Fare il pieno di idrogeno alla giusta pressione

AUTOMOBIL

Dettagli: Rilasciato: 09.04.2023; Ultimo aggiornamento: 08.04.2024; Hits: 3617

A loro idrogeno (H2) come carburante alternativo per raggiungere una svolta, abbiamo bisogno di auto a idrogeno attraenti e veicoli commerciali ad alte prestazioni che possano essere riforniti in un'infrastruttura di stazioni di rifornimento a livello nazionale. La struttura dell'idrogeno corrispondente Stazioni di servizio richiede molto misurazione, in modo da garantire la sicurezza durante il rifornimento di idrogeno. Wika offre la strumentazione complessa per questo, come valvole, sensori di temperatura o pressione.

contenuto

La fine della "benzina" e del "diesel" è imminente
Ampliamento dell'infrastruttura per il rifornimento di idrogeno
Standard per l'infrastruttura dell'idrogeno ancora in fase di sviluppo
Tre sfide generali dell'idrogeno
Strumentazione complessa nelle stazioni di rifornimento di idrogeno
Conclusioni e prospettive per le stazioni di rifornimento di idrogeno

La fine della "benzina" e del "diesel" è imminente

Il cambiamento climatico è senza un completo cambiamento di mobilità non fermarsi, figuriamoci tornare indietro. I motori a combustione interna convenzionali devono quindi essere sostituiti da alternative rispettose dell'ambiente come ad es. B. la cella a combustibile o l'azionamento elettrico possono essere sostituiti. L'eliminazione graduale dei veicoli alimentati a benzina o diesel sarà accelerata quanto maggiore sarà la domanda di veicoli con guida a zero emissioni.

I veicoli alimentati a idrogeno stanno diventando sempre più importanti qui, perché il Cella a combustibile H2 ha dati prestazionali simili a quelli dei veicoli alimentati a benzina o diesel. Obiettivi ambiziosi per la mobilità H2 nel traffico stradale vengono formulati in tutto il mondo, in particolare nel settore dei veicoli commerciali. Le società di logistica e trasporti hanno già iniziato a convertire le loro flotte in veicoli alimentati a idrogeno. Anche le auto a idrogeno stanno comparendo sempre più spesso sulle strade.

Ampliamento dell'infrastruttura per il rifornimento di idrogeno

L'ulteriore sviluppo della mobilità rispettosa dell'ambiente dipende in modo decisivo dall'ampliamento dell'infrastruttura corrispondente delle stazioni di servizio. Abbiamo anche bisogno di un'adeguata rete di stazioni di rifornimento per l'idrogeno, che garantisca una fornitura senza deviazioni. Ci sono attualmente circa 700 in tutto il mondo Stazioni di rifornimento di idrogeno (ORE). Il numero dovrebbe aumentare a 2030 entro il 6000. In Germania abbiamo attualmente la più fitta rete di stazioni di rifornimento di idrogeno in Europa. All'inizio dell'anno erano in funzione complessivamente 95 stazioni di rifornimento di H2 di questo tipo.

Analogamente all'espansione dell'infrastruttura delle stazioni di rifornimento di idrogeno, la produzione di idrogeno verde aumento. Ciò significa che l'idrogeno può essere ottenuto per elettrolisi Energie rinnovabili significava. Questa è l'unica forma climaticamente neutra di generazione di energia. Secondo le informazioni della società energetica EnBW, 40 impianti in Germania stanno attualmente producendo idrogeno verde. Tali elettrolizzatori sono idealmente collocati vicino a grandi parchi eolici o parchi solari.

Il tuo prodotto verrà consegnato alla stazione di rifornimento di idrogeno nei cosiddetti rimorchi a tubo. Si tratta di rimorchi con una combinazione di sette cisterne tubolari in acciaio. I serbatoi vengono sempre più sostituiti da serbatoi in fibra di carbonio di tipo IV perché offrono una pressione del serbatoio più elevata di 500 bar e più invece dei precedenti 200 bar. Sono anche più leggeri, il che consente un carico utile maggiore. Ciò significa che 1 t di carburante può essere trasportata su un'autocisterna. Comparativamente, il riempimento del serbatoio di un'auto è di circa 4-5 chilogrammi, quello di un camion è di 40 chilogrammi e la tendenza è in aumento.

