Optimisation des stations de ravitaillement en hydrogène grâce à la technologie avancée de refroidissement à hydrogène

L’essor des technologies de l’hydrogène, en particulier dans le secteur de la mobilité, nécessite une infrastructure de ravitaillement robuste capable de soutenir son adoption généralisée. Alors que les stations à hydrogène passent de projets pilotes à un déploiement à grande échelle dans tous les pays, la conception et l'équipement de ces nouvelles stations doivent évoluer. Ils doivent être capables de fonctionner dans des conditions extrêmes et de gérer une demande et une fréquence d'utilisation accrues. Cette évolution nécessite une ingénierie éclairée et des solutions innovantes pour garantir la fiabilité, l’efficacité et l’évolutivité dans l’économie florissante de l’hydrogène.

L’importance du contrôle de la température dans le ravitaillement en hydrogène

L’objectif principal d’un système de refroidissement à l’hydrogène est de faire face à l’inévitable élévation de température qui accompagne l’effet Joule-Thomson, ainsi qu’à la compression de l’hydrogène gazeux. Ce phénomène n’est pas simplement un sous-produit ; il s’agit d’un facteur critique qui, s’il n’est pas géré correctement, peut compromettre l’ensemble des opérations de ravitaillement.

Lorsque l’hydrogène est comprimé, il subit une élévation naturelle de température qui peut facilement dépasser le seuil de sécurité du réservoir de stockage du véhicule. Pour contrer cela, des systèmes de refroidissement de pointe sont utilisés, conçus pour réduire efficacement la température de l'hydrogène à une plage cible, généralement entre -33°C et -40°C selon le protocole T40. Ce niveau de refroidissement n’est pas une simple commodité ; c’est un aspect indispensable du processus de ravitaillement, garantissant que la température du carburant hydrogène ne dépasse pas la limite supérieure du réservoir de stockage d’environ 85°C. Ceci est crucial non seulement pour le maintien de l’intégrité structurelle du réservoir, mais également pour faciliter un processus de ravitaillement rapide, d’une durée d’environ 5 minutes.

En l’absence de tels mécanismes de refroidissement, non seulement le processus de ravitaillement serait moins efficace, mais cela poserait également d’importants problèmes de sécurité. Des températures élevées pendant la distribution pourraient augmenter le risque de dégradation du carburant et augmenter la probabilité d'incidents de sécurité d'origine thermique.

Autres défis du refroidissement à l’hydrogène

Au-delà des défis fondamentaux du contrôle de la température, il existe de nombreuses autres considérations auxquelles les professionnels du domaine doivent faire face. Ceux-ci inclus:

• Efficacité thermique : L'efficacité d'un système de refroidissement est primordiale. Il doit fonctionner de manière constante dans des conditions environnementales variables et s'adapter aux différentes exigences des véhicules dotés de diverses capacités de stockage.
• Systeme d'intégration: Les systèmes de refroidissement à hydrogène doivent être parfaitement intégrés aux autres composants de la station. Cela nécessite une compréhension multidimensionnelle de l’agencement des stations, de la compatibilité des composants et du flux optimal d’hydrogène.
• Consommation d'énergie: Le fonctionnement d’un système de refroidissement est gourmand en énergie. Les innovations dans la technologie des refroidisseurs qui réduisent la consommation d'énergie sans compromettre les performances sont constamment recherchées pour améliorer l'efficacité globale de la station.
• Entretien et fiabilité : Les systèmes de refroidissement hautes performances doivent être fiables et faciles à entretenir. Cela implique l'utilisation de matériaux robustes, de sécurités intégrées et de calendriers de maintenance prédictive pour minimiser les temps d'arrêt et garantir un service ininterrompu.
• Considérations environnementales: Les systèmes de refroidissement doivent fonctionner avec un impact environnemental minimal. Cela inclut l’utilisation de réfrigérants à faible potentiel de réchauffement climatique et la conception de systèmes empêchant toute fuite ou émission potentielle.

Aspects distinctifs du refroidissement à l’hydrogène dans les stations-service

Une attention particulière est requise lors du refroidissement de l’hydrogène dans les stations de ravitaillement en raison du potentiel explosif intrinsèque de l’hydrogène gazeux. La sécurité est primordiale, en particulier autour de la zone du distributeur où le risque d'explosion est le plus important. La sélection des composants pour cette partie du système doit être intrinsèquement sûre et conçue pour fonctionner parfaitement, même dans des environnements potentiellement dangereux. Contrairement aux composants du système de réfrigération qui peuvent être situés à une distance plus sûre (environ 20 à 40 mètres du distributeur), ceux qui se trouvent à proximité immédiate de la distribution d'hydrogène doivent répondre à des normes antidéflagrantes strictes.

