基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站工艺系统构建

为解决国内现有液氢加氢站中核心设备短期内无法实现国产化以及液氢站加注过程中氢浪费量过大等问题,基于机械压缩增压和热压缩增压机理,构建了基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站工艺系统,并利用Aspen HYSYS软件对该新型液氢加氢站工艺系统进行了稳态模拟,得出了系统运行工况参数,确定了优化工艺方案。在此基础上对现有液氢加氢站和新型液氢加氢站系统及其热压缩模块分别进行了能耗分析,结果表明,现有的“增压与汽化并行”式液氢加氢站系统比能耗为0.912 kWh/kg,而低损耗热压缩的新型液氢加氢站系统比能耗为0.322 kWh/kg,其比能耗比现有液氢加氢站降低了64.8%。这表明基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站系统更节能,系统中关键部件的[火用]效率也更高。

车用氢能发展难点与对策

“双碳”目标背景下,国内加快能源转型步伐,交通运输业作为第三大碳排放行业,加快向电、氢转型。分析了国内氢燃料电池汽车和加氢站的发展现状,从产业链的角度深入剖析了国内车用氢能发展的“车贵”“氢贵”“站贵”等三大痛点,认为深层次的原因是燃料电池、车辆生产和加氢站设备生产存在技术瓶颈,关键零部件仍然依赖进口,加氢站建设及运营成本高,电解水等制氢成本高等。最后,从行业发展的角度,分别提出了降低车用氢能成本的突破路径,指导行业良性发展。

计及储氢安全性的加氢站-配电网协同规划

针对现有加氢站规划中并未充分考虑储氢安全性问题,提出一种考虑储氢安全性的加氢站-配电网协同规划方法。引入TNT当量来评估加氢站的运行风险,进而建立量化的安全性指标。在此基础上,提出加氢站气-固两相储氢模式,并根据储氢合金动力学特性构建两相储氢模型。根据氢动力汽车的行驶逻辑规则建立加氢站定位模型。以年化投资成本与年运维成本之和为目标,建立计及储氢安全性的加氢站-配电网协同规划模型,并通过改进的33节点配电网和12节点交通网进行验证。仿真结果表明所提模型能够对加氢站和配电网做出合理规划,并有效提高加氢站的运行安全性。

考虑不同制氢方法的高速公路加氢站布局规划

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供适合高速公路加氢站的制氢方法和制氢地点的组合。再结合分布式光伏的投入,以经济效益最优为目标,构建高速公路站外和站内制氢2组目标函数,利用改进自适应遗传算法分别进行优化布局和容量配置。以沈海高速(浙江段)作为研究对象进行分析,提供了不同制氢方法下加氢站布局方案及相关设施的容量配置,算例结果与模糊综合评价结果相互验证了模型的有效性。

提升加氢站运行效率的建议

针对目前加氢站建设和运营中存在的建设投资成本较高、运营易出现亏损、加氢设备易出现故障、用氢成本较高、安全管理和规划布局仍需提升等问题,提出了提高加氢站运行效率的建议:一是规范建设标准,执行建设规范;二是根据应用场景合理配置基础设施;三是降低设备故障率,减少维修成本;四是加强维保队伍建设;五是开展加氢站运营培训;六是提高氢气运输效率。

一种发现柴油“自流黑”站点的方法与实践

介绍了一种发现柴油“自流黑”站点的方法。通过分析柴油车位置坐标、油箱液位数据变化,形成加油的位置信息数据集。通过聚类方式形成点位信息列表,与预先设置的正常加油站点位信息作比对,排除合法加油站的点位信息,生成疑似柴油“自流黑”站点位置清单,经现场验证,该方法效果较好,为“打非治违”工作提供了更为精准和快速的线索。

