ES2271239T3 - Estacion de aprovisionamiento de hidrogeno. - Google Patents

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Abstract

Estación de aprovisionamiento para hidrógeno licuado e hidrógeno gaseoso sometido a alta presión, que presenta a) al menos un depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra que es adecuado para almacenar hidrógeno licuado (3), b) al menos un depósito (19) de almacenamiento a alta presión que es adecuado para almacenar hidrógeno gaseoso a una presión comprendida entre 300 y 800 bares, c) al menos un primer dispositivo de repostaje (12) a través del cual se pueden repostar vehículos de cualquier clase con hidrógeno líquido, y al menos un segundo dispositivo de repostaje (24) a través del cual se pueden repostar continuamente al mismo tiempo vehículos de cualquier clase con hidrógeno gaseoso sometido a alta presión, d) al menos un intercambiador de calor (18) que sirve para evaporar el hidrógeno líquido (3) retirado del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra, e) al menos una bomba (8) por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra al primer dispositivo de repostaje o a al menos uno de los primeros dispositivos de repostaje (12), f) al menos una bomba criógena (16) de elevación de la presión, por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra al intercambiador de calor (18) y seguidamente al depósito (19) de almacenamiento a alta presión, el cual está unido con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje (24), y g) una tubería (20) de extracción de gas evaporado que une el depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra con el depósito (19) de almacenamiento a alta presión y/o con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje (24), estando dispuesto en esta tubería al menos un compresor (22).

Description

Estación de aprovisionamiento de hidrógeno.
La invención concierne a una estación de aprovisionamiento de hidrógeno licuado y gaseoso sometido a alta presión.
En lo que sigue se anteponen a las designaciones del hidrógeno de acuerdo con su estado de agregación las letras "G" para "gaseoso" y "L" para "licuado" o "líquido"; es decir que, por ejemplo, GH_{2} o LH_{2} significa hidrógeno gaseoso o líquido.
En particular, el hidrógeno adquiere actualmente cada vez más importancia como portador de energía debido a la creciente demanda de energía y a la incrementada concienciación medioambiental. Así están en marcha unos primeros intentos de propulsar aviones, camiones, autobuses y automóviles de turismo por medio de turbinas o motores que funcionan con hidrógeno. Además, se encuentran ya en la fase de ensayo de campo vehículos en los que se genera energía eléctrica por medio de una pila de combustible, la cual a su vez acciona un motor eléctrico. El hidrógeno necesario para el funcionamiento de la pila de combustible es almacenado en estos vehículos en forma líquida o en forma gaseosa y comprimida.
Lo más conveniente en este caso es el almacenamiento del hidrógeno en forma líquida "a bordo" de los medios de transporte antes citados. A este fin, se tiene que enfriar el hidrógeno hasta aproximadamente -248,15ºC (25 K) y se le tiene que mantener a esta temperatura, lo que puede conseguirse solamente con ayuda de medidas de aislamiento correspondientes en los depósitos o tanques de almacenamiento. En los medios de transporte antes citados es en general más desfavorable un almacenamiento en estado gaseoso debido a la pequeña densidad del GH_{2}, ya que el almacenamiento tiene que realizarse aquí a altas presiones en depósitos de almacenamiento de gran volumen.
Con miras a la aceptación del hidrógeno como carburante, los costes para el portador de energía hidrógeno tienen que ser del orden de magnitud de los costes de los carburantes actuales. Lo mismo se aplica para los costes totales de la infraestructura para el hidrógeno, es decir, la generación del hidrógeno, su transporte y las estaciones de aprovisionamiento de hidrógeno necesarias.
Particularmente en lo que respecta al tiempo de transición necesario de los carburantes actuales al hidrógeno, es necesario que la estación de aprovisionamiento de hidrógeno pueda ser integrada en una gasolinera convencional existente. Por tal motivo, ésta tiene que presentar una ocupación de espacio relativamente pequeña y pasarse sin personal especializado adicional.
