一种水电站施工支洞储氢系统及储氢方法
技术领域
本发明涉及水利水电机电技术领域，具体地指一种水电站施工支洞储氢系统及储氢方法。
背景技术
我国水资源丰富，水电建设取得了举世瞩目的成就，其经济和社会效益显著，但也存在着一些不容忽视的问题。如部分水电站送电区域用电负荷与自然径流不协调，电站汛期弃水现象严重，据不完全估算，到2020年，四川弃水电量将达350亿千瓦时，四川水电面临巨大的消纳压力。
近年来水电解制氢技术的研究在世界范围内受到越来越高的重视和支持。因此利用水电站电解制氢，可有效解决电力过剩时水电消纳难题，同时可提高水资源利用率、减小水电站汛期弃水。目前，氢气存储成本大，防火防爆要求高，且水电站产氢量大，水电站储氢技术将成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足之处，而提出了一种水电站施工支洞储氢系统及储氢方法，即利用施工期的临时施工支洞，作为水电站氢气的存储并检验站，隔离性好，既节省了成本又有效利用了空间，为氢气能源在水电站中推广应用具有重要意义。
为实现上述目的，本发明所设计的一种水电站施工支洞储氢系统，包括水电站的施工支洞，其特殊之处在于，所述施工支洞设置于山体地表线以下，包括氢气传输系统、置换吹扫系统和防火防爆系统：
所述氢气传输系统用于存储制氢系统输送的氢气并将存储的氢气通过管路系统传输至氢气燃料电池；
所述隔离检修系统用于为氢气传输系统进行氮气置换和/或充水置换；
所述防火防爆系统设置于施工支洞内壁四周，用于为施工支洞储氢系统提供防火防爆设施。
进一步地，所述氢气传输系统包括若干个贮氢罐，每一个贮氢罐设置有一个与制氢系统连通的阀门和一个与氢气燃料电池连通的阀门。
更进一步地，所述置换吹扫系统包括数量与贮氢罐相同的氢气集装格和一个氮气集装格，氢气集装格的输入端与贮氢罐连接、输出端与氢气燃料电池连接。
更进一步地，所述置换吹扫系统包括数量与贮氢罐相同的氢气集装格和一个氮气集装格，氢气集装格的输出端与氢气燃料电池连接，所述氮气集装格与贮氢罐之间设置有置换管路，置换管路上设置有氮气输送管路总阀门和贮氢罐连通的氮气输送分阀门。
更进一步地，所述施工支洞的底坡平顺，洞室围岩稳定。
更进一步地，每一个所述贮氢罐的底部设置有排污口，排污口通过排污管收集施工支洞的污水。
更进一步地，所述氢气集装格通过专用框架固定，采用集气管将若干支高压氢气钢瓶接口并联组合。
更进一步地，所述防火墙为不燃烧实体墙，高度不小于2.5m。
本发明还提出一种基于上述水电站施工支洞储氢系统的储氢方法，其特殊之处在于，包括传输氢气步骤和置换吹扫步骤，
传输氢气：氢气传输系统将从制氢系统接收的氢气输送至氢气燃料电池；
置换吹扫：关闭制氢系统与氢气传输系统的阀门，启动置换吹扫系统中氢气集装格向氢气燃料电池供气，开启隔离检修系统中氮气集装格与贮氢罐之间的连接阀门，向贮氢罐输送氮气，进行氮气置换检修，完成后关闭隔离检修系统中氮气集装格与贮氢罐之间的连接阀门，开启制氢系统与氢气传输系统的阀门，向贮氢罐输送氢气，进入传输氢气步骤。
优选地，所述氢气传输系统包括若干个贮氢罐时，每一个贮氢罐的置换吹扫步骤依次进行。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：
(1)本发明技术利用水电站施工支洞储氢，隔离性好，既节省了成本又有效利用了空间。
(2)本发明技术可直接应用于地下水电站，对氢气能源在水电站中的开发利用和推广具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一种水电站施工支洞储氢系统的结构示意图。
图2为本施工支洞在水电站中的位置示意图。
图中：施工支洞1，通风洞2，贮氢罐3，氢气集装格4，氮气集装格5，阀门6.1，6.2，6.3，6.4，6.5，6.6，6.11，6.13，6.15，排污阀门6.7，6.8，6.9，氮气输送分阀门6.10，6.12，6.14，氮气输送管路总阀门6.16，接地线7，防火墙8，风机9，氢气浓度报警仪10，排污管11，压力表12、流量计13。
具体实施方式
为了使本发明技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提出的一种水电站施工支洞储氢系统，包括水电站内设置于山体地表线以下的施工支洞1。施工支洞1，包括氢气传输系统、置换吹扫系统和防火防爆系统。氢气传输系统用于存储制氢系统输送的氢气并将存储的氢气通过管路系统传输至氢气燃料电池；隔离检修系统用于为氢气传输系统进行氮气置换和/或充水置换；防火防爆系统设置于施工支洞1内壁四周，用于为施工支洞储氢系统提供防火防爆设施。施工支洞要求底坡平顺，洞室围岩稳定性好。
