Оптимизация водородных заправочных станций с помощью передовой технологии водородного охлаждения

Развитие водородных технологий, особенно в секторе мобильности, требует наличия надежной заправочной инфраструктуры, которая могла бы поддержать их широкое внедрение. По мере того как водородные станции переходят от пилотных проектов к крупномасштабному развертыванию в разных странах, конструкция и оборудование этих новых станций должны развиваться. Они должны быть способны работать в экстремальных условиях и справляться с повышенным спросом и частотой использования. Эта эволюция требует информированного проектирования и инновационных решений для обеспечения надежности, эффективности и масштабируемости в растущей водородной экономике.

Важность контроля температуры при заправке водородом

Основная цель системы водородного охлаждения — устранить неизбежное повышение температуры, которое сопровождает эффект Джоуля-Томсона, а также сжатие газообразного водорода. Это явление не просто побочный продукт; это критический фактор, который, если им не управлять должным образом, может поставить под угрозу всю операцию заправки.

Когда водород сжимается, его температура естественным образом повышается, что может легко превысить безопасный порог резервуара для хранения автомобиля. Чтобы противодействовать этому, используются современные системы охлаждения, предназначенные для эффективного снижения температуры водорода до целевого диапазона — обычно от -33°C до -40°C в соответствии с протоколом T40. Такой уровень охлаждения – не просто удобство; это обязательный аспект процесса заправки, гарантирующий, что температура водородного топлива не превысит верхний предел резервуара для хранения, составляющий примерно 85°C. Это имеет решающее значение не только для поддержания структурной целостности бака, но и для обеспечения быстрого процесса заправки, который занимает примерно 5 минут.

В отсутствие таких механизмов охлаждения процесс дозаправки не только будет менее эффективным, но и создаст серьезные проблемы с безопасностью. Повышенные температуры во время заправки могут повысить риск ухудшения качества топлива и увеличить вероятность нарушений безопасности, связанных с перегревом.

Другие проблемы водородного охлаждения

Помимо фундаментальных проблем контроля температуры, существует множество других проблем, с которыми приходится сталкиваться профессионалам в этой области. К ним относятся:

• Тепловая эффективность: Эффективность системы охлаждения имеет первостепенное значение. Он должен стабильно работать в различных условиях окружающей среды и адаптироваться к различным требованиям транспортных средств с различной вместимостью.
• Системная интеграция: Системы водородного охлаждения должны быть легко интегрированы с другими компонентами станции. Это требует многогранного понимания компоновки станции, совместимости компонентов и оптимального потока водорода.
• Потребление энергии: Работа системы охлаждения энергозатратна. Инновации в технологии чиллеров, позволяющие снизить энергопотребление без ущерба для производительности, постоянно находятся в поиске для повышения общей эффективности станции.
• Обслуживание и надежность: Высокопроизводительные системы охлаждения должны быть надежными и простыми в обслуживании. Это предполагает использование прочных материалов, отказоустойчивых систем и графиков профилактического технического обслуживания, чтобы свести к минимуму время простоя и обеспечить бесперебойное обслуживание.
• Экологические соображения: Системы охлаждения должны работать с минимальным воздействием на окружающую среду. Это включает в себя использование хладагентов с низким потенциалом глобального потепления и разработку систем, предотвращающих любые потенциальные утечки или выбросы.

Особенности водородного охлаждения на АЗС

Особое внимание требуется при охлаждении водорода на заправочных станциях из-за взрывоопасности газообразного водорода. Безопасность имеет первостепенное значение, особенно в зоне ТРК, где риск взрыва наиболее значителен. Выбор компонентов для этой части системы должен быть искробезопасным и предназначенным для безупречной работы даже в потенциально опасных средах. В отличие от компонентов холодильной системы, которые могут быть расположены на более безопасном расстоянии — примерно 20–40 метров от колонки, — компоненты, находящиеся в непосредственной близости от раздачи водорода, должны соответствовать строгим стандартам взрывозащиты.

