用于燃料供应和备用发电的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及发电领域，公开了用于燃料供应和备用发电的系统和方法，该系统包括用于储存包括液相和气相的液化燃料的低温罐、用于从低温罐提供处于液相的液化燃料的第一流的泵、用于将至少部分第一流转化为气体燃料的热交换器、用于将至少部分气体燃料分配到接收燃料箱的分配器、与热交换器集成的制冷单元和备用电力单元，制冷单元与换热器进行热交换，制冷单元为需要制冷的环境设施提供冷却负荷，备用电力单元通过使用气相或液相或两者的液化燃料的第二流来发电。本发明专利技术提供的系统和方法显著减少了用于为数据中心提供备用电力的氢汽化的损失。的损失。的损失。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料供应和备用发电的系统和方法


[0001]本专利技术涉及用于储存、转移或分配液化燃料或压缩气体的方法和系统。更具体地，所公开的主题涉及用于储存氢和加氢的系统或燃料供应站以及方法。

技术介绍

[0002]许多机动车辆目前由使用化石燃料的内燃机提供动力。由于与燃烧石油衍生燃料相关的有限供应和不利的环境影响，现在正在开发由替代环保燃料(如氢)提供动力的车辆。通过氢燃料与氧化剂(如空气)的电化学反应，燃料电池可用于为机动车辆生产电力。其它氢动力车辆可通过氢气燃烧提供动力。向燃料电池车辆(FCV)和其它氢动力车辆供给燃料或加氢，与向车辆中添加石油基燃料如汽油相比，提出了不同的挑战。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种用于供应燃料同时还提供备用电力和冷却负荷的系统和方法。例如，该系统是加氢站。根据一些实施方式，这样的系统包括：被配置为在其中储存包括液相和气相的液化燃料的低温罐，与低温罐流体联接并且被配置为提供或泵送来自低温罐的液相的液化燃料第一流的泵，热交换器和分配器。热交换器与泵联接，并且被配置为将至少部分的液相的液化燃料第一流转化为气体燃料。分配器被配置为将至少部分的气体燃料分配到接收燃料箱，例如车辆中的车载燃料箱。该系统还包括与热交换器集成的制冷单元以及备用电力单元。制冷单元被配置为向热交换器提供热负荷，并且热交换器被配置为向制冷单元提供冷却负荷。制冷单元被配置成向需要冷却的设施或环境提供冷却负荷。备用电力单元被配置为从低温罐接收处于气相或处于液相或处于气相和液相的液化燃料的第二流并且发电。
[0004]在一些实施中，液化燃料包括氢。该系统是加氢站。泵是浸没式液体泵，其设置在低温罐内部并且被配置为压缩液化燃料的第一流为液相。
[0005]在一些实施方式中，该系统还包括分流器，该分流器可设置在泵和热交换器之间。分流器被配置为将液化燃料的第一流分流为第一部分和第二部分。热交换器被配置为将第一部分转化为气体燃料。该系统还包括混合器，该混合器被配置为将气体燃料和第二部分混合以形成待分配的压缩气体燃料。在一些实施方式中，气体燃料或待分配的燃料为压力在25MPa至90MPa范围内，且温度在
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50℃至环境温度范围内的压缩氢气。
[0006]在一些实施方式中，备用电力单元被配置为在需要备用电力时在一天内接收低温罐中液化燃料按重量计的总存储容量的30％以下。备用电力单元被配置为向数据中心提供电力，并且制冷单元被配置为向数据中心提供冷却负荷。
[0007]在一些实施方式中，备用电力单元包括一个或多个燃料电池或内燃机，以通过气相(或称为汽化燃料(boil
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off fuel))或液相或两者的液化燃料的第二流发电。备用电力单元还可以被配置为进一步从热交换器接收至少部分气体燃料以发电。内燃机利用热循环发电。内燃机的合适示例包括但不限于往复式发动机、燃气轮机或微型涡轮机。
[0008]在一些实施方案中，所述系统还包括与所述低温罐流体联接的液化器。生产单元可以与液化器流体联接。液化器被配置为将在生产单元中产生的气体压缩成液化燃料。生产单元包括至少一个用于从水中生产氢气的电解槽。所述至少一个电解槽或液化器或两者可被配置为至少部分地由太阳能或风能供电。代替生产单元，液化器或低温罐也可与液态氢分配网络集成，在该网络中，液态氢从储存容器运输到燃料供应站或使用场所，例如用于工业生产(例如，钢铁生产)。
[0009]在另一方面，本专利技术还提供了一种方法。这种方法用于供应燃料，同时还提供备用电力和冷却负荷。该方法包括提供存储在低温罐内部的具有液相和气相的液化燃料，通过与低温罐流体联接的泵从低温罐泵送液相的液化燃料第一流，通过与泵联接的热交换器将至少部分的液相的液化燃料第一流转化成气体燃料，以及将至少部分的气体燃料分配到接收燃料箱。该方法还包括从与热交换器集成的制冷单元向有需要的设施提供冷却负荷，以及使用备用电力单元使用来自低温罐的处于气相或处于液相或处于气相和液相两者的液化燃料的第二流来发电。
[0010]在一些实施方式中，液化燃料包括氢或者为氢。通过使用设置在低温罐内部的浸没式液体泵压缩液化燃料以将液相的液化燃料第一流泵出低温罐。该方法可进一步包括从制冷单元向热交换器提供热负荷，以及从热交换器向制冷单元提供冷却负荷。
[0011]在一些实施方式中，该方法还包括将液化燃料的第一流分为第一部分和第二部分。第一部分通过热交换器。该方法还包括将气体燃料和第二部分混合以形成待分配的压缩气体燃料。
[0012]在一些实施方式中，当需要备用电力时，在一天内将低温罐中的液化燃料按重量计的总储存容量的30％以下提供给备用电力单元。在备用电力单元中产生的电力从备用电力单元被提供给诸如数据中心的设施，并且来自制冷单元的冷却负荷被用于冷却诸如数据中心的设施。备用电力是间歇地提供的。可以每天定期提供冷却负荷。
