تحسين محطات التزود بالوقود الهيدروجيني باستخدام تقنية التبريد الهيدروجيني المتقدمة

ويتطلب ظهور تقنيات الهيدروجين، وخاصة في قطاع التنقل، وجود بنية تحتية قوية لتزويد الوقود يمكنها دعم اعتمادها على نطاق واسع. ومع انتقال محطات الهيدروجين من المشاريع التجريبية إلى النشر على نطاق واسع عبر الدول، يجب أن يتطور تصميم ومعدات هذه المحطات الجديدة. يجب أن يكونوا قادرين على العمل في ظل الظروف القاسية والتعامل مع الطلب المتزايد وتكرار الاستخدام. ويتطلب هذا التطور حلولاً هندسية مستنيرة ومبتكرة لضمان الموثوقية والكفاءة وقابلية التوسع في اقتصاد الهيدروجين المزدهر.

أهمية التحكم في درجة الحرارة في التزود بالهيدروجين

الهدف الأساسي لنظام تبريد الهيدروجين هو معالجة الارتفاع الحتمي في درجة الحرارة المصاحب لتأثير جول طومسون، بالإضافة إلى ضغط غاز الهيدروجين. هذه الظاهرة ليست مجرد نتيجة ثانوية؛ فهو عامل حاسم، إذا لم يتم إدارته بشكل صحيح، يمكن أن يعرض عملية التزويد بالوقود بأكملها للخطر.

عندما يتم ضغط الهيدروجين، فإنه يتعرض لارتفاع طبيعي في درجة الحرارة يمكن أن يتجاوز بسهولة الحد الآمن لخزان تخزين السيارة. ولمواجهة ذلك، يتم استخدام أنظمة تبريد حديثة، مصممة لتقليل درجة حرارة الهيدروجين بكفاءة إلى النطاق المستهدف - عادةً بين -33 درجة مئوية و-40 درجة مئوية وفقًا لبروتوكول T40. هذا المستوى من التبريد ليس مجرد راحة؛ فهو جانب لا غنى عنه في عملية التزود بالوقود، مما يضمن عدم تجاوز درجة حرارة وقود الهيدروجين الحد الأعلى لخزان التخزين وهو حوالي 85 درجة مئوية. وهذا أمر بالغ الأهمية ليس فقط للحفاظ على السلامة الهيكلية للدبابة ولكن أيضًا لتسهيل عملية التزود بالوقود السريعة، والتي تستغرق حوالي 5 دقائق.

وفي غياب آليات التبريد هذه، لن تكون عملية التزود بالوقود أقل كفاءة فحسب، بل ستؤدي أيضاً إلى ظهور مخاوف كبيرة تتعلق بالسلامة. قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة أثناء عملية التوزيع إلى زيادة خطر تدهور الوقود وزيادة احتمال وقوع حوادث تتعلق بالسلامة تتعلق بالحرارة.

التحديات الأخرى للتبريد الهيدروجيني

بالإضافة إلى التحديات الأساسية للتحكم في درجة الحرارة، هناك العديد من الاعتبارات الأخرى التي يجب على المتخصصين في هذا المجال التعامل معها. وتشمل هذه:

• الكفاءة الحرارية: كفاءة نظام التبريد أمر بالغ الأهمية. ويجب أن تعمل باستمرار في ظل ظروف بيئية مختلفة وأن تتكيف مع المتطلبات المختلفة للمركبات ذات سعات التخزين المتنوعة.
• نظام التكامل: يجب أن تكون أنظمة التبريد بالهيدروجين متكاملة بسلاسة مع مكونات المحطة الأخرى. وهذا يتطلب فهمًا متعدد الأوجه لتخطيط المحطة، وتوافق المكونات، والتدفق الأمثل للهيدروجين.
• استهلاك الطاقة: تشغيل نظام التبريد يستهلك الكثير من الطاقة. يتم البحث باستمرار عن الابتكارات في تكنولوجيا التبريد التي تقلل من استهلاك الطاقة دون المساس بالأداء لتعزيز كفاءة المحطة بشكل عام.
• الصيانة والموثوقية: يجب أن تكون أنظمة التبريد عالية الأداء موثوقة وسهلة الصيانة. يتضمن ذلك استخدام مواد قوية، وأنظمة آمنة من الفشل، وجداول صيانة تنبؤية لتقليل وقت التوقف عن العمل وضمان عدم انقطاع الخدمة.
• اعتبارات بيئية: يجب أن تعمل أنظمة التبريد بأقل قدر من التأثير البيئي. ويشمل ذلك استخدام المبردات ذات القدرة المنخفضة على الاحتباس الحراري وتصميم أنظمة تمنع أي تسربات أو انبعاثات محتملة.

الجوانب المميزة لتبريد الهيدروجين في محطات التزود بالوقود

ويلزم إيلاء اهتمام خاص عند تبريد الهيدروجين في محطات التزود بالوقود بسبب القدرة الانفجارية الجوهرية لغاز الهيدروجين. تعد السلامة أمرًا بالغ الأهمية، خاصة حول منطقة الموزع حيث يكون خطر الانفجار أكبر. يجب أن يكون اختيار المكونات لهذا الجزء من النظام آمنًا بشكل جوهري، ومصممًا للعمل بشكل لا تشوبه شائبة حتى في البيئات التي يحتمل أن تكون خطرة. على عكس المكونات الموجودة في نظام التبريد والتي يمكن وضعها على مسافة أكثر أمانًا - حوالي 20 إلى 40 مترًا من الموزع - فإن تلك الموجودة على مقربة مباشرة من توزيع الهيدروجين يجب أن تستوفي معايير صارمة ضد الانفجار.

