用于运输和存储特别是氢气及其混合物的系统的制作方法

本发明的主题是一种用于将氢气及其混合物以其压缩态或液态主要从氢气及其混合物的生产商(例如光伏电池场)运输和存储至终端用户的系统，终端用户通常是零售或批发的气体/氢气分配站、发电厂(例如在峰值电流消耗期间开启的氢电池)、永久使用氢气作为发电和供热的替代、廉价和生态的能源的工厂、降低氢气压力并进一步分配的站，包括进一步分配至单个住宅或位于例如机场的液氢生产站。

背景技术：

1、氢气是能够支持能量转变的低碳能量源，并且其通过取代化石燃料帮助自然环境。氢气可以充当柔性能量载体，增加将可再生能源(res)集成在能量系统中的可能性，由此假设res中的安装容量将用于基于电解制氢的目的，并且绿色氢气将主要来自光伏电站、陆上和海上风电场和核电站以及其它清洁(特别是无co2和甲烷)能源。其将与洞室中的气体类似地存储，但也考虑将这种氢气注入到现有的气体分配网络中。目前，氢气的流行度，特别是使用可再生能源产生的绿色已经覆盖了经济的所有行业。这是由于对气候变化影响的日益增长的关注和对于氢气潜能的日益增长的意识，以减少二氧化碳(co2)、甲烷和其它气体以及污染物的排放。此外，氢气作为化石燃料的替代物并用于能量存储将有助于实现在许多法律和战略中设置的气候目标，包括巴黎协定和欧洲联盟2050气候中和战略。

2、因此，只有氢气可以维持可再生能源扇区的快速发展，这将显著地减少温室气体排放，并且绿色能源的降低的成本和能源混合中其可再生源的增长份额拓宽了对氢气储存太阳能和风能的潜能的理解，因为在燃烧期间，氢气仅产生水蒸气，其立即冷凝并作为完全(脱矿)纯水而不产生二氧化碳，其可返回至环境。

3、从网站https://new.aab.com/process-automation/pl/energy-industries/abb-wodor/dlaczego-teraz上的公开内容已知一种通过电解直接从水中产生氢气的方法，其中施加在两个电极之间的电压将水分裂成两个组分，即氧气和氢气。另一方面，在燃料电池中，过程是相反的，因为氢气和来自空气的氧气在没有燃烧的情况下反应形成水。该反应产生电和废热，氢气在该循环中成为电力的载体。此外，氢气可以直接在可再生能源生产现场生产，并且可以通过管线存储和运输到远处的客户，并且取决于用户的需要，它可以作为材料被燃烧或被再次转换为电。

4、此外，当今已知许多在该过程中使用的电解方法和设备，例如，高温电解，其中高温下的蒸汽经受电解，并且该方法的效率处于90％的水平。

5、同样，从网站https://globeneria.pl/magazyn/sposoby-na--magazynowanie-energii/上的公开已知一种已知为caes(英文为压缩空气能量存储(compressed air energy storage))的将能量存储在压缩空气中的方法，其中剩余的电以压缩空气形式存储在地下储罐中。被压缩到70个大气压的压力的气体具有约1000k(即超过700℃)的温度。当能量需求变得非常高时，来自贮存器的空气被释放并用于驱动产生电力的涡轮机，这种类型的能量存储的效率在40％和70％之间。在压缩空气中的这种类型的剩余能量的储存是泵送的水电能量储存的替代，水电能量储存适合于在长时间内储存非常大量的能量，在其供应过多期间从系统取电，并在增加的需求期间传输，而在这些发电厂中的能量储存效率在65到85％的范围内。

6、此外，在网站http://zs9elektronik.pl/inne/karolina/podr_6_magazynowa nie_i_transport_wodoru.pdf6.3i6.4上的公开中，说明了为了储存、运输和定量掺入，氢气在高压罐中被压缩或在低于氢气的临界温度的温度下(即低于-240℃)以液体形式储存在罐中。氢气可经由管线在短距离上运输。然而，在较长距离上运输的更容易的解决方案是使用特殊容器的轨道或道路运输。此外，许多商业上可获得的技术被用于存储氢气。最常见的方法是使用具有各种尺寸和压力范围的高压罐。氢气还可以存储在地下洞穴、含水层和油气开采后留下的空间中。地下储氢系统类似于天然气存储系统，但是大约贵三倍多。