Standard per l'infrastruttura dell'idrogeno ancora in fase di sviluppo

Parallelamente allo sviluppo dell'infrastruttura, l'industria dell'idrogeno sta ancora lavorando sui propri standard. Vengono elaborate nuove linee guida e le specifiche esistenti vengono adattate ai nuovi sviluppi. L'industria sta spingendo per la standardizzazione completa di componenti e processi. L'utilizzabilità dell'H2 come combustibile deve essere posta su base globale, garantendo al tempo stesso il più alto possibile livelli di sicurezza inteso.

Consiglio di lettura: Tecnologia di misurazione per la produzione di idrogeno

La Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG di Klingenberg e altri produttori di tecnologia di misurazione, che offrono prodotti per il monitoraggio e il controllo presso le stazioni di servizio, hanno difficoltà a orientarsi nel mutevole panorama degli standard. Spesso non è ancora chiaro quali linee guida definire per il proprio portafoglio di idrogeno, indipendentemente dal fatto che si tratti di nuove soluzioni o di modifica di prodotti esistenti. Le specifiche permanenti per le stazioni di rifornimento di idrogeno si trovano, ad esempio, nella serie di norme ISO 19880. E naturalmente l'H2 ha anche proprietà molto specifiche che influenzano lo sviluppo specifico dell'applicazione della misurazione e di altre tecnologie.

Tre sfide generali dell'idrogeno

Indipendentemente dai requisiti specifici della stazione di rifornimento, le proprietà fisico-chimiche dell'H2 sono già significative Requisiti per la tecnologia di misura. Sono i seguenti:

Poiché l'idrogeno è altamente infiammabile, vi sono spesso requisiti corrispondenti per le applicazioni stazionarie protezione contro le esplosioni dei dispositivi utilizzati. A causa della sua piccola dimensione delle particelle, l'H2 penetra nei materiali e forma una miscela esplosiva nell'aria a concentrazioni fino al 4%. Per questo motivo, per l'adattamento al processo dei dispositivi di misura vengono generalmente utilizzati collegamenti con giunti saldati o guarnizioni metalliche.

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Poiché le molecole di H2 sono estremamente piccole, penetrano nelle strutture metalliche. Qui si può infragilimento materiale e rappresentano quindi un rischio per la sicurezza.I produttori di dispositivi di misurazione per applicazioni a idrogeno preferiscono quindi utilizzare acciai austenitici come 316L.
L'idrogeno danneggia a sensori la stabilità a lungo termine desiderata del segnale di misura. La sua adesione al resistore e/o la sua penetrazione nelle strutture sensibili del dispositivo elettronico di misurazione può portare a un offset del segnale oa un errore di misurazione. L'uso di strati di separazione può impedire la penetrazione dell'idrogeno. L'elemento chimico oro, ad esempio, è adatto come materiale per questo.

Alte pressioni con un ampio intervallo di temperature

Oltre a questi requisiti generalmente applicabili per le applicazioni a idrogeno, l'installazione di dispositivi nelle stazioni di rifornimento di idrogeno pone altre sfide specifiche. La tecnologia di misurazione e la tecnologia di controllo devono essere qui per Pressioni fino a 900 bar essere progettati per temperature comprese tra -40° e +85 °C. Queste specifiche derivano dalla costruzione di una stazione di rifornimento di H2 e dal rifornimento stesso di idrogeno:

Come già accennato, l'idrogeno viene consegnato in rimorchi a tubo ad una pressione di 200 bar. Poi compatto Compressori l'H2 in serbatoi ad alta pressione a quasi 900 bar. Questo viene fatto in più fasi. Questa compressione è adattata alla pressione del serbatoio dell'auto a 700 bar. La pressione del serbatoio del camion è attualmente ancora di 350 bar. In futuro sarà aumentata a 700 bar per aumentare la portata. I dati vengono scambiati tra i sensori della pompa (erogatore) e i sensori sul serbatoio del veicolo, con i quali è possibile regolare i valori di pressione e flusso necessari.