يجب أيضًا ضبط التحكم في نظام التبريد بدقة للتعامل مع التقلبات الكبيرة في الطاقة بسرعة. تعد هذه المرونة في استجابة النظام أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على درجة حرارة مخرج الهيدروجين بشكل ثابت ضمن النطاق المطلوب، بغض النظر عن الطلب المتقلب خلال أوقات الذروة للتزود بالوقود.

معايير تحديد حجم أنظمة التبريد بالهيدروجين

يعتمد حجم أنظمة التبريد على مجموعة من المعايير الأساسية، يساهم كل منها في التكوين النهائي للنظام:

• متطلبات درجة الحرارة: تحديد فئة درجة الحرارة، مثل T40، T30، T20، أو درجة حرارة مخرج الهيدروجين المخصصة، يحدد قدرة التبريد المطلوبة.
• ضغط التزود بالوقود: ما إذا كان النظام سيلبي ضغط إعادة التزود بالوقود H70 (700 بار) أو H35 (350 بار) يؤثر على تصميم النظام وأدائه.
• معدلات التدفق: تبلغ معدلات ذروة ومتوسط ​​تدفق كتلة الهيدروجين بالجرام في الثانية أثناء إعادة التزود بالوقود قدرة النظام على التعامل مع الطلبات المفاجئة.
• حجم الهيدروجين: إجمالي حجم الهيدروجين المطلوب في الساعة وفي كل جلسة تزويد بالوقود يحدد إنتاجية النظام.
• عدد الموزعات: يؤثر عدد الموزعات على توزيع حمل التبريد والقدرة الإجمالية للنظام.
• مدخلات المبادل الحراري: يجب مراعاة درجات الحرارة القصوى لمدخل الهيدروجين إلى المبادل الحراري لضمان التبريد الفعال.
• العوامل البيئية: يتم أخذ نطاقات درجات الحرارة المحيطة والأثر البيئي لغازات التبريد، مثل قيود القدرة على إحداث الاحترار العالمي، في الاعتبار لضمان الامتثال والاستدامة.
• الديناميكيات التشغيلية: تكرار التزود بالوقود بين الشركات والتخطيط المادي، بما في ذلك المسافة بين المبرد والموزع، وتصميم نظام الشكل.
• لغة التثبيت: قد تفرض دولة تثبيت النظام متطلبات تنظيمية أو مناخية محددة تؤثر على حجم النظام وتعقيده.

أنواع وتوصيات لأنظمة تبريد الهيدروجين

من بين أنظمة التبريد، تبرز أنظمة التبريد المباشرة والسلبية، ولكل منها سمات وتطبيقات فريدة:

• أنظمة التبريد السلبية: تتميز هذه الأنظمة بصغر حجمها مقارنة بالتبريد المباشر. إنها تحافظ على مبادل حراري عالي الكتلة عند درجة حرارة منخفضة ثابتة، بما يتماشى مع بروتوكولات التزود بالوقود مثل T40. مثالية للمحطات التي لا تزود بالوقود بشكل متكرر بين الشركات، فهي تتمتع بحد سعة يتم حسابه بعناية بناءً على متطلبات المحطة المحددة.
• أنظمة التبريد المباشر: توفر قدرة تبريد فورية عبر مبادل حراري مرتبط بالانتشار، وتعد أنظمة التبريد المباشرة أكثر ملاءمة لسيناريوهات التزود بالوقود للخدمة الشاقة مثل الحافلات أو الشاحنات المزودة بخزانات هيدروجين أكبر. يتناسب المبادل الحراري المدمج بسلاسة داخل الموزع، ويوفر النظام قدرة تبريد مستدامة لفترات طويلة.

ويعتمد الاختيار بين الأنظمة على حجم المحطة وأنماط التزود بالوقود وعدد الموزعات، وذلك بهدف توفير خدمة تبريد مستمرة وموثوقة.

SCY Chiller Provides the Ultimate Solution to Hydrogen Cooling

يرجى الاطلاع على نماذج المبردات الموجودة أدناه:

استنتاج

وفي الختام، يعد نشر أنظمة تبريد الهيدروجين المتقدمة أمرًا أساسيًا لنجاح تشغيل محطات التزود بالوقود الهيدروجيني. لا تضمن هذه الأنظمة إعادة التزود بالوقود بشكل آمن وفعال لمركبات الجيل التالي فحسب، بل تعالج أيضًا العديد من التحديات التشغيلية - بدءًا من الكفاءة الحرارية ووصولاً إلى التكامل والاستدامة البيئية. ومع توسع قطاع التنقل الهيدروجيني، سيكون الابتكار المستمر والتنفيذ الاستراتيجي لتقنيات التبريد أمرًا محوريًا في توفير مستقبل أنظف وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.