0.3kg/min。

18、在本发明一个较佳实施例中，所述第一压缩机直接给第一加氢机直充加氢，包括：在高压储氢容器向第一加氢机供氢过程中，如果所述第一压缩机同时对储氢容器组充氢，则比较第一加氢机的加氢流量与卸氢柱的卸氢流量：

19、如果加氢流量≤卸氢流量，则关闭储氢容器组中各储氢容器对应的第一供氢自动控制阀、第二供氢自动控制阀和第三供氢自动控制阀，切断第一压缩机对储氢容器组的充氢；

20、同时保持顺序控制柜内高压储氢容器的第三充氢自动控制阀和通向第一加氢机的第六供氢分配自动控制阀开启，顺序控制柜内的其余自动控制阀关闭；

21、此时由第一压缩机增压后的氢气直接供给第一加氢机，实现直充加氢。

22、在本发明一个较佳实施例中，所述储氢容器组向第二加氢机供氢，包括：

23、由储氢容器组向第二压缩机供氢，经第二压缩机增压后直充第二加氢机；

24、所述储氢容器组向第二压缩机供氢时，按低压储氢容器、中压储氢容器、高压储氢容器的优先顺序依次供氢，各储氢容器对应的第四供氢自动控制阀、第五供氢自动控制阀和第六供氢自动控制阀按优先级依次打开；

25、其中，设定低压储氢容器、中压储氢容器、高压储氢容器向第二压缩机供氢的最低压力为第一阈值：当低压储氢容器的供氢压力≤第一阈值时，切换至中压储氢容器供氢，打开中压储氢容器对应的第五供氢自动控制阀；当中压储氢容器的供氢压力≤第一阈值时，切换至高压储氢容器供氢，打开高压储氢容器对应的第六供氢自动控制阀，由高压储氢容器作为供气气源，直至第二压力等级的车载瓶加满；当高压储氢容器的供氢压力≤第一阈值时，第二压缩机进入内循环状态，第二加氢机暂停加氢；此时第一压缩机对高压储氢容器充氢，打开高压储氢容器对应的第三充氢自动控制阀aov-103和第三供氢自动控制阀；当高压储氢容器升压至第二阈值时，第二压缩机和第二加氢机恢复增压和加氢状态。

26、在本发明一个较佳实施例中，所述第一阈值为21mpa，所述第二阈值为35mpa。

27、本发明的有益效果是：

28、在35mpa加氢站的基础上，仅配备90mpa高压压缩机1台，70mpa高压加氢机1台，能够在较小设备投资的基础上实现对70mpa车载瓶的加注，有效改善35mpa加氢站的加氢效率；

29、能够有效保障45mpa压缩机对储氢容器的充氢、储氢容器对35mpa车载瓶的加氢，45mpa压缩机对35mpa车载瓶的直充加氢，90mpa压缩机对70mpa车载瓶的直充加氢等功能，彼此互不干扰，有序高效进行。