Dado que en la actualidad se estudian por parte de los diferentes fabricantes de automóviles formas distintas de almacenamiento de hidrógeno a bordo de los vehículos automóviles o se experimenta con ellas, es necesario que la estación de aprovisionamiento de hidrógeno pueda ofrecer - al menos nuevamente durante un tiempo de transición - tanto hidrógeno licuado criógeno como hidrógeno gaseoso sometido a alta presión. Además, se tienen que diseñar estaciones de aprovisionamiento de hidrógeno en forma tan flexible que puedan reaccionar a las fluctuaciones de la demanda de hidrógeno en función de las horas del
día.
Se conocen por los documentos US-A 5,315,831 y US-A 5,537,824 estaciones de aprovisionamiento por medio de las cuales vehículos que funcionan con gas natural pueden ser repostados con LNG y/o CNG.
Según el documento US-A 5 315 831 es posible un repostaje simultáneo de vehículos con LNG o CNG, pero no es posible entonces una extracción simultánea de gas natural líquido y gaseoso del depósito de almacenamiento de gas natural licuado para fines de repostaje.
Según el documento US-A 5 537 824 no es posible un repostaje simultáneo de vehículos con LNG o CNG. La estación de aprovisionamiento de gas natural descrita en este documento está pensada exclusivamente para el repostaje de vehículos con LNG. El gas natural gaseoso (CNG) sirve aquí para imponer una presión saturada más alta a los dos depósitos de almacenamiento. Sin embargo, este CNG puede ser descargado también a través de una abertura de alimentación de CNG. Sin embargo, el documento no dice nada referente a dónde se descarga el CNG.
El cometido de la presente invención consiste en indicar una estación de aprovisionamiento del género expuesto para hidrógeno licuado y gaseoso sometido a alta presión que evite los inconvenientes antes citados y cumpla las condiciones antes citadas.
La estación de aprovisionamiento según la invención para hidrógeno licuado y gaseoso sometido a alta presión presenta
a) al menos un depósito de almacenamiento dispuesto bajo tierra que es adecuado para almacenar hidrógeno licuado,
b) al menos un depósito de almacenamiento a alta presión que es adecuado para almacenar hidrógeno gaseoso a una presión comprendida entre 300 y 800 bares,
c) al menos un primer dispositivo de repostaje a través del cual se pueden repostar vehículos de cualquier clase con hidrógeno líquido, y al menos un segundo dispositivo de repostaje a través del cual se pueden repostar continuamente al mismo tiempo vehículos de cualquier clase con hidrógeno gaseoso sometido a alta presión,
d) al menos un intercambiador de calor que sirve para evaporar el hidrógeno líquido retirado del depósito de almacenamiento dispuesto bajo tierra,
e) al menos una bomba por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido del depósito de almacenamiento dispuesto bajo tierra al primer dispositivo de repostaje o a al menos uno de los primeros dispositivos de repostaje,
f) al menos una bomba criógena de elevación de presión por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido del depósito de almacenamiento dispuesto bajo tierra al intercambiador de calor y seguidamente al depósito de almacenamiento a alta presión que está unido con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje, y
g) una tubería de extracción de gas evaporado que une el depósito de almacenamiento dispuesto bajo tierra con el depósito de almacenamiento a alta presión y/o con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje, estando dispuesto en esta tubería al menos un compresor.
La estación de aprovisionamiento según la invención y otras ejecuciones de la misma serán explicadas con más detalle ayudándose del ejemplo de realización representado en la figura.
La figura muestra una estación de aprovisionamiento que sirve para dispensar hidrógeno licuado y gaseoso sometido a alta presión. Una estación de aprovisionamiento de esta clase presenta uno o varios depósitos de almacenamiento 1 en los que puede almacenarse el hidrógeno licuado. Tales depósitos de almacenamiento están construidos para ello en general con doble pared y presentan un (super)aislamiento correspondiente para mantener las pérdidas por evaporación en un nivel lo más bajo posible.
