Fyll på med väte vid rätt tryck

AUTOMOBIL

Detaljer: Släppt: 09.04.2023; Senast uppdaterad: 08.04.2024; Träffar: 3624

Till dem väte (H2) som ett alternativt bränsle för att nå ett genombrott behöver vi attraktiva vätgasbilar och högpresterande kommersiella fordon som kan tankas i en rikstäckande bensinstationsinfrastruktur. Strukturen för motsvarande väte bensinstationer kräver mycket mätning, så att säkerheten vid tankning med vätgas garanteras. Wika erbjuder den komplexa instrumenteringen för detta, såsom ventiler, temperatur- eller tryckgivare.

innehåll

Slutet på "bensin" och "diesel" är nära förestående
Utbyggnad av infrastrukturen för påfyllning av vätgas
Standarder för vätgasinfrastruktur fortfarande under utveckling
Tre allmänna utmaningar för väte
Komplex instrumentering vid vätgastankstationer
Slutsats och utsikter för vätgastankstationer

Slutet på "bensin" och "diesel" är nära förestående

Klimatförändringen är utan en heltäckande rörlighet förändras inte stanna, än mindre vända tillbaka. Konventionella förbränningsmotorer måste därför ersättas med miljövänliga alternativ som t.ex. B. bränslecellen eller den elektriska drivningen kan bytas ut. Utfasningen av fordon som körs på bensin eller diesel kommer att påskyndas ju fler fordon med utsläppsfria körningar efterfrågas.

Vätgasdrivna fordon hamnar alltmer i fokus här, eftersom H2 bränslecell har prestandadata liknande den för fordon som drivs med bensin eller diesel. Ambitiösa mål för H2-mobilitet i vägtrafiken formuleras över hela världen, särskilt inom kommersiella fordonssektorn. Logistik- och transportföretag har redan börjat konvertera sina flottor till vätgasdrivna fordon. Vätgasdrivna bilar dyker också allt oftare upp på gatorna.

Utbyggnad av infrastrukturen för påfyllning av vätgas

Den fortsatta utvecklingen av miljövänlig mobilitet beror i avgörande grad på utbyggnaden av motsvarande bensinstationsinfrastruktur. Vi behöver också ett lämpligt bensinstationsnät för vätgas, som garanterar en försörjning utan omvägar. Det finns för närvarande cirka 700 över hela världen Tankstation för vätgas (TIMMAR). Antalet förväntas öka till 2030 6000 år 95. I Tyskland har vi för närvarande det tätaste nätverket av vätgastankstationer i Europa. Totalt var 2 sådana HXNUMX-tankstationer i drift i början av året.

Analogt med utbyggnaden av vätgastankstationens infrastruktur, produktion av grönt väte öka. Detta innebär att väte kan erhållas genom elektrolys Förnybar energi menade. Detta är den enda klimatneutrala formen av energiproduktion. Enligt uppgifter från energibolaget EnBW producerar 40 anläggningar i Tyskland för närvarande grönt väte. Sådana elektrolysörer är idealiskt placerade nära stora vindkraftsparker eller solparker.

Din produkt kommer att levereras till vätgastankstationen i så kallade tubvagnar. Det är släpvagnar med en kombination av sju stålrörstankar. Tankarna ersätts i allt högre grad av kolfibertankar av typ IV eftersom de erbjuder ett högre tanktryck på 500 bar och mer istället för tidigare 200 bar. De är också lättare, vilket ger en högre nyttolast. Det innebär att 1 t bränsle kan transporteras på en tankbil. Jämförelsevis är tankfyllningen av en bil cirka 4 till 5 kg, den för en lastbil är 40 kg och tendensen ökar.

Standarder för vätgasinfrastruktur fortfarande under utveckling

Parallellt med utvecklingen av infrastrukturen arbetar vätgasindustrin fortfarande med sina standarder. Nya riktlinjer tas fram och befintliga specifikationer anpassas till ny utveckling. Branschen driver på för en omfattande standardisering av komponenter och processer. Användbarheten av H2 som bränsle måste placeras på en global basis – samtidigt som man säkerställer högsta möjliga säkerhetsnivåer förstått.

Lästips: Mätteknik för vätgasproduktion

Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG från Klingenberg och andra tillverkare av mätteknik, som erbjuder produkter för övervakning och styrning på macken, har svårt att hitta runt i förändrade standarder. Det är ofta fortfarande oklart vilka riktlinjer som ska definieras för den egna vätgasportföljen, oavsett om det är fråga om nya lösningar eller modifiering av befintliga produkter. Permanenta specifikationer för vätgastankstationer finns till exempel i standardserien ISO 19880. Och naturligtvis har H2 också mycket specifika egenskaper som påverkar den applikationsspecifika utvecklingen av mät- och annan teknik.

Tre allmänna utmaningar för väte

Oavsett de bränslestationsspecifika kraven är de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos H2 redan betydande Krav på mättekniken. De är följande:

Eftersom väte är mycket brandfarligt finns det ofta motsvarande krav för stationära applikationer Explosionsskydd av de enheter som används. På grund av sin lilla partikelstorlek penetrerar H2 material och bildar en explosiv blandning i luften i koncentrationer så låga som 4%. Av denna anledning används vanligtvis anslutningar med svetsfogar eller metalltätningar för processanpassning av mätanordningarna.