车用加氢站火灾爆炸事故风险分析

目的完善氢能产业链基础设施,寻求车用加氢站火灾爆炸事故致因,提出车用加氢站火灾爆炸事故防控措施,保障其安全可持续发展,提高大众对车用加氢站安全防控的信任度。方法采用事故致因理论揭示事故发生的本质,从能量物质、能量载体以及物的不安全状态和人的不安全行为角度出发,系统性地分析车用加氢站火灾爆炸事故的危险源,并以其火灾爆炸事故为顶上事件建立事故树图,提出有针对性的防控策略。结果①车用加氢站火灾爆炸属于物的不安全状态的基本事件占比最大,为52%;②可能引发车用加氢站火灾爆炸的最小割集有350个,避免火灾爆炸事故发生的最小经集有4个;③不考虑基本事件发生的概率,通风不良、报警装置故障、检测器失效、安全阀故障和自动制动系统故障5个基本事件的结构重要度最大。结论事故致因理论能科学全面地对车用加氢站进行危险源辨识,事故树系统分析了其基本事件结构重要度,保护措施正常运行是削减其火灾爆炸事故的关键控制点,给车用加氢站建站管理等制定相关防控措施提供了理论依据。

加氢站高压低温氢气泄漏扩散数值研究

为了明确加氢站发生高压氢气泄漏后形成可燃区域的分布特性,进行了某加氢站中的35 MPa和70 MPa加氢机发生泄漏事故的数值模拟。研究了泄漏孔径和氢气预冷温度对稳态可燃区域分布形态和体积的影响。计算结果表明,70 MPa加氢机泄漏形成的可燃区域体积约为35 MPa加氢机的两倍。泄漏孔尺寸对可燃区域体积有非常显著的影响。随着预冷温度的降低,射流边界层的气流速度降低,氢气质量分数增大,且后者对稳态可燃区域体积的影响更大,尤其在发生中孔泄漏时,随着氢气预冷温度从300 K降低至240 K,35 MPa加氢机泄漏形成的可燃区域体积从5590 m~3增加到16835 m~3,增长率为201.16%,同时可燃区域的形态从“平面”转换到“羽状”。

交通网-电网耦合框架下制氢加氢站选址定容

制氢加氢站(HPRS)的合理规划对氢燃料电池车的发展具有重要意义,为此提出交通网-电网耦合框架下的HPRS规划方法,实现大规模分布式新能源并网电力系统下的HPRS选址定容。首先,基于城市路网阻抗信息模型对氢燃料车的出行进行模拟,得到交通网层面上加氢负荷时空分布。然后,以建设运营成本、交通网加氢负荷覆盖率与电力网络运行稳定性为约束,构建多目标综合评价选址定容模型,通过改进粒子群算法对HPRS的选址和设备容量进行求解。在33节点电网和25节点交通网上进行算例分析,结果表明所提出方法有效降低了HPRS在接入电网后引起的电网损耗与电压偏差,同时提升新能源自消纳率,提高了HPRS的交通网服务质量并减少了建设运营成本。

平准化成本的加氢站供氢路径分析比较研究

为保证加氢站氢气供应、降低氢气终端价格,对不同加氢站供氢路径的经济可行性与适用场景进行了探讨。研究基于氢气的平准化成本建立了典型外供氢加氢站与站内制氢加氢站的经济模型,并对制氢原材料成本、氢气运输距离、能耗等关键影响因素进行敏感度分析,探究了不同来源和供给模式下氢气终端成本的形成机制。此外,通过建立生命周期模型,分析未来可能的碳税对于氢气消费终端价格的影响。结果表明,运输距离与单车承载量是外供氢路径下影响终端成本的主要因素,在考虑碳税情况下这种影响更为显著,而站内制氢路径下影响成本的主要因素为原材料价格和制氢能耗。有机液体储氢运输经济运输距离为220~1700 km,可覆盖我国主要大规模氢气运输场景;天然气站内重整在天然气供应充足、价格低于4元/m^(3)时优势明显;站内电解水与可再生能源发电结合经济和环境优势明显,供氢价格可维持在35元/kg以下。研究指明了我国加氢站不同供氢方式的未来发展方向,为供氢路径选择提供了可靠的经济评价方法,有望对加氢站建设与地区氢能发展政策制定提供有益参考。

