Faire le plein d'hydrogène à la bonne pression

AUTOMOBIL

Détails: Sortie : 09.04.2023; Dernière mise à jour: 08.04.2024; Visites: 3619

Pour dem hydrogène (H2) comme carburant alternatif pour réaliser une percée, nous avons besoin de voitures à hydrogène attrayantes et de véhicules utilitaires performants qui peuvent être ravitaillés en carburant dans une infrastructure de stations-service à l'échelle nationale. La structure de l'hydrogène correspondant les stations d'essence demande beaucoup mesures, de sorte que la sécurité lors du ravitaillement en hydrogène est garantie. Wika offre l'instrumentation complexe pour cela, comme les vannes, les capteurs de température ou de pression.

Contenu

La fin de "l'essence" et du "diesel" est imminente
Agrandissement de l'infrastructure de ravitaillement en hydrogène
Des normes pour les infrastructures hydrogène encore en développement
Trois défis généraux de l'hydrogène
Instrumentation complexe dans les stations-service à hydrogène
Bilan et perspectives des stations-service hydrogène

La fin de "l'essence" et du "diesel" est imminente

Le changement climatique est sans changement de mobilité ne pas s'arrêter, encore moins revenir en arrière. Les moteurs à combustion interne conventionnels doivent donc être remplacés par des alternatives respectueuses de l'environnement telles que par ex. B. la pile à combustible ou l'entraînement électrique peuvent être remplacés. L'élimination progressive des véhicules fonctionnant à l'essence ou au diesel sera accélérée à mesure que la demande de véhicules à propulsion sans émissions augmentera.

Les véhicules à hydrogène sont de plus en plus mis en avant ici, car le Pile à combustible H2 a des données de performances similaires à celles des véhicules à essence ou diesel. Des objectifs ambitieux de mobilité H2 dans le trafic routier sont formulés dans le monde entier, en particulier dans le secteur des véhicules utilitaires. Les entreprises de logistique et de transport ont déjà commencé à convertir leurs flottes en véhicules à hydrogène. Les voitures à hydrogène apparaissent également de plus en plus souvent dans les rues.

Agrandissement de l'infrastructure de ravitaillement en hydrogène

La poursuite du développement d'une mobilité respectueuse de l'environnement dépend essentiellement de l'extension de l'infrastructure de stations-service correspondante. Nous avons également besoin d'un réseau de stations-service adapté pour l'hydrogène, qui garantisse un approvisionnement sans détours. Il y en a actuellement environ 700 dans le monde Stations de ravitaillement en hydrogène (HRS). Ce nombre devrait passer à 2030 6000 d'ici 95. En Allemagne, nous avons actuellement le réseau de stations-service à hydrogène le plus dense d'Europe. Au total, 2 stations-service HXNUMX de ce type étaient en service au début de l'année.

De manière analogue à l'expansion de l'infrastructure des stations-service à hydrogène, la production de hydrogène vert augmenter. Cela signifie que l'hydrogène peut être obtenu par électrolyse Énergies renouvelables censé. Il s'agit de la seule forme de production d'énergie climatiquement neutre. Selon les informations de l'énergéticien EnBW, 40 usines en Allemagne produisent actuellement de l'hydrogène vert. De tels électrolyseurs sont idéalement situés à proximité de grands parcs éoliens ou de parcs solaires.

Votre produit sera livré à la station de remplissage d'hydrogène dans des remorques dites à tubes. Ce sont des remorques avec une combinaison de sept réservoirs en acier tubulaire. Les réservoirs sont de plus en plus remplacés par des réservoirs en fibre de carbone de type IV car ils offrent une pression de réservoir plus élevée de 500 bars et plus au lieu des 200 bars précédents. Ils sont également plus légers, ce qui permet une charge utile plus élevée. Cela signifie qu'une tonne de carburant peut être transportée sur un camion-citerne. Comparativement, le remplissage du réservoir d'une voiture est d'environ 1 à 4 kilogrammes, celui d'un camion est de 5 kilogrammes et la tendance est à la hausse.

Des normes pour les infrastructures hydrogène encore en développement

Parallèlement au développement de l'infrastructure, la filière hydrogène travaille encore sur ses standards. De nouvelles lignes directrices sont élaborées et les spécifications existantes sont adaptées aux nouveaux développements. L'industrie fait pression pour une standardisation complète des composants et des processus. L'utilisabilité du H2 en tant que combustible doit être placée sur une base globale - tout en garantissant le plus haut niveau niveaux de sécurité compris.

Conseil de lecture : Technique de mesure pour la production d'hydrogène

Le Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG de Klingenberg et d'autres fabricants de technologie de mesure, qui proposent des produits de surveillance et de contrôle à la station-service, ont du mal à s'orienter dans le paysage changeant des normes. Il est souvent encore difficile de savoir quelles lignes directrices doivent être définies pour son propre portefeuille d'hydrogène, qu'il s'agisse de nouvelles solutions ou de la modification de produits existants. Les spécifications permanentes pour les stations-service d'hydrogène peuvent être trouvées, par exemple, dans la série de normes ISO 19880. Et bien sûr, H2 a également des propriétés très spécifiques qui affectent le développement spécifique à l'application de la mesure et d'autres technologies.

Trois défis généraux de l'hydrogène

Quelles que soient les exigences spécifiques à la station-service, les propriétés physico-chimiques de H2 sont déjà importantes Exigences relatives à la technique de mesure. Ce sont les suivants :

Étant donné que l'hydrogène est hautement inflammable, il existe souvent des exigences correspondantes pour les applications stationnaires protection contre les explosions des appareils utilisés. En raison de sa petite taille de particules, le H2 pénètre dans les matériaux et forme un mélange explosif dans l'air à des concentrations aussi faibles que 4 %. Pour cette raison, des raccords avec des joints soudés ou des joints métalliques sont généralement utilisés pour l'adaptation au processus des appareils de mesure.