Por motivos de espacio y también por consideraciones técnicas de seguridad, es conveniente disponer bajo tierra el depósito o los depósitos de almacenamiento 1.
Por este motivo, el depósito o los depósitos de almacenamiento 1 - tal como se representa en la figura - están dispuestos en un almacén de tanques subterráneo 2. Este almacén de tanques subterráneo 2 está constituido por una cubeta 6 en la que se dispone el depósito o los depósitos de almacenamiento 1, así como por una cubierta 5 que cierra la cubeta 6 hacia arriba y que está construida preferiblemente en forma transitable por vehículos, de modo que los vehículos a repostar pueden circular por esta cubierta 5.
Como se representa también en la figura, es conveniente que las bombas necesarias 8 y 16 - sobre las cuales se entrará en más detalles seguidamente - se dispongan también en el almacén de tanques subterráneo 2. Por motivos técnicos de seguridad, puede ser conveniente a este respecto que se subdivida el almacén de tanques subterráneo 2 en varios recintos, estando alojados el depósito o los depósitos de almacenamiento en uno o varios recintos separados, mientras que las bombas mencionadas 8 y 16 están dispuestas también en recintos separados.
Perfeccionando la estación de aprovisionamiento de hidrógeno según la invención, se propone que el almacén de tanques subterráneo 2 presente medios para el alivio de la presión.
De este modo, la presión que se establece dentro del almacén de tanques subterráneo 2 en el caso de una explosión o del estallido de un depósito de almacenamiento 1 puede ser evacuada del almacén de tanques subterráneo 2 y se puede reducir así la magnitud del daño.
El llenado del depósito de almacenamiento 1 con hidrógeno líquido 3 se efectúa a través de una acometida de alimentación 25 que está unida con el depósito de almacenamiento 1 a través de una tubería 26. Dado que en general se produce un gas evaporado durante el proceso de llenado y éste tiene que ser retirado del depósito de almacenamiento 1, hay que prever preferiblemente una tubería de evacuación o de retorno 27.
Se retira hidrógeno licuado 3 del depósito de almacenamiento 1 a través de la tubería 7 y este hidrógeno es alimentado a una llamada bomba de transferencia de LH_{2} 8 que alimenta el hidrógeno licuado al bloque de válvula y de control 10 a través de una tubería 9. La bomba de transferencia de LH_{2} presenta preferiblemente un caudal comprendido entre 3.000 y 6.000 l/h.
Después de pasar por el bloque de válvula y de control 10, el hidrógeno licuado es alimentado al surtidor de LH_{2} 12 propiamente dicho a través de una tubería 11 y pude ser entregado por éste al depósito que se ha de repostar. Dado que - en función del procedimiento de repostaje aplicado - se produce una fracción de hidrógeno en forma gaseosa durante el proceso de repostaje, se ha previsto una tubería de gas de escape 13 a través de la cual puede entregarse - por ejemplo, a la atmósfera - esta fracción de hidrógeno en forma gaseosa.
Asimismo, está eventualmente prevista - de acuerdo con otra ejecución de la estación de aprovisionamiento de hidrógeno según la invención - una tubería de gas de retorno 14 a través del cual la fracción de hidrógeno producida en forma gaseosa antes citada puede ser alimentada al surtidor de GH_{2}, que se ha de describir todavía, o al acumulador de GH_{2} a alta presión.
Es posible también la extracción de hidrógeno licuado 3 del depósito de almacenamiento 1 a través de una tubería adicional 15. El hidrógeno licuado es bombeado a una presión comprendida entre 300 y 800 bares por medio de la bomba criógena 16 de elevación de presión y es alimentado a un intercambiador de calor 18 a través de una tubería 17. En éste se calienta y se evapora el hidrógeno licuado - preferiblemente contra aire ambiente - y a continuación se alimenta este hidrógeno, a través de una tubería, a un acumulador de alta presión 19 que sirve para almacenar el hidrógeno a una presión comprendida entre 300 y 800 bares.
