Tối ưu hóa các trạm tiếp nhiên liệu hydro bằng công nghệ máy làm lạnh hydro tiên tiến

Sự phát triển của công nghệ hydro, đặc biệt là trong lĩnh vực di chuyển, đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng cung cấp nhiên liệu mạnh mẽ để có thể hỗ trợ việc áp dụng rộng rãi công nghệ này. Khi các trạm hydro chuyển từ dự án thí điểm sang triển khai quy mô lớn trên khắp các quốc gia, thiết kế và trang bị của các trạm mới này phải phát triển. Chúng phải có khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt và xử lý được nhu cầu và tần suất sử dụng ngày càng tăng. Sự phát triển này đòi hỏi các giải pháp sáng tạo và kỹ thuật sáng tạo để đảm bảo độ tin cậy, hiệu quả và khả năng mở rộng trong nền kinh tế hydro đang phát triển.

Tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ trong nhiên liệu hydro

Mục tiêu chính của hệ thống làm mát hydro là giải quyết sự tăng nhiệt độ không thể tránh khỏi đi kèm với Hiệu ứng Joule-Thomson, cũng như việc nén khí hydro. Hiện tượng này không chỉ đơn thuần là sản phẩm phụ; đây là một yếu tố quan trọng mà nếu không được quản lý đúng cách có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động tiếp nhiên liệu.

Khi hydro bị nén, nhiệt độ của nó tăng lên một cách tự nhiên và có thể dễ dàng vượt quá ngưỡng an toàn của bình chứa trên xe. Để chống lại điều này, các hệ thống làm mát tiên tiến nhất được sử dụng, được thiết kế để giảm nhiệt độ của hydro xuống phạm vi mục tiêu một cách hiệu quả—thường là từ -33°C đến -40°C theo giao thức T40. Mức độ làm mát này không chỉ đơn thuần là sự tiện lợi; đây là một khía cạnh không thể thiếu của quá trình tiếp nhiên liệu, đảm bảo nhiệt độ của nhiên liệu hydro không vượt quá giới hạn trên của bể chứa là khoảng 85°C. Điều này rất quan trọng không chỉ để duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc của bình mà còn giúp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp nhiên liệu nhanh chóng, kéo dài khoảng 5 phút.

Nếu không có cơ chế làm mát như vậy, quá trình tiếp nhiên liệu không chỉ kém hiệu quả hơn mà còn gây ra những lo ngại đáng kể về an toàn. Nhiệt độ tăng cao trong quá trình phân phối có thể làm tăng nguy cơ xuống cấp nhiên liệu và tăng khả năng xảy ra sự cố an toàn liên quan đến nhiệt.

Những thách thức khác của việc làm mát bằng hydro

Ngoài những thách thức cơ bản về kiểm soát nhiệt độ, còn có rất nhiều vấn đề cần cân nhắc khác mà các chuyên gia trong lĩnh vực này phải giải quyết. Bao gồm các:

• Hiệu suất nhiệt: Hiệu quả của hệ thống làm mát là tối quan trọng. Nó phải hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khác nhau và thích ứng với nhu cầu khác nhau của các phương tiện có dung lượng lưu trữ đa dạng.
• Hệ thống tích hợp: Hệ thống làm mát bằng hydro phải được tích hợp liền mạch với các bộ phận khác của trạm. Điều này đòi hỏi sự hiểu biết nhiều mặt về cách bố trí trạm, khả năng tương thích của các bộ phận và dòng khí hydro tối ưu.
• Tiêu thụ năng lượng: Hoạt động của hệ thống làm mát tiêu tốn nhiều năng lượng. Những cải tiến trong công nghệ làm lạnh giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất đang liên tục được tìm kiếm để nâng cao hiệu quả tổng thể của trạm.
• Bảo trì và độ tin cậy: Hệ thống làm mát hiệu suất cao phải đáng tin cậy và dễ bảo trì. Điều này liên quan đến việc sử dụng các vật liệu chắc chắn, an toàn và lịch trình bảo trì dự đoán để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn.
• Cân nhắc về môi trường: Hệ thống làm mát phải hoạt động với tác động môi trường tối thiểu. Điều này bao gồm việc sử dụng chất làm lạnh có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu thấp và thiết kế các hệ thống ngăn chặn mọi rò rỉ hoặc khí thải tiềm ẩn.

Các khía cạnh đặc biệt của việc làm mát bằng hydro trong các trạm tiếp nhiên liệu

Cần đặc biệt chú ý khi làm mát hydro tại các trạm tiếp nhiên liệu do khả năng nổ nội tại của khí hydro. An toàn là điều tối quan trọng, đặc biệt là xung quanh khu vực phân phối, nơi có nguy cơ cháy nổ cao nhất. Việc lựa chọn thành phần cho phần này của hệ thống phải an toàn về bản chất và được thiết kế để hoạt động hoàn hảo ngay cả trong môi trường nguy hiểm tiềm tàng. Không giống như các bộ phận trong hệ thống làm lạnh có thể được đặt ở khoảng cách an toàn hơn—cách bộ phân phối khoảng 20-40 mét—những bộ phận ở gần nơi phân phối hydro phải đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy nổ nghiêm ngặt.