基于多目标决策优化的加氢站选址动态模型

氢能是一种清洁无污染、能量高、用途广泛的二次能源,也是未来中国能源体系不可或缺的重要部分。氢能的开发和利用是全球能源技术革命的重要方向,加氢站作为氢能利用基础设施,是整个氢能产业链的关键,加快加氢站的建设对氢能的发展具有重要意义。结合氢能产业链基础和相关氢能政策,为加氢站的建设布局提供参考;综合分析出加氢站选址的重点考察因素,并利用AHP(Analytic Hierarchy Process)层次分析法计算出每个因素的权重占比,得出了盈亏情况占比最大的结论;结合数学建模计算,建立了加氢站盈亏平衡的动态预测模型;通过对川渝地区5个加气/加油站点进行实地调研,得到了最优选址的盈亏平衡分析。以此研究为例,形成系统的加氢站布局选址的研究方法,为相关企业布局加氢站业务提供重要支撑和参考。

考虑交通流量和用户行为不确定性的加氢站选址优化模型

加氢站是氢能产业发展的重要基础设施,其布局选址对于氢能在交通领域的推广应用至关重要。为此,提出一种加氢站的选址优化方法。首先,分别以运营商追求捕获交通流量最大化、客户追求获得加氢服务可能性最大化为上、下层目标函数构建了双层规划模型,并引入机会约束规划理论处理了交通流量的不确定性。该模型考虑了客户路径选择的行为特性,能够为交通流量不确定性下的加氢站选址提供重要借鉴。其次,利用KKT条件和确定性等价将所提机会约束双层规划模型转化为了单层的混合整数二阶锥规划问题以实现高效求解。最后,为验证该模型的有效性,以长三角地区交通网络为案例进行了仿真分析。

油氢合建站储氢瓶组氢气泄漏扩散行为研究

为探究油氢合建站储氢瓶组阀体面板失效后引发的氢气泄漏事故及氢气扩散行为的影响因素,根据真实场景构建等比例数值模型,针对不同泄漏源和环境风力条件下的氢气泄漏扩散过程进行了模拟研究,从事故后果角度提出了不同事故场景下的应急处置方式。结果表明,当储氢瓶组发生小孔泄漏时,氢气运动沿中心线形成欠膨胀射流,在泄漏源周围形成氢气云团高浓度分布。随着泄漏口孔径增大,短时间内氢气扩散在距离泄漏源较远区域形成具备爆炸性的混合气云团。氢气泄漏方向的改变直接影响其扩散行为的变化,促使氢气/空气混合气云团分布区域呈现显著差异。对于水平泄漏模式下的氢气扩散行为要着重考虑站内装置和设备的阻挡作用,而竖直向下的泄漏模式会造成范围更广的高浓度氢气聚集。随着环境风力的增强和站内布局复杂化,泄漏氢气在局部区域浓度升高,沿下风向水平范围的扩散半径增大,而在竖向空间的扩散高度下降,爆炸性混合气云呈现朝下风向区域移动的趋势。

加氢站全环节损耗的分析与对策

针对目前加氢站运营中缺乏氢气库存的准确计量和采购环节的验收交接允差等方面的标准规范,造成加氢站计量交接以及损耗控制问题逐渐暴露,对氢气进销存环节从库存计算方法、设备固有特性技术偏差、工艺流程、设备运行、外部环境影响等方面剖析了加氢站损耗情况,提出了加氢站控制损耗的优化措施和呼请相关部门尽快制定加氢站计量管理的有关规范标准的建议。