Si se reposta ahora un vehículo con hidrógeno gaseoso a través del surtidor de GH_{2} 24, este hidrógeno pasa entonces del acumulador de alta presión 19 al vehículo a repostar a través de la tubería 23 que une dicho acumulador de alta presión 19 y el surtidor de GH_{2} 24. La capacidad de almacenamiento del acumulador de alta presión 19 ha de diseñarse en este caso de modo que incluso en horas punta sea posible un repostaje continuo de vehículos con hidrógeno gaseoso sometido a alta presión.
Además, puede preverse una tubería 20 a través de la cual se retire del recinto de gas 4 del depósito de almacenamiento 1 el gas evaporado forzosamente producido y se alimente éste a un intercambiador de calor 21 en el que se calienta dicho gas. El gas evaporado calentado es comprimido seguidamente también por medio de un compresor 22 de gas evaporado hasta la presión reinante en el acumulador de alta presión 19 y es conducido hacia éste.
La estación de aprovisionamiento de hidrógeno según la invención hace posible el repostaje (simultáneo) de vehículos de cualquier clase con un medio licuado y con un medio gaseoso sometidos a alta presión.

Claims (6)

1. Estación de aprovisionamiento para hidrógeno licuado e hidrógeno gaseoso sometido a alta presión, que presenta
a) al menos un depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra que es adecuado para almacenar hidrógeno licuado (3),
b) al menos un depósito (19) de almacenamiento a alta presión que es adecuado para almacenar hidrógeno gaseoso a una presión comprendida entre 300 y 800 bares,
c) al menos un primer dispositivo de repostaje (12) a través del cual se pueden repostar vehículos de cualquier clase con hidrógeno líquido, y al menos un segundo dispositivo de repostaje (24) a través del cual se pueden repostar continuamente al mismo tiempo vehículos de cualquier clase con hidrógeno gaseoso sometido a alta presión,
d) al menos un intercambiador de calor (18) que sirve para evaporar el hidrógeno líquido (3) retirado del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra,
e) al menos una bomba (8) por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra al primer dispositivo de repostaje o a al menos uno de los primeros dispositivos de repostaje (12),
f) al menos una bomba criógena (16) de elevación de la presión, por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra al intercambiador de calor (18) y seguidamente al depósito (19) de almacenamiento a alta presión, el cual está unido con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje (24), y
g) una tubería (20) de extracción de gas evaporado que une el depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra con el depósito (19) de almacenamiento a alta presión y/o con el segundo dispositivo de repostaje o con al menos uno de los segundos dispositivos de repostaje (24), estando dispuesto en esta tubería al menos un compresor (22).
2. Estación de aprovisionamiento según la reivindicación 1, caracterizada porque está prevista una tubería (14) que une los dispositivos de repostaje primero y segundo (12, 24).
3. Estación de aprovisionamiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el depósito o los depósitos de almacenamiento (1) dispuestos bajo tierra están instalados en un almacén de tanques subterráneo (2) constituido por una cubeta (6) que presenta una cubierta (5).
4. Estación de aprovisionamiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la bomba (8), por medio de la cual se alimenta el hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra a al menos uno de los primeros o segundos dispositivos de repostaje (12, 24), y/o la bomba criógena (16) de elevación de la presión están dispuestas en el almacén de tanques subterráneo (2).
5. Estación de aprovisionamiento según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque el almacén de tanques subterráneo (2) presenta medios de alivio de la presión.
6. Estación de aprovisionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la bomba (8), por medio de la cual se alimenta hidrógeno líquido (3) del depósito de almacenamiento (1) dispuesto bajo tierra al primer dispositivo de repostaje o a al menos uno de los primeros dispositivos de repostaje (12) a través de los cuales pueden repostarse vehículos de cualquier clase con hidrógeno líquido, presenta un caudal comprendido entre 3.000 y
6.000 l/h.
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