7、目前，对于以化学形式储存能量有很多尝试，包括以下事实：电流将水分解成氧气和氢气，如上所述，其是优异的燃料，在燃烧期间提供的能量的量与燃料的重量之比最佳，因此氢气也被用作火箭燃料。

8、从在专利申请号pl/ep3123094中给出的关于能量存储的发明中，尤其可以看出：

9、-由于化石能源载体的消耗资源，近年来，可再生能源的使用显著增加。

10、预期在即将到来的几十年中也会增加这些能源的使用，因为除了使化石能源载体的使用更无利可图的原料价格的增长之外，能量策略还将考虑到与大气中二氧化碳(co2)的积聚相关联的全球气候的负面影响。

11、-从现有技术的一般状态中已知各种可再生能源，其包括，例如，对太阳辐射、风力或生物质的使用，由此努力建立有效的能量存储设施，如果需要，该能量存储设施可电地或机械地存储来自可再生能源的能量，并将其馈入电网。

12、-此外，de 102010037474 a1公开了一种用于能量存储系统的罐装置，包括至少一个储罐和至少第一传热介质，该储罐具有容纳存储介质和与所述存储介质接触的至少第一换热器装置的壳体，由此至少第一换热器装置包括第一传热介质。换热器的至少第二装置位于具有第二传热介质的壳体内，由此第二传热介质基本上是气态的。

13、另一方面，波兰专利申请号pl184289描述了一种存储和运输压缩气体特别是存储和运输至气体分配系统的方法，其中在远离分配系统的气体供应点处获得气体，其中所获得的气体被注入到弯曲以形成多个层的基本连续的管道中，多个层的每个包含多个管道圈和/或回路，然后基本上连续的管道与船舶仓中的气体一起被运输到气体分配系统，并且气体在气体分配系统中被排出，由此在气体分配系统中的气体排放期间，基本上连续的管道被冷却并且被冷却的基本上连续的管道被运输回到气体供应点。

14、从发明号wo2012/174642a1的专利描述中已知一种压缩气体能量储存和释放系统(cgesr)，该压缩气体能量储存和释放系统(cgesr)由通过第一导管连接到压缩气体储存容器的气体压缩压缩机组成，压缩的气体从压缩气体储存容器通过在地表下向下延伸的第二管道运输至高温地下地热构造中，在该高温地下地热构造中气体被加热，然后将如此加热的气体引导到由所述压缩气体的膨胀驱动的地上压力发动机，从而将压缩气体转换成机械功，该机械功又通过适当的手段转换为电力。

15、然而，这的本质是通过管道将气体/空气输送到具有高温区域的地热构造以补偿膨胀气体/空气时的温度下降，这转化为压力发动机的延长寿命。在该解决方案中，气体/空气不储存在管道中，而是储存在地质构造中。

技术实现思路

1、本发明的目的是开发一种用于运输和储存特别是氢气及其混合物、主要是由可再生能源和过剩能量网络产生的能量以及其它生态能源(例如核电站)或低排放(绿色)制氢的其它生态能源的系统的简单结构。另一方面，将地面客户竖直直接连接到这种装置的可能性将显著节省氢气或其混合物、分配站的设计和构造，这也将对氢气作为燃料的普及具有积极的影响，同时显著降低了其生产和分配的成本。

2、本发明的另一个目的是开发这样一种用于运输和储存氢气、特别是氢气及其混合物的系统，其将来将允许建立用于生产、分配和消耗氢气的本地通用网络，作为获得各种目的的能量的替代方法。这些网络将自然能够彼此连接成更大和更大的区域，从而没有任何障碍和限制地提供未来社会的廉价形式的“氢化”，这将通过在各个方向、各种角度和任何深度进行的水平钻孔来确保，而不需要执行土方工程和相关的困难和不便。