氢能重载列车加氢站工艺优化研究

针对重载列车的大容量储氢特点,研究了加氢站配置对加注性能的影响。利用动态工艺建模实现了加氢站的高精度仿真,研究了加氢站加注性能影响规律。结果表明,当管束车压力较低时,加氢站加注能力显著下降,通过提升压缩机排量和增加站内储氢量能够提升加氢站加注能力。对比研究了4类加氢站配置,结果表明,当采用压缩机排量500 m^(3)/h、各级储氢水容积5 m^(3)和压缩机排量1000 m^(3)/h、各级储氢水容积3 m^(3)的2类配置时,加氢站的加注性能接近,可满足储氢量150、65 kg的重载列车分别在50、20 min内加满。

穿山港区制氢加氢一体站的输氢管道设计

利用水路交通自然禀赋,通过太阳能和风能制氢,是构建港口绿氢“制-储-注-供-用”产业链的重要环节。制氢加氢一体站是未来的发展趋势,从安全角度保证制氢加氢一体站之间的管道输送十分重要。以穿山港区制氢量为500 Nm3/h的制氢加氢一体站为对象,开展输氢管道强度参数计算,并用CAESAR II软件对所计算的管道系统进行建模,开展多种工况下的静态应力分析。结果表明所设计的管道系统模型可行,可为制氢加氢一体站的气体输氢设计提供参考。

促推加能站建设创效的主要措施

针对目前成品油销售企业加能站网点建设项目回报低、网建速度滞缓、网建运作乏力三大问题,从提升投资回报、加快网建速度、优化网建运作三个方面提出了相应的对策,为成品油销售企业提升加能站建设创效水平和实现高效、快速、平稳发展提供了参考。

加氢站氢气储运设备风险评价方法研究

本文构建了用于加氢站失效可能性定量和定性分析的故障树,得到了个人和社会的可接受风险标准,提出了降低风险的方法。结果表明:影响加氢站风险的主要因素包括承压设备可靠性、控制系统可靠性、安全保障系统可靠性、站内工艺布局合理性、环境因素和管理因素等6个方面,造成加氢站泄漏的原因有承压设备失效、控制系统失效、人为破坏和自然灾害等4项。

液氢加氢站加注过程[火用]分析

氢能作为清洁无污染的高效绿色能源,正在逐步替代化石燃料成为能源结构发展转型的重要一员。相较于气氢,液氢密度高,是一种理想的储运方式。液氢加氢站则是氢能产业链中重要的一环,是连接供给侧与需求侧的重要基础设施。而国内对液氢加氢站研究较少,目前我国仅在平湖建成一座液氢加氢站。通过对液氢加氢站加氢过程中各部件造成的[火用]损失进行分析,得以对加氢全过程造成的能量损失进行评估,指导未来液氢加氢站及加氢站重要组成部件的优化设计方向。

海上风电制氢技术及氢能产业发展现状与建议

利用海上风电制氢是未来重要的制氢方式,也是实现“双碳”目标的重要途径。对不同水电解制氢技术的优缺点、海上风电制氢装置的运行方式进行了介绍,从氢气的存储与运输、加氢站、氢能应用领域这3个方面对氢能产业发展现状进行了分析,并对氢能产业发展提出了建议。研究结果显示:1)碱性水电解制氢装置的整体造价低,单台装置的产氢量大,但难以快速启动和调节负荷,适用于输出功率波动较小的集中式风力发电电源。2)PEM水电解制氢装置可以更好地耦合输出功率波动较大的电源,未来其将向大功率、低成本制氢的方向发展,以适应大规模海上风电制氢项目的需求。3)从短期来看,高压气态储氢技术是发展重点;而从长期来看,低温液态储氢技术是未来重要发展方向。氨储氢、甲醇储氢和有机液态储氢等新型化合物储氢技术的发展为氢能存储提供了更多选择。4)目前中国日加注能力在200 kg的加氢站属于示范运营站,未来加氢站有望从500 kg的日加注量起步,大日加注量的加氢站将会成为未来1~2年内建设的主流加氢站。5)目前氢能在化工、交通、天然气掺氢等领域均有应用,且未来发展潜力巨大。