7 bonnes raisons pour la propulsion à hydrogène et la pile à combustible

Parce que les molécules H2 sont extrêmement petites, elles pénètrent dans les structures métalliques. Ici tu peux fragilisation du matériau et présentent donc un risque pour la sécurité.Par conséquent, les fabricants d'appareils de mesure pour les applications hydrogène préfèrent utiliser des aciers austénitiques tels que le 316L.
L'hydrogène altère à capteurs la stabilité à long terme souhaitée du signal de mesure. Son adhésion à la résistance et/ou sa pénétration dans des structures sensibles de l'appareil de mesure électronique peuvent entraîner un décalage du signal ou une erreur de mesure. L'utilisation de couches séparatrices peut empêcher la pénétration d'hydrogène. L'élément chimique or, par exemple, convient comme matériau pour cela.

Hautes pressions avec une large plage de température

En plus de ces exigences généralement applicables aux applications hydrogène, l'installation d'appareils dans les stations-service d'hydrogène pose d'autres défis spécifiques. La technologie de mesure et la technologie de contrôle doivent être là pour Pressions jusqu'à 900 bar être conçu pour des températures comprises entre -40° et +85 °C. Ces spécifications résultent de la construction d'une station de remplissage H2 et du remplissage en hydrogène lui-même :

Comme déjà mentionné, l'hydrogène est livré dans des remorques à tubes à une pression de 200 bars actuellement. Puis compacter Compresseurs l'H2 dans des réservoirs à haute pression à près de 900 bars. Cela se fait en plusieurs étapes. Cette compression est adaptée à la pression du réservoir de la voiture à 700 bars. La pression du réservoir du camion est actuellement encore de 350 bars. À l'avenir, il doit être augmenté à 700 bar pour augmenter la portée. Les données sont échangées entre les capteurs de la pompe (distributeur) et les capteurs du réservoir du véhicule, avec lesquels les valeurs de pression et de débit requises peuvent être régulées.

Le processus de ravitaillement doit également être le plus optimisé possible en termes de temps, avec pression et température jouent un rôle important : D'une part, plus la différence de pression entre le véhicule et la station-service est élevée, plus l'hydrogène circule rapidement. La pression spécifiée des réservoirs du véhicule ne doit pas être dépassée ici. En revanche, la courbe de température le long du parcours du réservoir joue un rôle, car l'hydrogène s'échauffe lors de la détente. Pour cette raison, le gaz est d'abord refroidi à -40 °C à l'aide d'un échangeur de chaleur afin de maintenir les 85 °C jusqu'auxquels les réservoirs du véhicule sont spécifiés. Plus la température se rapproche de 85 °C, plus le processus de ravitaillement doit être ralenti et réajusté par le refroidissement.

Instrumentation complexe dans les stations-service à hydrogène

Compte tenu de ces critères potentiellement critiques aux stations-citernes, la ligne de remplissage Les stations de remplissage d'hydrogène sont équipées de capteurs de température, de pression et de débit ainsi que de vannes d'aération et d'arrêt. En raison des pressions élevées, les débitmètres Coriolis en particulier sont utilisés pour la surveillance du débit.

Les points de mesure de température et de pression contribuent de manière significative La sécurité de fonctionnement à. Les thermomètres doivent avoir des temps de réponse courts et être résistants à la pression : l'installation d'un tube de protection est inadaptée en raison de la rapidité de réponse nécessaire. La pointe du capteur de température doit résister à des pressions non protégées jusqu'à 875 bar. Cependant, il doit être si compact qu'il affecte le moins possible le flux de fluide. Une connexion avec un raccord vissé à filetage conique scelle de manière fiable le point de mesure.

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J'ai noté la Capteurs de pression pour les stations-service d'hydrogène ont généralement une pression nominale de 1000 ou 1050 bar. La valeur résulte de la pression nominale du réservoir dans le véhicule plus un facteur de sécurité lié à la température. Pour une voiture, c'est 700 bar. Les capteurs doivent également résister à la plage de température comprise entre -40 °C et +85 °C typique pour HRS. Une protection contre les explosions et, à certains points de mesure, même une certification SIL sont également requises.

Bilan et perspectives des stations-service hydrogène

Avec la construction d'une infrastructure nationale de stations-service pour les voitures à hydrogène, les fabricants de technologies de mesure ouvrent de nouvelles perspectives dans le segment de marché prometteur H2 Mobility. Car cela nécessite un grand nombre de stations de ravitaillement en hydrogène de plus en plus puissantes et d'électrolyseurs pour la production climatiquement neutre d'hydrogène vert. Pour les grandes stations-service H2 avec l'espace approprié, comme sur les aires de service d'autoroute, il peut même être rentable de produire leur propre hydrogène avec de l'électricité verte. Une construction de canalisations d'hydrogène pur pour le raccordement direct des stations-service au futur réseau d'approvisionnement est également envisageable.

Le module IO sécurise les stations-service à hydrogène Resato

Les exigences métrologiques pour l'infrastructure hydrogène pourront être conçues de manière plus ciblée lorsque les normalisations actuelles seront en grande partie achevées. L'industrie de l'hydrogène s'efforce de réduire les coûts de construction et d'exploitation des stations-service grâce à la standardisation, à des composants efficaces et à des processus optimisés afin que le plein d'hydrogène devienne à un prix attractif. Pour le fabricant de la technologie de mesure, cela entraîne des exigences supplémentaires dans le sens de augmentation de l'efficacité.

Wika expose au Hannover Messe 2023.