첨단 수소 냉각기 기술로 수소 연료 충전소 최적화

특히 모빌리티 부문에서 수소 기술이 부상함에 따라 광범위한 채택을 지원할 수 있는 강력한 연료 공급 인프라가 필요합니다. 수소 충전소가 시범 프로젝트에서 국가 간 대규모 배치로 전환됨에 따라 이러한 새로운 충전소의 설계와 장비도 발전해야 합니다. 극한의 조건에서도 작동할 수 있어야 하며 증가하는 수요와 사용 빈도를 처리할 수 있어야 합니다. 이러한 발전에는 급성장하는 수소 경제에서 신뢰성, 효율성 및 확장성을 보장하기 위한 정보에 입각한 엔지니어링과 혁신적인 솔루션이 필요합니다.

수소 연료 공급에서 온도 제어의 중요성

수소 냉각 시스템의 주요 목적은 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson Effect)에 수반되는 불가피한 온도 상승과 수소 가스의 압축을 해결하는 것입니다. 이 현상은 단순한 부산물이 아닙니다. 이는 제대로 관리하지 않을 경우 전체 연료 공급 작업을 손상시킬 수 있는 중요한 요소입니다.

수소가 압축되면 차량 저장 탱크의 안전 임계값을 쉽게 초과할 수 있는 자연적인 온도 상승이 발생합니다. 이에 대응하기 위해 T40 프로토콜에 따라 수소의 온도를 목표 범위(일반적으로 -33°C ~ -40°C)까지 효율적으로 낮추도록 설계된 최첨단 냉각 시스템이 사용됩니다. 이 수준의 냉각은 단순한 편의가 아닙니다. 이는 수소 연료의 온도가 저장 탱크의 상한선인 약 85°C를 넘지 않도록 하는 연료 보급 과정에서 없어서는 안될 부분입니다. 이는 탱크의 구조적 무결성을 유지하는 것뿐만 아니라 약 5분 안에 재급유하는 신속한 재급유 프로세스를 촉진하는 데에도 중요합니다.

이러한 냉각 메커니즘이 없으면 재급유 과정의 효율성이 떨어질 뿐만 아니라 심각한 안전 문제도 발생할 수 있습니다. 주유 중 온도가 상승하면 연료 품질 저하 위험이 높아지고 열 관련 안전 사고 가능성이 높아질 수 있습니다.

수소 냉각의 다른 과제

온도 제어의 근본적인 과제 외에도 해당 분야의 전문가가 해결해야 할 다른 고려 사항이 많이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 열 효율: 냉각 시스템의 효율성이 가장 중요합니다. 다양한 환경 조건에서 일관되게 작동해야 하며 다양한 저장 용량을 갖춘 차량의 다양한 요구 사항에 적응해야 합니다.
• 시스템 통합: 수소 냉각 시스템은 다른 스테이션 구성 요소와 원활하게 통합되어야 합니다. 이를 위해서는 스테이션 레이아웃, 구성 요소 호환성 및 최적의 수소 흐름에 대한 다각적인 이해가 필요합니다.
• 에너지 소비: 냉각 시스템의 작동은 에너지 집약적입니다. 성능 저하 없이 에너지 소비를 줄이는 냉각기 기술의 혁신은 전체 스테이션 효율성을 향상시키기 위해 지속적으로 모색되고 있습니다.
• 유지 관리 및 신뢰성: 고성능 냉각 시스템은 안정적이고 유지 관리가 쉬워야 합니다. 여기에는 가동 중지 시간을 최소화하고 중단 없는 서비스를 보장하기 위해 견고한 자재, 안전 장치 및 예측 유지 관리 일정을 사용하는 것이 포함됩니다.
• 환경 고려사항: 냉각 시스템은 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 작동해야 합니다. 여기에는 지구 온난화 가능성이 낮은 냉매를 사용하고 잠재적인 누출이나 배출을 방지하는 시스템을 설계하는 것이 포함됩니다.

연료 충전소의 수소 냉각의 특징

수소가스의 본질적인 폭발 가능성으로 인해 충전소에서 수소를 냉각할 때는 특별한 주의가 필요합니다. 특히 폭발 위험이 가장 큰 디스펜서 주변에서는 안전이 가장 중요합니다. 시스템의 이 부분에 대한 구성 요소 선택은 본질적으로 안전해야 하며 잠재적으로 위험한 환경에서도 완벽하게 작동하도록 설계되어야 합니다. 더 안전한 거리(디스펜서에서 약 20~40m)에 위치할 수 있는 냉동 시스템의 구성 요소와 달리 수소 디스펜싱에 바로 근접한 구성 요소는 엄격한 방폭 표준을 충족해야 합니다.

