تحليل اختيار الضاغط لأنواع مختلفة من محطات التزود بالوقود الهيدروجيني

تحليل اختيار الضاغط لأنواع مختلفة من محطات التزود بالوقود الهيدروجيني

1.تحليل أنواع محطات التزود بالوقود الهيدروجيني

اعتمادا على مصدر الهيدروجين محطات التزود بالوقود الهيدروجيني يمكن تقسيمها إلى محطات للتزود بالوقود الهيدروجيني في الموقع ومحطات للتزود بالوقود الهيدروجيني خارج الموقع. تقوم محطات التزود بالوقود الهيدروجيني الموجودة في الموقع بإنتاج الهيدروجين مباشرة في المحطة من خلال طرق مختلفة (مثل التحليل الكهربائي للمياه، وإصلاح الغاز الطبيعي، وما إلى ذلك)، ومن ثم إعادة تزويد مركبات خلايا الوقود بالوقود. تقلل هذه الطريقة من تكلفة وتعقيد نقل الهيدروجين. تحصل محطات التزود بالوقود الهيدروجيني خارج الموقع على الهيدروجين من الموردين الخارجيين، وتنقله إلى المحطة بواسطة شاحنات الصهاريج للتخزين، ومن ثم إعادة التزود بالوقود. هذه الطريقة أكثر شيوعًا، خاصة في المرحلة الأولى من إنشاء البنية التحتية للطاقة الهيدروجينية.

وفقًا لتكوينات المعدات المختلفة، يمكن تقسيم محطات التزود بالوقود الهيدروجيني إلى محطات تزود بالوقود الهيدروجيني الثابتة ومحطات التزود بالوقود الهيدروجيني المثبتة على الانزلاق. محطات التزود بالوقود الهيدروجيني الثابتة عادة ما تكون مرافق للتزود بالوقود الهيدروجيني واسعة النطاق ومبنية بشكل دائم، ومناسبة للمناطق ذات الطلب الكبير والمستقر على الهيدروجين. تتميز محطات التزود بالوقود الهيدروجيني المثبتة على منصات منزلقة بالتصميم المعياري والتركيب على منصات منزلقة، مما يسهل نشرها ونقلها بسرعة، كما أنها مناسبة لاستكشاف السوق الأولي أو مناسبات الطلب المؤقتة.

وفقًا لمستويات ضغط التزود بالوقود المختلفة، يمكن تقسيم محطات التزود بالوقود الهيدروجيني إلى محطات التزود بالوقود الهيدروجيني 35MPa، ومحطات التزود بالوقود الهيدروجيني 70MPa ومحطات التزود بالوقود الهيدروجيني 35MPa+70MPa. عادة ما تخدم محطات التزود بالوقود الهيدروجيني بقدرة 35 ميجا باسكال شاحنات الهيدروجين الثقيلة وشاحنات النقل والحافلات والمركبات اللوجستية. تخدم محطات التزود بالوقود الهيدروجيني بقدرة 70 ميجا باسكال مركبات خلايا الوقود المجهزة بزجاجات تخزين الهيدروجين عالية الضغط بقدرة 70 ميجا باسكال، وخاصة سيارات الركاب. يمكن لمستوى الضغط المختلط لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني +35MPa+70MPa أن يلبي احتياجات المركبات ذات الضغطين في نفس الوقت، مما يوفر مرونة أكبر لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني ويضمن قدرة محطات التزود بالوقود الهيدروجيني على التكيف مع نطاق أوسع من أسواق مركبات الهيدروجين.

2.1 ضاغط الحجاب الحاجز

يقوم ضاغط الحجاب الحاجز بضغط الغاز من خلال غشاء معدني ترددي. المزايا هي أن الغاز معزول تمامًا عن المكبس ولا يوجد أي تلوث زيتي. يعتمد تجويف الغشاء ختمًا ثابتًا مع معدل تسرب منخفض. يتصل الغاز مباشرة بالغطاء النهائي ومجموعة الغشاء المعدني لتشكيل تأثير جيد لنقل الحرارة، والذي يمكن أن يحقق كفاءة عالية جدًا في الحجم وصيانة وتشغيل بسيط. عيب ضاغط الحجاب الحاجز هو أنه لا يمكن تشغيله أو إيقافه حسب الرغبة، ويهتز الضاغط قليلاً، ويتطلب أساس تصميم خاص. نظرًا لإنتاجيته العالية واستهلاكه المنخفض للطاقة ومتطلبات التبريد المنخفضة، فقد ثبت أنه فعال جدًا في تطبيقات الهيدروجين، وعادةً ما يستخدم في محطات التزود بالوقود الهيدروجيني الثابتة التي تتطلب تشغيلًا طويل الأمد ومتطلبات عالية من نقاء الهيدروجين.

2.2 ضاغط مكبس يحركه السائل

الضاغط المكبسي الذي يعمل بالسائل هو عملية يقوم فيها الزيت الهيدروليكي بدفع مكبس جسم الأسطوانة الهيدروليكية، مما يؤدي إلى دفع مكبس غرفة ضغط الغاز المثبت على نفس قضيب المكبس للرد، وتحقيق عملية شفط الغاز والعادم. الميزة هي أنه نظرًا لاستخدام المحرك الهيدروليكي دون حركة قضيب توصيل العمود المرفقي، فإنه يمكن أن يتكيف مع ظروف التشغيل والإيقاف المتكررة، ويكون تردد الضغط منخفضًا والاهتزاز صغيرًا، ومتطلبات أساس الضاغط ليست عالية.

