一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置的制作方法

1.本发明属于制氢混氢技术领域，具体涉及一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置。


背景技术：

2.燃气场站为了工艺的需要，通常需要调压器进行减压，目前，有部分燃气场站开始使用膨胀机代替调压器进行减压，回收部分压力能。但是，燃气场站通常处于人员稀少的地带，存在电力的接入和送出不变问题，导致经济性差。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置。
4.具体方案如下：一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，包括光伏发电系统、风力发电系统、空气源热泵系统、膨胀机发电系统、制氢系统、混氢系统和储能装置，其中，所述光伏发电系统与风力发电系统通过储能装置与空气源热泵系统电连接；所述光伏发电系统、风力发电系统和膨胀机发电系统通过储能装置与制氢系统电连接，所述制氢系统与所述混氢系统管道连接。
5.所述空气源热泵系统包括空气源热泵、第一换热器和第二换热器，所述膨胀机发电系统包括膨胀机和发电机，所述第一换热器固定在膨胀机上的天然气入口处，所述第二换热器固定在膨胀机上的天然气出口处，所述空气源热泵通过第一换热器和第二换热器与所述膨胀机换热连接，所述膨胀机驱动所述发电机转动，所述发电机与储能装置电连接。
6.所述制氢系统与所述混氢系统之间设置有储罐，所述制氢系统通过储罐与所述混氢系统管道连接，所述制氢系统为碱水电解装置或质子交换电解装置，所述混氢系统包括电动机和压缩机，所述电动机驱动所述压缩机转动，所述储罐通过压缩机与所述膨胀机上的天然气出口管道连接。
7.所述储能装置包括控制器和蓄电池，所述控制器与所述蓄电池电连接，所述控制器为单片机。
8.所述风力发电系统包括风轮和风力发电机，所述风轮通过风力发电机与所述控制器电连接，所述光伏发电系统为太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列与所述控制器电连接。
9.本发明公开了一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，在采用膨胀机进行发电时，充分利用场站站内建筑面积，设立光伏系统及风力发电系统，发电自给自主，为空气源热泵及膨胀机辅助系统供电，多余电力与膨胀机发电共同驱动电解槽制氢，同时驱动增压机增压后把制取的氢气输送至下游管道，能很好的解决电力的接入和送出问题、孤网运行问题和非并网运行问题。
附图说明
10.图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
11.下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
12.如图1所示，一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，包括光伏发电系统6、风力发电系统7、空气源热泵系统、膨胀机发电系统、制氢系统2、混氢系统和储能装置9，其中，所述光伏发电系统6与风力发电系统7通过储能装置9与空气源热泵系统电连接；所述光伏发电系统6、风力发电系统7和膨胀机发电系统通过储能装置9与制氢系统2电连接，所述制氢系统2与所述混氢系统管道连接。
13.采用光伏发电系统6和风力发电系统7在储能装置9中进行耦合并驱动空气源热泵5制取高温热水，所述空气源热泵通过第一换热器8和第二换热器10对膨胀机进出口天然气加热。
14.同时，采用光伏发电系统6、风力发电系统7及储能装置9提供给膨胀机发电系统1和压缩机4的辅助设备，解决膨胀机和压缩机启机时外网无法供电的问题。
15.所述空气源热泵系统包括空气源热泵5、第一换热器8和第二换热器10，所述膨胀机发电系统包括膨胀机12和发电机11，所述第一换热器8固定在膨胀机12上的天然气入口处，所述第二换热器10固定在膨胀机12上的天然气出口处，所述空气源热泵5通过第一换热器8和第二换热器10与所述膨胀机12换热连接，所述膨胀机12驱动所述发电机11转动，所述发电机11与储能装置9电连接。
16.在本实施例中，光伏发电系统6、风力发电系统7、膨胀机发电系统互相耦合，驱动制氢系统2进行制氢。
17.所述制氢系统2与所述混氢系统之间设置有储罐3，所述制氢系统2通过储罐3与所述混氢系统管道连接，所述制氢系统2为水电解制氢装置，所述混氢系统包括电动机4和压缩机1，所述电动机4驱动所述压缩机1转动，所述储罐3通过压缩机1与所述膨胀机12上的天然气出口管道连接，制氢系统2制取的氢气经储罐3稳压后通过压缩机4注入天然气管道，输送下游用气设备。
18.所述储能装置9包括控制器和蓄电池，所述控制器与所述蓄电池电连接，所述控制器为单片机。