또한 상당한 전력 변동을 신속하게 처리하려면 냉동 시스템의 제어를 정밀하게 조정해야 합니다. 시스템 반응의 이러한 민첩성은 최대 연료 보급 시간 동안 수요 변동에 관계없이 수소 배출구 온도를 원하는 범위 내에서 일관되게 유지하는 데 중요합니다.

수소 냉각 시스템 크기 조정 기준

냉각 시스템의 크기는 일련의 주요 기준에 따라 결정되며 각 기준은 시스템의 최종 구성에 영향을 미칩니다.

• 온도 요구 사항: T40, T30, T20 또는 맞춤형 수소 출구 온도와 같은 온도 범주 선택에 따라 필요한 냉각 용량이 결정됩니다.
• 급유 압력: 시스템이 H70(700bar) 또는 H35(350bar) 급유 압력을 충족하는지 여부는 시스템 설계 및 성능에 영향을 미칩니다.
• 유량: 급유 중 최고 및 평균 수소 질량 유량(g/초)은 갑작스러운 수요를 처리할 수 있는 시스템의 능력을 알려줍니다.
• 수소의 양: 시간당, 연료 공급 세션당 필요한 총 수소량에 따라 시스템의 처리량이 결정됩니다.
• 디스펜서 수: 디스펜서의 개수는 냉방부하 분포와 시스템의 전체 용량에 영향을 미칩니다.
• 열교환기 입력: 효과적인 냉각을 위해서는 열 교환기로의 최대 수소 유입 온도를 고려해야 합니다.
• 환경적 요인: 규정 준수 및 지속 가능성을 보장하기 위해 주변 온도 범위와 GWP 제한과 같은 냉매 환경 영향을 고려합니다.
• 운영 역학: B2B 급유 빈도 및 칠러와 디스펜서 사이의 거리를 포함한 물리적 레이아웃, 형상 시스템 설계.
• 설치 로케일: 시스템 설치 국가에서는 시스템 크기와 복잡성에 영향을 미치는 특정 규제 또는 기후 요구 사항을 부과할 수 있습니다.

수소 냉각기 시스템의 유형 및 권장 사항

냉각 시스템 중에서는 직접 및 수동 냉각 시스템이 눈에 띄며 각각 고유한 속성과 용도를 가지고 있습니다.

• 수동 냉각 시스템: 이러한 시스템은 직접 냉각에 비해 크기가 작은 것이 특징입니다. 그들은 T40과 같은 연료 공급 프로토콜에 따라 일정한 저온에서 높은 축열량 열교환기를 유지합니다. B2B 급유가 자주 이루어지지 않는 충전소에 이상적이며 특정 충전소 수요에 따라 신중하게 계산된 용량 제한이 있습니다.
• 직접 냉각 시스템: 확산 결합형 열 교환기를 통해 즉각적인 냉각 용량을 제공하는 직접 냉각 시스템은 더 큰 수소 탱크가 있는 버스나 트럭과 같은 중부하 급유 시나리오에 더 적합합니다. 소형 열 교환기는 디스펜서 내부에 완벽하게 맞으며 시스템은 장기간 동안 지속적인 냉각 용량을 제공합니다.

시스템 선택은 지속적이고 안정적인 냉각 서비스를 제공하기 위한 스테이션의 크기, 급유 패턴 및 디스펜서 수에 따라 달라집니다.

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결론

결론적으로, 수소충전소의 성공적인 운영을 위해서는 첨단 수소 냉각 시스템의 구축이 필수적입니다. 이러한 시스템은 차세대 차량의 안전하고 효율적인 급유를 보장할 뿐만 아니라 열 효율성부터 통합 및 환경 지속 가능성에 이르기까지 다양한 운영 문제를 해결합니다. 수소 모빌리티 부문이 확장됨에 따라 냉각 기술의 지속적인 혁신과 전략적 구현은 보다 깨끗하고 에너지 효율적인 미래를 실현하는 데 중추적인 역할을 할 것입니다.