عيب الضاغط المكبسي الذي يعمل بالسائل هو أن الضاغط أحادي المرحلة منخفض، ومتطلبات التبريد عالية، وسوف يحدث التآكل حتمًا أثناء الحركة الترددية للمكبس، مما يؤدي إلى تلويث جزيئات الغبار بنظافة الهيدروجين، و التسرب أعلى من تسرب ضاغط الحجاب الحاجز. أجزاء أسطوانة المكبس كبيرة الحجم ومعقدة الإصلاح والاستبدال. نظرًا لأن تكلفتها تتكيف مع ظروف التشغيل والتوقف المتكررة ولها متطلبات منخفضة لأساسات المعدات، فإنها تستخدم عادة في محطات إعادة تزويد الوقود بالهيدروجين المثبتة على المنزلق أو محطات إعادة تزويد الهيدروجين المتنقلة التي لا تتطلب تشغيلًا طويل الأمد.

2.3 ضاغط غشائي يحركه السائل

يعتمد ضاغط الحجاب الحاجز الذي يحركه السائل نظام ضغط مزدوج الغشاء أحادي المرحلة ونظام محرك "مضخة هيدروليكية + صمام عكسي دوار". الميزة هي أن المضخة الهيدروليكية تقوم بتشغيل الزيت الهيدروليكي بدلاً من المكبس التقليدي وقضيب توصيل الكرنك الذي يقود الزيت الهيدروليكي، مما يقلل من مجموعة المكبس، ومجموعة آلية قضيب توصيل الكرنك، والعمود المرفقي وأجزاء النقل الميكانيكية الأخرى، والتخطيط أكثر مدمج.

فهو يجمع بين مزايا الختم العالي والتلوث الخالي من الزيت للضواغط الغشائية ومزايا الضواغط المكبسية التي تعمل بالسائل في التكيف مع التشغيل والتوقف المتكرر. عيب ضاغط الحجاب الحاجز الذي يحركه السائل هو أن الحاجة إلى استخدام رأسي الحجاب الحاجز تزيد من خطر تمزق الحجاب الحاجز، ويجب أن يكون ضغط مضخة الزيت الهيدروليكي أعلى من ضغط العادم، والذي يتطلب متطلبات عالية لأداء ختم دائرة الزيت. في الوقت الحاضر، يشبه ضاغط الحجاب الحاجز الذي يحركه السائل الضاغط المكبس الذي يحركه السائل، ويستخدم بشكل رئيسي في محطات الهدرجة المركبة على الانزلاق أو محطات الهدرجة المتنقلة. تشبه المواصفات والمعلمات الشائعة لضاغط الحجاب الحاجز الذي يعمل بالسائل تلك الخاصة بضاغط الحجاب الحاجز.

3.الاستنتاج

حققت ضواغط الهيدروجين لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني تقدمًا كبيرًا من حيث الإزاحة وضغط العمل ودورة الصيانة والطاقة المحددة، كما عملت باستمرار على تضييق الفجوة التقنية مع المنتجات الأجنبية. لقد حلت ضواغط الهيدروجين المحلية محل المنتجات الأجنبية تدريجياً. من أمثلة محطات التزود بالوقود الهيدروجيني النموذجية المذكورة أعلاه، حققت الضواغط الغشائية والضواغط التي تعمل بالسائل نتائج تشغيل جيدة نسبيًا في سيناريوهات التطبيق الخاصة بها. تم تطوير الضاغط المحلي الذي يعمل بالسائل بقدرة 90 ميجا باسكال بنجاح، ولكن لا توجد حالات تطبيق تجاري حتى الآن. ولا تزال هناك فجوة كبيرة بين تقنيات الضغط مثل الضواغط المكبسية عالية الضغط، وضواغط السائل الأيوني، وضواغط الهيدريد المعدني والضواغط الأجنبية. يعد تكرار التكنولوجيا واختبار السوق من اتجاهات التطوير المهمة في المستقبل.

في مرحلة البناء الحالية، يجب أن تركز ضواغط محطة التزود بالوقود الهيدروجيني على نضج الاستخدام، ونسبة ضغط الهيدروجين، واستقرار حالة العمل والتشغيل الفعلي للمشروع. في سيناريوهات محطات التزود بالوقود الهيدروجيني الثابتة لإنتاج الهيدروجين خارج الموقع ومحطات التزود بالوقود الهيدروجيني لإنتاج الهيدروجين في الموقع، يمكن استخدام ضواغط الحجاب الحاجز أولاً. في سيناريوهات محطات التزود بالوقود الهيدروجيني المركبة على منصات منزلقة ومحطات التزود بالوقود الهيدروجيني بقدرة 90 ميجا باسكال حيث يكون تردد التعبئة منخفضًا نسبيًا ويتطلب البدء والتوقف بشكل متكرر، يمكن إعطاء الأولوية للضواغط التي تعمل بالسائل.