19.所述风力发电系统7包括风轮和风力发电机11，所述风轮通过风力发电机11与所述控制器电连接，所述光伏发电系统6为太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列与所述控制器电连接。
20.本发明采用光伏系统及风电系统，为空气源热泵及膨胀机辅助系统供电，多余电力与膨胀机发电共同驱动电解槽制氢，同时驱动增压机增压后把制取的氢气输送至下游管道。
21.所述天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置的工作过程如下：
光伏发电系统6和风力发电系统7耦合一部分电能通过储能装置9用来驱动空气源热泵5制取高温热水，制取的高温热水通过第一换热器8和第二换热器10对膨胀机进出口天然气加热。光伏发电系统6和风力发电系统7的另一部分电能用来驱动膨胀机12和压缩机4的油站、阀门等辅助系统工作，解决外网无法供电的问题。
22.当光伏发电系统6和风力发电系统7的发电量充足时，富裕的电能与膨胀机发电系统产生的电能共同用于驱动制氢系统2和压缩机1对氢气进行增压回注到天然气管网，制氢装置可为碱水电解或质子交换电解。
23.当光伏发电系统6和风力发电系统7发电不足时，膨胀机发电系统产生的电能驱动空气源热泵5制取高温热水，同时驱动膨胀机12和压缩机1的油站、阀门等辅助系统工作。
24.制氢系统2制取的氢气经储罐3稳压后通过压缩机1注入天然气管道，输送下游用气设备。
25.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，其特征在于：包括光伏发电系统（6）、风力发电系统（7）、空气源热泵系统、膨胀机发电系统、制氢系统（2）、混氢系统和储能装置（9），其中，所述光伏发电系统（6）与风力发电系统（7）通过储能装置（9）与空气源热泵系统电连接；所述光伏发电系统（6）、风力发电系统（7）和膨胀机发电系统通过储能装置（9）与制氢系统（2）电连接，所述制氢系统（2）与所述混氢系统管道连接。2.根据权利要求1所述的天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，其特征在于：所述空气源热泵系统包括空气源热泵（5）、第一换热器（8）和第二换热器（10），所述膨胀机发电系统包括膨胀机（12）和发电机（11），所述第一换热器（8）固定在膨胀机（12）上的天然气入口处，所述第二换热器（10）固定在膨胀机（12）上的天然气出口处，所述空气源热泵（5）通过第一换热器（8）和第二换热器（10）与所述膨胀机（12）换热连接，所述膨胀机（12）驱动所述发电机（11）转动，所述发电机（11）与储能装置（9）电连接。3.根据权利要求3所述的天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，其特征在于：所述制氢系统（2）与所述混氢系统之间设置有储罐（3），所述制氢系统（2）通过储罐（3）与所述混氢系统管道连接，所述制氢系统（2）为碱水电解装置或质子交换电解装置，所述混氢系统包括电动机（4）和压缩机（1），所述电动机（4）驱动所述压缩机（1）转动，所述储罐（3）通过压缩机（1）与所述膨胀机（12）上的天然气出口管道连接。4.根据权利要求1所述的天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，其特征在于：所述储能装置（9）包括控制器和蓄电池，所述控制器与所述蓄电池电连接，所述控制器为单片机。5.根据权利要求4所述的天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，其特征在于：所述风力发电系统（7）包括风轮和风力发电机（11），所述风轮通过风力发电机（11）与所述控制器电连接，所述光伏发电系统（6）为太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列与所述控制器电连接。

技术总结
本发明公开了一种天然气差压与风光气互补多能耦合制氢混氢利用装置，包括光伏发电系统、风力发电系统、空气源热泵系统、膨胀机发电系统、制氢系统、混氢系统和储能装置，其中，所述光伏发电系统与风力发电系统通过储能装置与空气源热泵系统电连接；所述光伏发电系统、风力发电系统和膨胀机发电系统通过储能装置与制氢系统电连接，所述制氢系统与所述混氢系统管道连接，能很好的解决电力的接入和送出问题、孤网运行问题和非并网运行问题。孤网运行问题和非并网运行问题。孤网运行问题和非并网运行问题。


技术研发人员：姚瑞锋 许守亮 王晨爽 上官高峰 吴迪 吴娇龙
受保护的技术使用者：华电郑州机械设计研究院有限公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2023/9/13