適切な圧力で水素を充填
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デムへ 水素 (H2) ブレークスルーを達成するための代替燃料として、魅力的な水素自動車と、全国のガソリンスタンドインフラで給油できる高性能商用車が必要です。 対応する水素の構造 ガソリンスタンド 多くを必要とする 測定水素補給時の安全性を確保します。 ウィカ バルブ、温度センサー、圧力センサーなど、このための複雑な計装を提供します。
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「ガソリン」「ディーゼル」の終焉が迫る
気候変動は包括的ではない モビリティの変化 立ち止まらず、引き返すどころか。 したがって、従来の内燃機関は、環境に優しい代替機関、例えば、 B. 燃料電池または電気駆動装置を交換できます。 ガソリンまたはディーゼルで走行する車両の段階的廃止は、排出ガスのないドライブを搭載した車両の需要が高まるにつれて加速します。
ここでは、水素自動車がますます注目を集めています。 H2燃料電池 ガソリンまたはディーゼルを動力とする車両と同様の性能データを持っています。 道路交通における H2 モビリティの野心的な目標が、特に商用車部門で世界中で策定されています。 物流および輸送会社は、車両を水素動力車に転換し始めています。 水素を動力源とする自動車も、ますます頻繁に街に登場しています。
水素充填インフラの拡充
環境に優しいモビリティのさらなる発展は、対応するガソリンスタンドのインフラの拡大に大きく依存しています。 また、迂回することなく供給できる水素の適切な充填所ネットワークも必要です。 現在、世界に約700社あります 水素ステーション (HRS). その数は 2030 年までに 6000 人に増えると予想されています。 ドイツでは現在、ヨーロッパで最も密度の高い水素充填ステーションのネットワークがあります。 今年の初めには、合計 95 の H2 充填ステーションが稼働していました。
水素充填ステーション インフラストラクチャの拡張と同様に、 グリーン水素 増加。 電気分解で水素が取れるということです。 再生可能エネルギー 意味。 これは、唯一の気候中立的なエネルギー生成形態です。 エネルギー会社 EnBW からの情報によると、現在ドイツの 40 のプラントがグリーン水素を生産しています。 このような電解槽は、大規模な風力発電所や太陽光発電所の近くに理想的に配置されています。
製品は、いわゆるチューブ トレーラーで水素充填ステーションに配送されます。 鋼管製タンクを500基組み合わせたトレーラーです。 タンクは、以前の 200 bar の代わりに 1 bar 以上の高いタンク圧力を提供するため、タイプ IV 炭素繊維タンクにますます置き換えられています。 また、軽量であるため、より高い積載量が可能になります。 これは、4トンの燃料をタンクローリーで輸送できることを意味します。 比較すると、乗用車は5～40kg程度、トラックはXNUMXkg程度と増加傾向にあります。
開発中の水素インフラの基準
インフラストラクチャの開発と並行して、水素産業は依然としてその基準に取り組んでいます。 新しいガイドラインが作成され、既存の仕様が新しい開発に適応されます。 業界は、コンポーネントとプロセスの包括的な標準化を推進しています。 燃料としての H2 の有用性は、可能な限り最高の状態を確保しながら、世界規模で配置する必要があります。 セキュリティレベル 了解した。
ガソリンスタンドで監視および制御用の製品を提供しているクリンゲンベルクの Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG およびその他の測定技術メーカーは、この地域で自分の道を見つけるのが難しいと感じています。 標準の風景の変化. 新しいソリューションの問題であるか、既存の製品の変更の問題であるかに関係なく、自社の水素ポートフォリオに対してどのガイドラインを定義する必要があるかは、まだ不明なことがよくあります。 水素充填ステーションの恒久的な仕様は、たとえば ISO 19880 シリーズの規格に記載されており、もちろん H2 には、測定やその他の技術のアプリケーション固有の開発に影響を与える非常に特殊な特性もあります。
水素の XNUMX つの一般的な課題
燃料ステーション固有の要件に関係なく、H2 の物理化学的特性はすでに重要です 測定技術の要件. それらは次のとおりです。
- 水素は可燃性が高いため、多くの場合、固定用途には対応する要件があります。 防爆 使用されているデバイスの。 粒子サイズが小さいため、H2 は物質に浸透し、4% という低濃度で空気中で爆発性混合物を形成します。 このため、測定装置のプロセス適合には、一般に溶接継手または金属シールによる接続が使用されます。