[0013]在一些实施方式中，通过备用电力单元中的一个或多个燃料电池或内燃机产生电力。该方法还可以包括将至少部分的气体燃料从热交换器供应到备用电力单元以用于产生电力。
[0014]在一些实施方式中，低温罐中的液化燃料由与低温罐流体联接的液化器提供。液化器被配置为将在生产单元中产生的气体压缩成液化燃料。例如，生产单元包括至少一个用于从水中生产氢气的电解槽。在一些实施方式中，至少一个电解槽或液化器或两者至少部分地由太阳能或风能供电。
[0015]本专利技术中提供的系统和方法提供了如本文所述的许多优点。例如，在一些实施方式中，本专利技术提供了一种用于给车辆加燃料的加氢站，同时还向例如数据中心提供备用电力和冷却负荷。与独立存储选项相比，本专利技术中的系统显著减少了用于为数据中心提供备用电力的氢汽化的损失。来自热交换器或汽化器的过度冷却负荷被有效且高效地利用。该系统提供了更高的冷却负荷，而当热交换器与制冷单元集成时，热交换器被更有效地使用。
附图说明
[0016]当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本专利技术。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地
扩大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的特征。
[0017]图1是根据一些实施方案的第一示例性系统例如包括备用发电机和制冷单元的加氢站的框图。
[0018]图2是根据一些实施方案的第二示例性系统例如加氢站的框图，所述加氢站包括用于向数据中心提供备用电力的备用发电机和向数据中心提供冷却负荷的制冷单元。
[0019]图3是根据一些实施方式的第三示例性系统例如加氢站的框图，该加氢站包括用于向数据中心提供备用电力的备用发电机、向数据中心提供冷却负荷的制冷单元、制氢单元和液化器。
[0020]图4A是根据一些实施方式的示例性方法的流程图，该方法包括分配诸如氢的液化燃料、提供备用电力和提供冷却负荷。
[0021]图4B是包括一些步骤的流程图，这些步骤包括在图4A的示例性方法中。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：低温罐，所述低温罐被配置为在其中储存液化燃料，所述液化燃料包括液相和气相；泵，所述泵与所述低温罐流体联接并且被配置为从所述低温罐提供液相的所述液化燃料的第一流；热交换器，所述热交换器与所述泵联接并且被配置为将至少部分所述液相的液化燃料的第一流转化为气体燃料；分配器，所述分配器被配置为将至少部分所述气体燃料分配到接收燃料箱；与所述热交换器集成的制冷单元，其中，所述制冷单元被配置为向所述热交换器提供热负荷，并且所述热交换器被配置为向所述制冷单元提供冷却负荷；以及备用电力单元，所述备用电力单元被配置为从所述低温罐接收处于气相或处于液相或处于气相和液相的所述液化燃料的第二流并且发电。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液化燃料包括氢。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述泵为浸没式液体泵，所述浸没式液体泵设置在所述低温罐内部并且被配置为压缩液化燃料的第一流为液相。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括分流器，所述分流器设置在所述泵与所述热交换器之间，并且被配置为将所述液化燃料的第一流分流为第一部分和第二部分，其中，所述热交换器被配置为将所述第一部分转化为所述气体燃料；优选地，所述系统还包括混合器，所述混合器被配置为将所述气体燃料和所述第二部分混合以形成待分配的压缩气体燃料或液体燃料。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气体燃料是压力在25MPa至90MPa范围内且温度在
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50℃至环境温度范围内的压缩氢气。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述备用电力单元被配置为在一天内接收所述低温罐中的所述液化燃料的总存储容量的30重量％以下；优选地，所述备用电力单元被配置为在一天内接收所述低温罐中的所述液化燃料的总储存容量的20重量％以下。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述备用电力单元被配置为向数据中心提供电力，并且所述制冷单元被配置为向所述数据中心提供冷却负荷。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述备用电力单元包括一个或多个燃料电池或内燃机，以通过处于气相或液相或两者的所述液化燃料的第二流发电。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述备用电力单元被配置为进一步从所述热交换器接收至少部分所述气体燃料以发电。10.根据权利要求1
‑
9中任意一项所述的系统，其中，所述系统还包括与所述低温罐流体联接的液化器和与所述液化器流体联接的生...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾佑宗，李先明，A，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：