7 goda skäl för vätgasdrift & bränslecell

Eftersom H2-molekyler är extremt små penetrerar de metallstrukturer. Här kan du materiell försprödning och därmed utgöra en säkerhetsrisk.Därför föredrar tillverkare av mätanordningar för vätgastillämpningar att använda austenitiska stål som 316L.
Vätgas försämrar kl sensorer den önskade långtidsstabiliteten hos mätsignalen. Dess vidhäftning till motståndet och/eller dess penetrering i känsliga strukturer hos den elektroniska mätanordningen kan leda till en signalförskjutning eller mätfel. Användningen av separerande skikt kan förhindra penetrering av väte. Det kemiska grundämnet guld är till exempel lämpligt som material för detta.

Höga tryck med stort temperaturområde

Utöver dessa allmänt tillämpliga krav för vätgastillämpningar, innebär installationen av anordningar i vätgastankstationer andra specifika utmaningar. Mättekniken och styrtekniken måste finnas här för Tryck upp till 900 bar konstrueras för temperaturer mellan -40° och +85°C. Dessa specifikationer är resultatet av konstruktionen av en H2-tankstation och själva fyllningen med väte:

Som redan nämnts levereras vätgasen i tubvagnar med ett tryck på för närvarande 200 bar. Sedan kompakt Kompressorer H2 i högtryckstankar till nästan 900 bar. Detta görs i flera steg. Denna kompression anpassas till tanktrycket i bilen vid 700 bar. Lastbilens tanktryck är för närvarande fortfarande 350 bar. I framtiden ska den höjas till 700 bar för att öka räckvidden. Data utbyts mellan sensorerna på pumpen (dispensern) och sensorerna på fordonstanken, med vilka de nödvändiga tryck- och flödesvärdena kan regleras.

Tankningsprocessen ska också vara så tidsoptimerad som möjligt, med tryck och temperatur spelar en viktig roll: Å ena sidan, ju högre tryckskillnaden mellan fordonet och tankstationen, desto snabbare strömmar vätgasen. Det angivna trycket på fordonstanken får här inte överskridas. Däremot spelar temperaturkurvan längs tankvägen roll, eftersom vätgasen värms upp vid expansion. Av denna anledning kyls gasen först ner till -40 °C med hjälp av en värmeväxlare för att hålla de 85 °C upp till som fordonstanken är specificerade. Ju närmare temperaturen kommer till 85 °C, desto mer måste tankningsprocessen bromsas ner och justeras genom kylning.

Komplex instrumentering vid vätgastankstationer

Med tanke på dessa potentiellt kritiska kriterier vid tankstationerna fyllningslinje Vätgastankstationerna är komplexa instrumenterade med sensorer för temperatur, tryck och flöde samt avluftnings- och avstängningsventiler. På grund av de höga trycken används speciellt Coriolis flödesmätare för flödesövervakning.

Temperatur- och tryckmätpunkterna bidrar väsentligt Driftsäkerhet på. Termometrarna måste ha korta svarstider och vara trycktåliga: installationen av ett skyddsrör är olämpligt på grund av den nödvändiga snabba responsen. Spetsen på temperatursensorn måste klara oskyddade tryck på upp till 875 bar. Den ska dock vara så kompakt att den påverkar mediaflödet så lite som möjligt. En anslutning med kongängad skruvförslutning tätar mätpunkten på ett tillförlitligt sätt.

Väte + bränslecell: komponenter för energigenerering

den Trycksensorer för vätgastankstationer har vanligtvis ett nominellt tryck på 1000 eller 1050 bar. Värdet kommer från det nominella tanktrycket i fordonet plus en temperaturrelaterad säkerhetsfaktor. För en bil är det 700 bar. Givarna måste även klara temperaturområdet mellan -40 °C och +85 °C som är typiskt för HRS. Explosionsskydd och vid vissa mätpunkter även SIL-certifiering krävs också.

Slutsats och utsikter för vätgastankstationer

Med byggandet av en rikstäckande tankstationsinfrastruktur för vätgasbilar öppnar tillverkarna av mätteknik upp nya perspektiv i det lovande H2 Mobility marknadssegmentet. För detta kräver ett stort antal allt kraftfullare vätgastankstationer och elektrolysörer för klimatneutral produktion av grönt väte. För stora H2-tankstationer med lämpligt utrymme, till exempel vid motorvägsserviceområden, kan det till och med vara lönsamt att producera eget vätgas med grön el. En konstruktion av rena vätgasledningar för direktanslutning av tankstationer till det framtida försörjningsnätet är också tänkbart.

IO-modul säkrar Resato vätgastankstationer

De metrologiska kraven på vätgasinfrastrukturen kan utformas mer målmedvetet när de nuvarande standardiseringarna i stort sett är genomförda. Vätgasindustrin strävar efter att minska kostnaderna för att bygga och driva tankstationer genom standardisering, effektiva komponenter och optimerade processer så att tankning med vätgas blir attraktivt prissatt. För mättekniktillverkaren medför detta ytterligare krav i riktning mot öka effektiviteten.

Wika ställer ut på Hannover Messe 2023.