Việc điều khiển hệ thống làm lạnh cũng phải được tinh chỉnh để xử lý nhanh chóng những biến động điện năng đáng kể. Sự linh hoạt trong phản ứng của hệ thống này rất quan trọng để duy trì nhiệt độ đầu ra hydro một cách nhất quán trong phạm vi mong muốn, bất kể nhu cầu dao động trong thời gian tiếp nhiên liệu cao điểm.

Tiêu chí định cỡ hệ thống làm mát bằng hydro

Kích thước của hệ thống làm mát phụ thuộc vào một bộ tiêu chí chính, mỗi tiêu chí góp phần tạo nên cấu hình cuối cùng của hệ thống:

• Yêu cầu về nhiệt độ: Việc lựa chọn loại nhiệt độ, chẳng hạn như T40, T30, T20 hoặc nhiệt độ đầu ra hydro tùy chỉnh, sẽ quyết định công suất làm mát cần thiết.
• Áp suất tiếp nhiên liệu: Việc hệ thống đáp ứng áp suất tiếp nhiên liệu H70 (700 bar) hay H35 (350 bar) sẽ ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu suất của hệ thống.
• Tốc độ dòng chảy: Tốc độ dòng khí hydro trung bình và cao nhất tính bằng gam trên giây trong quá trình tiếp nhiên liệu cho biết khả năng xử lý các nhu cầu đột ngột của hệ thống.
• Khối lượng hydro: Tổng lượng hydro cần thiết mỗi giờ và mỗi lần tiếp nhiên liệu sẽ quyết định công suất của hệ thống.
• Số lượng máy phân phối: Số lượng bộ phân phối ảnh hưởng đến việc phân bổ tải làm mát và công suất tổng thể của hệ thống.
• Đầu vào trao đổi nhiệt: Phải tính đến nhiệt độ tối đa của đầu vào hydro vào bộ trao đổi nhiệt để đảm bảo làm mát hiệu quả.
• Nhân tố môi trường: Phạm vi nhiệt độ xung quanh và tác động môi trường của chất làm lạnh, chẳng hạn như các hạn chế về GWP, được xem xét để đảm bảo tuân thủ và tính bền vững.
• Động lực vận hành: Tần suất tiếp nhiên liệu B2B và cách bố trí vật lý, bao gồm khoảng cách giữa máy làm lạnh và bộ phân phối, thiết kế hình dạng hệ thống.
• Ngôn ngữ cài đặt: Quốc gia lắp đặt hệ thống có thể áp đặt các yêu cầu pháp lý hoặc khí hậu cụ thể ảnh hưởng đến quy mô và độ phức tạp của hệ thống.

Các loại và khuyến nghị cho hệ thống làm lạnh hydro

Trong số các hệ thống làm mát, hệ thống làm mát trực tiếp và thụ động nổi bật, mỗi hệ thống có các thuộc tính và ứng dụng riêng:

• Hệ thống làm mát thụ động: Các hệ thống này được đặc trưng bởi kích thước nhỏ hơn so với làm mát trực tiếp. Họ duy trì bộ trao đổi nhiệt khối lượng nhiệt cao ở nhiệt độ thấp không đổi, phù hợp với các giao thức tiếp nhiên liệu như T40. Lý tưởng cho các trạm tiếp nhiên liệu B2B không thường xuyên, chúng có giới hạn công suất được tính toán cẩn thận dựa trên nhu cầu cụ thể của trạm.
• Hệ thống làm mát trực tiếp: Cung cấp khả năng làm mát tức thời thông qua bộ trao đổi nhiệt liên kết khuếch tán, hệ thống làm mát trực tiếp phù hợp hơn với các tình huống tiếp nhiên liệu hạng nặng như xe buýt hoặc xe tải có bình hydro lớn hơn. Bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn vừa khít với bộ phân phối và hệ thống cung cấp khả năng làm mát bền vững trong thời gian dài.

Sự lựa chọn giữa các hệ thống phụ thuộc vào quy mô của trạm, kiểu tiếp nhiên liệu và số lượng máy phân phối, nhằm mục đích cung cấp dịch vụ làm mát liên tục, đáng tin cậy.

SCY Chiller Provides the Ultimate Solution to Hydrogen Cooling

Mời bạn tham khảo các mẫu máy làm lạnh hiện có dưới đây:

Phần kết luận

Tóm lại, việc triển khai các hệ thống làm mát hydro tiên tiến là nền tảng cho sự vận hành thành công của các trạm tiếp nhiên liệu hydro. Những hệ thống này không chỉ đảm bảo việc tiếp nhiên liệu an toàn và hiệu quả cho các phương tiện thế hệ tiếp theo mà còn giải quyết vô số thách thức vận hành—từ hiệu suất nhiệt đến tích hợp và bền vững môi trường. Khi lĩnh vực di chuyển bằng hydro mở rộng, việc đổi mới liên tục và triển khai chiến lược các công nghệ làm mát sẽ đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra một tương lai sạch hơn, tiết kiệm năng lượng hơn.