3、用于将氢气及其混合物从它们的供应器运输和存储到客户的部分地位于地下的装置的特征在于，它由至少两个竖直布置的管状元件组成，至少两个竖直布置的管状元件通过另一管状元件彼此连接，共同形成u形管状轮廓，由此竖直管状元件的上端经由止回阀连接到从连接到至少一个氢气及其混合物的另一管状元件将氢气和/或其混合物泵入其中的管状元件，并且第二竖直管状元件的上端通过止回阀连接至被连接到氢气和/或其混合物的至少一个客户的又一管状元件。加热和冷却装置粘附到形成u形轮廓的管状元件的外表面以及粘附至最后的管状元件，管状u形轮廓被放置在地表下方、在永久冻土边界以下，并且管状u形轮廓”上方的上部地层的重量至少平衡该轮廓中的计划的气体压力。

4、优选地，连接竖直管状元件的管状元件水平地定位在地面之下。

5、同样优选地，连接竖直管状元件的管状元件倾斜位于地表下方，使得在竖直管状元件之一与管状元件之间形成锐角。

6、同样优选地，所有竖直布置的管状元件彼此平行地布置。

7、同样优选地，最后的管状元件设置有安装在止回阀和客户之间的泵。

8、同样优选地，用于平衡氢气和/或其混合物的压力的装置布置在第一泵和止回阀之间。

9、同样优选地，用于平衡氢气和/或其混合物的压力的装置由两个低压平衡罐组成，两个低压平衡罐通过配备有止回阀的管状元件连接到泵，并且还由具有另外的止回阀的另外的管状元件连接到位于地表以下的中压平衡罐，中压平衡罐又经由止回阀连接到管状u形轮廓的竖直管状元件。

10、同样优选地，竖直管状元件和连接管状元件的直径为5-100cm。

11、同样优选地，第一泵在至少100巴的压力下将氢气和/或其混合物泵送到u形轮廓中。

12、此外，用于将氢气及其混合物从它们的供应器运输和存储到客户的部分地位于地下的系统的特征在于，它由位于地面以下的管状u形元件组成，该u形元件在其下部弯曲，由此管状元件的一个上端经由止回阀连接到泵将氢气和/或其混合物从被连接至氢气和/或其混合物的供应器的第一管状元件泵入其中的管状元件，并且管状u形元件的另一上端经由另一止回阀连接到被连接到氢气和/或其混合物的客户的管状元件，并且加热和冷却装置粘附到管状u元件和最后的管状元件的外表面。

13、同样优选地，第一泵在至少100巴的压力下将氢气和/或其混合物泵入管状u形元件。

14、同样优选地，最后的管状元件设置有安装在另一止回阀和客户之间的附加泵。

15、同样优选地，管状u形元件具有至少20mm的直径。

16、根据本发明，特别是通过电解从廉价的当地可再生能源或国家系统的未使用的能量剩余获得的氢气及其混合物以及结合co2捕获或其它绿色制氢方法从化石燃料产生的蓝色氢气的运输和储存系统的使用将允许：

17、-安全的、自动的、立即的和非接触的将氢气/气体从生产者运输到客户以及长期无损失地安全和生态储存高浓度状态下大量的气体/氢气；

18、-将气体/氢气从位于不同地方的各种来源(供应器)同时供应到装置，并且将其供应给单独的客户(这将消除能量和燃料垄断的优势——自由能源)；

19、-终端客户处的氢气/气体价格的显著降低，这也是由于消除了昂贵的道路运输而引起的；

20、-使用和恢复已有的、不再主动开采的矿井，这也将有助于降低逃逸到大气中的甲烷(危险的温室气体)水平。

21、气体/氢气分配站的构造和运行、它们的物理尺寸和位置以及伴随的基础设施的成本显著降低，这是由于不需要在通信路线的关键地方建立靠近分配站和大安全区域的昂贵的储罐，这也将积极地影响使用氢气作为能源的速度和通用性。

22、根据本发明的解决方案将使得能够转变到所谓的"分布式能量"，这将是降低能量成本并节省它的可能的进一步形式中的一种，这是由于不需要构建昂贵且耗能的延伸的传输线。在根据本发明的解决方案中假定的主要是个人用户根据他们自身需要产生和储存氢气的可能性将允许单独的接收者(客户)完全独立于中心国家能源网络，这也将显著地降低能量成本，并且根据所谓的“社会5.0”的概念的假设来运行。