- H2 分子は非常に小さいため、金属構造を貫通します。 ここでできること 材料の脆化 したがって、水素アプリケーション用の測定装置のメーカーは、316L などのオーステナイト鋼を使用することを好みます。
- 水素は センサー 測定信号の望ましい長期安定性。 抵抗器への付着および/または電子測定デバイスの敏感な構造への浸透は、信号オフセットまたは測定エラーにつながる可能性があります。 分離層を使用すると、水素の侵入を防ぐことができます。 例えば、化学元素の金は、このための材料として適しています。
広い温度範囲での高圧
水素アプリケーションに一般的に適用されるこれらの要件に加えて、水素充填ステーションへのデバイスの設置には、他の特定の課題があります。 計測技術と制御技術はここになければならない 最大圧力 900 bar -40° ～ +85 °C の温度用に設計されている必要があります。 これらの仕様は、H2 充填ステーションの建設と水素自体の充填に起因します。
すでに述べたように、水素は現在 200 バールの圧力でチューブ トレーラーで配送されます。 次にコンパクト コンプレッサー 高圧タンク内の H2 をほぼ 900 bar まで上昇させます。 これはいくつかの段階で行われます。 この圧縮は、700 バールで車のタンク圧に一致します。 トラックのタンク圧は現在まだ 350 バールです。 将来的には 700 bar に引き上げる予定です。 範囲を広げる. ポンプ（ディスペンサー）のセンサーと車両タンクのセンサー間でデータが交換され、必要な圧力と流量の値を調整できます。
給油プロセスも、可能な限り時間を最適化する必要があります。 圧力と温度 重要な役割を果たします。一方で、車両とガソリンスタンドの間の圧力差が大きいほど、水素の流れが速くなります。 ここでは、車両タンクの指定圧力を超えてはなりません。 一方、水素は膨張中に加熱されるため、タンク ルートに沿った温度曲線が重要な役割を果たします。 このため、車両タンクが指定されている 40 °C を維持するために、ガスは最初に熱交換器を使用して -85 °C まで冷却されます。 温度が 85 °C に近づくほど、給油プロセスを遅くし、冷却して再調整する必要があります。
水素充填ステーションの複雑な計装
タンクステーションでこれらの潜在的に重要な基準を考えると、 充填ライン 水素充填ステーションは、温度、圧力、流量のセンサー、および通気バルブと遮断バルブを備えた複雑な機器です。 高圧のため、特にコリオリ流量計は流量監視に使用されます。
温度と圧力の測定ポイントが大きく貢献 安全操業 で。 温度計は応答時間が短く、耐圧性がなければなりません。迅速な応答が必要なため、保護チューブの設置は適していません。 温度センサーの先端は、最大 875 bar の保護されていない圧力に耐える必要があります。 ただし、メディアの流れにできるだけ影響を与えないようにコンパクトにする必要があります。 円錐ネジ接続による接続により、測定ポイントが確実に密閉されます。
死 圧力センサ 通常、水素充填ステーションの公称圧力は 1000 または 1050 バールです。 この値は、車両の公称タンク圧に温度関連の安全係数を加えたものです。 車の場合、それは 700 バーです。 センサーは、HRS で一般的な -40 °C ～ +85 °C の温度範囲にも耐える必要があります。 防爆と、一部の測定ポイントでは SIL 認証も必要です。
水素ステーションのまとめと展望
水素自動車の全国的な給油所インフラの構築に伴い、測定技術のメーカーが開放されています 新しい視点 有望なH2 Mobility市場セグメントで。 これには、グリーン水素の気候中立的な生産のために、ますます強力な水素燃料補給ステーションと電解槽が多数必要になるためです。 高速道路のサービス エリアなど、適切なスペースを備えた大規模な H2 充填ステーションでは、グリーン電力で独自の水素を生成することで利益が得られる可能性さえあります。 ガソリンスタンドを将来の供給ネットワークに直接接続するための純水素パイプラインの建設も考えられます。
水素インフラの計測要件は、現在の標準化がほぼ完了したときに、より意図的に設計することができます。 水素産業は、標準化、効率的なコンポーネント、最適化されたプロセスを通じて、水素の充填が魅力的な価格になるように、充填ステーションの建設と運用のコストを削減しようと努力しています。 測定技術メーカーにとって、これは次の方向への追加要件をもたらします。 効率の向上.
ウィカの展示 ハノーバーメッセ 2023.
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Christian Wirl は、クリンゲンベルクの WIKA Alexander Wiegand SE + Co. KG の水素ポートフォリオ マネージャーです。