氢气传输系统包括若干个贮氢罐3，本实施例中贮氢罐3为三个，设计压力为1.0～20MPa。贮氢罐3的数量和规格由电站制氢规模而定，且视施工支洞1的高度可选择立式或卧式贮氢罐。每一个贮氢罐3设置有一个与制氢系统连通的阀门和一个与氢气燃料电池连通的阀门。三个贮氢罐3.1、3.2、3.2分别通过阀门6.1、6.2、6.3与制氢系统连通，通过阀门6.4、6.5、6.6与氢气燃料电池连通。三个贮氢罐3.1、3.2、3.2与阀门6.4、6.5、6.6之间的管路上分别设置有压力表12和流量计13。压力表12用来监测贮氢罐3出口气压及输氢管路气压；流量计13用来监测贮氢罐3出口输氢流量。三个贮氢罐3.1、3.2、3.2底部分别设有排污口，排污口分别通过排污阀门6.7、6.8、6.9与排污管11连通，排污管11用来收集排放施工支洞1的污水。
置换吹扫系统包括数量与贮氢罐3相同的氢气集装格4和一个氮气集装格5。氢气集装格4通过专用框架固定，采用集气管将若干支高压氢气钢瓶接口并联组合。三个氢气集装格4.1、4.2、4.2的输出端分别通过阀门6.11、6.13、6.15与氢气燃料电池连接，氮气集装格5与贮氢罐3之间设置有置换管路，置换管路上设置有氮气输送管路总阀门6.16和分别与三个贮氢罐3.1、3.2、3.2连通的氮气输送分阀门6.10、6.12、6.14，贮氢罐3.1、3.2、3.2与氮气输送分阀门6.10、6.12、6.14的管路上也分别设置有压力表12。
防火防爆系统包括设置于施工支洞1顶部与山体地表线上外部空间连通的通风洞2，通风洞2的底部设置有风机9，风机9用来施工支洞的通风换气。防火防爆系统还包括设置于施工支洞1四周的防火墙8、接地线7和氢气浓度报警仪10。氢气浓度报警仪10用来检测施工支洞的氢气浓度。防火墙8为不燃烧实体墙，高度不小于2.5m。当施工支洞内氢气的浓度达到或超过预置报警值50ppm时，氢气浓度报警仪10立即发出声光报警，并驱动风机9，可及时采取安全切断措施。
防火防爆系统为独立的单元，氢气传输系统与置换吹扫系统之间由阀门进行切换。氢气传输系统以每个贮氢罐3为单位，为独立的运行系统，当其运行时，其置换吹扫系统为退出运行状态。当检修其中一台贮氢罐3时，氢气集装格4为备用启动运行，贮氢罐3退出氢气传输系统，其置换吹扫系统投入使用。当检修完毕，置换吹扫系统即可退出。
基于上述系统，本发明还提出一种储氢方法，包括传输氢气步骤和置换吹扫步骤，传输氢气：氢气传输系统将从制氢系统接收的氢气输送至氢气燃料电池；置换吹扫：关闭制氢系统与氢气传输系统的阀门，启动置换吹扫系统中氢气集装格4向氢气燃料电池供气，开启隔离检修系统中氮气集装格5与贮氢罐3之间的连接阀门，向贮氢罐3输送氮气，进行氮气置换检修，完成后关闭隔离检修系统中氮气集装格5与贮氢罐3之间的连接阀门，开启制氢系统与氢气传输系统的阀门，向贮氢罐3输送氢气，进入传输氢气步骤。
具体过程包括：
传输氢气：氢气传输系统启动运行时，阀门6.1～6.3开启，接收制氢装置氢气；阀门6.4～6.6开启，传输氢气；阀门6.7～6.16关闭。
置换吹扫：贮氢罐3.1的置换吹扫系统启动时，首先进行贮氢罐3.1的隔离：关闭阀门6.1，停止制氢装置供气，监测贮氢罐3.1出口压力表12，当压力降低至0.8Mpa以下，关闭阀门6.4。开启阀门6.15启动备用氢气集装格4.3给氢气燃料电池供气。然后进行贮氢罐3.1的检修：开启贮氢罐3.1排空门，直至压力下降至0.2Mpa后关闭排空门。贮氢罐3.1底部排污口连接氮气集装格5的置换管路，首先开启氮气集装格5上的阀门6.16，氮气输送管路阀门6.10，开启贮氢罐3.1底部接口阀门6.7进行氮气置换，当贮氢罐3.1内氢气含量≤2％时，停止置换。关闭阀门6.16、阀门6.10，切断氮气置换，然后同样的操作做充水置换，进行贮氢罐3.1密封性及相关检验工作。试验检修完毕后，排净贮氢罐3.1中的水，排出的水经贮氢罐排污口排至施工支洞排污管11，重复氮气置换工作，氮气置换合格后，重新开启贮氢罐3.1与氢气传输系统之间的阀门6.4。
贮氢罐3.2、3.3的检修隔离工作可按上述步骤依次进行。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