Anche il processo di rifornimento deve essere il più possibile ottimizzato nel tempo, con pressione e temperatura svolgono un ruolo importante: da un lato, maggiore è la differenza di pressione tra il veicolo e la stazione di rifornimento, più velocemente scorre l'idrogeno. La pressione specificata dei serbatoi del veicolo non deve essere superata qui. D'altra parte, l'andamento della temperatura lungo il percorso del serbatoio gioca un ruolo, perché l'idrogeno si riscalda durante l'espansione. Per questo motivo, il gas viene prima raffreddato a -40 °C mediante uno scambiatore di calore per mantenere gli 85 °C fino a cui sono specificati i serbatoi del veicolo. Più la temperatura si avvicina a 85 °C, più il processo di rifornimento deve essere rallentato e riadattato dal raffreddamento.

Strumentazione complessa nelle stazioni di rifornimento di idrogeno

Dati questi criteri potenzialmente critici presso le stazioni di rifornimento, il linea di riempimento Le stazioni di rifornimento di idrogeno sono dotate di una strumentazione complessa con sensori di temperatura, pressione e flusso, nonché valvole di sfiato e intercettazione. A causa delle pressioni elevate, i misuratori di portata Coriolis vengono utilizzati in particolare per il monitoraggio della portata.

I punti di misurazione della temperatura e della pressione contribuiscono in modo significativo Sicurezza operativa A. I termometri devono avere tempi di risposta brevi ed essere resistenti alla pressione: l'installazione di un tubo di protezione non è idonea a causa della necessaria rapidità di risposta. La punta del sensore di temperatura deve resistere a pressioni non protette fino a 875 bar. Tuttavia, deve essere così compatto da influire il meno possibile sul flusso dei fluidi. Un collegamento con un collegamento a vite con filettatura conica sigilla in modo affidabile il punto di misura.

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* Sensori di pressione per le stazioni di rifornimento di idrogeno di solito hanno una pressione nominale di 1000 o 1050 bar. Il valore risulta dalla pressione nominale del serbatoio nel veicolo più un fattore di sicurezza relativo alla temperatura. Per un'auto, sono 700 bar. I sensori devono inoltre resistere all'intervallo di temperatura tra -40 °C e +85 °C tipico per HRS. Sono richieste anche la protezione contro le esplosioni e, in alcuni punti di misura, anche la certificazione SIL.

Conclusioni e prospettive per le stazioni di rifornimento di idrogeno

Con la costruzione di un'infrastruttura di stazioni di rifornimento a livello nazionale per auto a idrogeno, i produttori di tecnologia di misurazione si stanno aprendo nuove prospettive nel promettente segmento di mercato H2 Mobility. Perché ciò richiede un gran numero di stazioni di rifornimento di idrogeno ed elettrolizzatori sempre più potenti per la produzione climaticamente neutra di idrogeno verde. Per le grandi stazioni di rifornimento di H2 con lo spazio adeguato, come ad esempio nelle aree di servizio autostradali, può anche essere vantaggioso produrre il proprio idrogeno con elettricità verde. È anche ipotizzabile la costruzione di condotte di idrogeno puro per il collegamento diretto delle stazioni di rifornimento alla futura rete di approvvigionamento.

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I requisiti metrologici per l'infrastruttura dell'idrogeno potranno essere progettati in modo più mirato quando le attuali standardizzazioni saranno state in gran parte completate. L'industria dell'idrogeno sta cercando di ridurre i costi di costruzione e gestione delle stazioni di rifornimento attraverso la standardizzazione, componenti efficienti e processi ottimizzati in modo che il rifornimento di idrogeno abbia un prezzo interessante. Per il produttore della tecnologia di misura, ciò si traduce in ulteriori requisiti nella direzione di aumento di efficienza.

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