Управление холодильной системой также должно быть точно настроено, чтобы быстро справляться со значительными колебаниями мощности. Такая гибкость реакции системы имеет решающее значение для поддержания температуры водорода на выходе в пределах желаемого диапазона, независимо от колебаний спроса в периоды пиковой заправки.

Критерии выбора систем водородного охлаждения

Выбор систем охлаждения зависит от набора ключевых критериев, каждый из которых влияет на окончательную конфигурацию системы:

• Требования к температуре: Выбор температурной категории, такой как T40, T30, T20 или пользовательская температура на выходе водорода, определяет необходимую холодопроизводительность.
• Давление заправки: Будет ли система обеспечивать давление заправки H70 (700 бар) или H35 (350 бар), влияет на конструкцию и производительность системы.
• Расходы: Пиковый и средний массовый расход водорода в граммах в секунду во время заправки информируют о способности системы справляться с внезапными потребностями.
• Объем водорода: Общий объем водорода, необходимый в час и за один сеанс заправки, определяет пропускную способность системы.
• Количество дозаторов: Количество диспенсеров влияет на распределение охлаждающей нагрузки и общую производительность системы.
• Вход теплообменника: Для обеспечения эффективного охлаждения необходимо учитывать максимальную температуру водорода на входе в теплообменник.
• Факторы окружающей среды: Диапазоны температур окружающей среды и воздействие хладагента на окружающую среду, например ограничения ПГП, считаются гарантирующими соответствие и устойчивость.
• Операционная динамика: Частота заправок B2B и физическое расположение, включая расстояние между охладителем и колонкой, определяют конструкцию системы.
• Язык установки: Страна установки системы может предъявлять особые нормативные или климатические требования, влияющие на размер и сложность системы.

Типы и рекомендации для водородных холодильных систем

Среди систем охлаждения выделяются системы прямого и пассивного охлаждения, каждая из которых имеет уникальные характеристики и области применения:

• Пассивные системы охлаждения: Эти системы характеризуются меньшими размерами по сравнению с системами прямого охлаждения. Они поддерживают теплообменник с высокой теплоемкостью при постоянной низкой температуре в соответствии с протоколами заправки, такими как T40. Они идеально подходят для станций с нечастой заправкой B2B, поскольку имеют предел мощности, который тщательно рассчитывается с учетом конкретных потребностей станции.
• Системы прямого охлаждения: Предлагая немедленную охлаждающую способность за счет диффузионного теплообменника, системы прямого охлаждения лучше подходят для сценариев заправки тяжелых грузов, таких как автобусы или грузовики с большими баками для водорода. Компактный теплообменник легко помещается внутри колонки, а система обеспечивает постоянную охлаждающую способность в течение длительного периода времени.

Выбор между системами зависит от размера станции, схемы заправки и количества заправочных станций с целью обеспечения непрерывного и надежного охлаждения.

Чиллер SCY — идеальное решение для водородного охлаждения

Ниже представлены существующие модели чиллеров:

Портативный чиллер с воздушным охлаждением

2-тонный гликолевый охладитель: тройной вход/выход, специальная конструкция -30°C

Портативный чиллер с воздушным охлаждением

7 тонн (-10°C) + 8,5 тонн (20°C) 2 системы в одном промышленном чиллере с воздушным охлаждением

Винтовой чиллер с водяным охлаждением

44-тонный низкотемпературный гликоль-чиллер с водяным охлаждением

Винтовой чиллер с водяным охлаждением

35-тонный промышленный винтовой низкотемпературный чиллер с водяным охлаждением

Портативный чиллер с воздушным охлаждением

1,5-тонный портативный гликоль-чиллер с воздушным охлаждением

Заключение

В заключение отметим, что внедрение передовых систем водородного охлаждения имеет основополагающее значение для успешной работы водородных заправочных станций. Эти системы не только обеспечивают безопасную и эффективную заправку автомобилей следующего поколения, но также решают множество эксплуатационных задач — от термической эффективности до интеграции и экологической устойчивости. По мере расширения сектора водородной мобильности постоянные инновации и стратегическое внедрение технологий охлаждения будут иметь решающее значение для обеспечения более чистого и энергоэффективного будущего.