Le contrôle du système de réfrigération doit également être réglé avec précision pour gérer rapidement des fluctuations de puissance importantes. Cette agilité dans la réponse du système est essentielle pour maintenir la température de sortie d'hydrogène de manière constante dans la plage souhaitée, quelle que soit la demande fluctuante pendant les heures de pointe de ravitaillement.

Critères de dimensionnement des systèmes de refroidissement à hydrogène

Le dimensionnement des systèmes de refroidissement dépend d’un ensemble de critères clés, chacun contribuant à la configuration finale du système :

• Exigences de température: La sélection de la catégorie de température, telle que T40, T30, T20, ou une température de sortie d'hydrogène personnalisée, dicte la capacité de refroidissement nécessaire.
• Pression de ravitaillement: Le fait que le système réponde aux pressions de ravitaillement H70 (700 bars) ou H35 (350 bars) affecte la conception et les performances du système.
• Débits: Les débits massiques d’hydrogène de pointe et moyens en grammes par seconde pendant le ravitaillement informent sur la capacité du système à gérer des demandes soudaines.
• Volume d'hydrogène: Le volume total d’hydrogène requis par heure et par séance de ravitaillement détermine le débit du système.
• Nombre de distributeurs: Le nombre de distributeurs influence la répartition de la charge de refroidissement et la capacité globale du système.
• Entrée de l'échangeur de chaleur: Les températures maximales d'entrée d'hydrogène dans l'échangeur thermique doivent être prises en compte pour garantir un refroidissement efficace.
• Facteurs environnementaux: Les plages de température ambiante et l'impact environnemental des réfrigérants, tels que les limitations du GWP, sont pris en compte pour garantir la conformité et la durabilité.
• Dynamique opérationnelle: La fréquence du ravitaillement B2B et la disposition physique, y compris la distance entre le refroidisseur et le distributeur, la conception du système de forme.
• Paramètres régionaux d'installation: Le pays d'installation du système peut imposer des exigences réglementaires ou climatiques spécifiques qui influencent la taille et la complexité du système.

Types et recommandations pour les systèmes de refroidissement à hydrogène

Parmi les systèmes de refroidissement, on distingue les systèmes de refroidissement directs et passifs, chacun avec des attributs et des applications uniques :

• Systèmes de refroidissement passifs: Ces systèmes se caractérisent par leur taille réduite par rapport au refroidissement direct. Ils maintiennent un échangeur de chaleur à masse thermique élevée à une température basse et constante, conformément aux protocoles de ravitaillement comme le T40. Idéales pour les stations avec des ravitaillements B2B peu fréquents, elles ont une limite de capacité soigneusement calculée en fonction des demandes spécifiques de la station.
• Systèmes de refroidissement direct: Offrant une capacité de refroidissement immédiate via un échangeur de chaleur à diffusion, les systèmes de refroidissement direct sont mieux adaptés aux scénarios de ravitaillement lourds comme les bus ou les camions dotés de réservoirs d'hydrogène plus grands. L'échangeur de chaleur compact s'intègre parfaitement dans le distributeur et le système offre une capacité de refroidissement soutenue pendant de longues périodes.

Le choix entre les systèmes dépend de la taille de la station, des modèles de ravitaillement et du nombre de distributeurs, dans le but de fournir un service de refroidissement continu et fiable.

Le refroidisseur SCY fournit la solution ultime au refroidissement à l'hydrogène

Veuillez trouver ci-dessous les modèles de refroidisseurs existants :

Conclusion

En conclusion, le déploiement de systèmes avancés de refroidissement de l’hydrogène est fondamental pour le bon fonctionnement des stations-service en hydrogène. Ces systèmes garantissent non seulement le ravitaillement sûr et efficace des véhicules de nouvelle génération, mais répondent également à une multitude de défis opérationnels, de l'efficacité thermique à l'intégration et à la durabilité environnementale. À mesure que le secteur de la mobilité à hydrogène se développe, l’innovation continue et la mise en œuvre stratégique des technologies de refroidissement seront essentielles pour créer un avenir plus propre et plus économe en énergie.