تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط

يشير تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط إلى ضغط الهيدروجين تحت ظروف الضغط العالي وتخزين الهيدروجين المضغوط عالي الكثافة في حاوية عالية الضغط، وبالتالي تحقيق تخزين فعال وإطلاق الهيدروجين عند الطلب.

تعد تقنية تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط وسيلة فعالة لتخزين ونقل الهيدروجين. مبدأ عمله هو ضغط الهيدروجين إلى حالة الضغط العالي من خلال ضاغط بحيث يمكن تخزينه بأمان في حاوية. يمكن ضغط هذه العملية مباشرة عند الضغط العالي مرة واحدة، أو يمكن اعتماد استراتيجية الضغط خطوة بخطوة، والتي يمكن تعديلها بمرونة وفقًا للاحتياجات الفعلية.

في عملية تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط، تحتل الضواغط مكانة مهمة. في الوقت الحاضر، يمكن تقسيم الضواغط إلى ضواغط غشائية وضواغط تعمل بالسائل.

ضواغط الحجاب الحاجز هي نوع شائع الاستخدام في تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط. ويستخدم الحركة الترددية للحجاب الحاجز لضغط الغاز. أثناء عملية ضغط الهيدروجين، يحتاج الضاغط إلى خرج طاقة عالي ونظام تبريد فعال. تضمن الطاقة العالية قدرة ضغط كافية، في حين أن نظام التبريد الفعال مسؤول عن إزالة الكمية الكبيرة من الحرارة المتولدة أثناء عملية الضغط في الوقت المناسب لمنع ارتفاع درجة حرارة المعدات والتغيرات في خصائص الهيدروجين. بالنسبة لاستراتيجية الضغط خطوة بخطوة، على الرغم من أن الضغط الأولي منخفض، إلا أن أنظمة التحكم والمراقبة الدقيقة ضرورية لضمان استقرار وسلامة عملية الضغط بأكملها.

الضاغط الهيدروليكي هو ضاغط يستخدم الزيت الهيدروليكي كوسيلة للقيادة. مبدأ عمله الرئيسي هو توفير الزيت الهيدروليكي من خلال مضخة هيدروليكية لتحويل ضغط السائل إلى طاقة ميكانيكية، وبالتالي دفع المكبس داخل الضاغط للرد بالمثل. ينقسم هذا النوع من الضاغط بشكل أساسي إلى ضغط أحادي المرحلة وضغط على مرحلتين، وتشمل عملية عمله شفط الغاز وضغطه وتفريغه.

التصميم والتصنيع

تستخدم تصميمات الضاغط المتقدمة مواد عالية الأداء وعمليات تصنيع دقيقة لتحسين كفاءة التشغيل والموثوقية. يمكن لهذه المواد أن تتحمل الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية والبيئة الكيميائية الفريدة للهيدروجين لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل للضاغط. وفي الوقت نفسه، يعد تحسين نظام التبريد أيضًا أحد العوامل الرئيسية في تحسين أداء الضاغط.

أنظمة المراقبة والتحكم

أثناء عملية الضغط والتعزيز، يتم استخدام سلسلة من أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم لمراقبة المعلمات الرئيسية مثل الضغط ودرجة الحرارة والتدفق في الوقت الحقيقي. لا تزود هذه البيانات المشغلين بتعليقات فورية عن حالة النظام فحسب، بل توفر أيضًا دعم البيانات لتحسين عملية الضغط وتحسين كفاءة استخدام الطاقة. من خلال خوارزميات التحكم الذكية، يمكن للنظام ضبط حالة عمل الضاغط تلقائيًا للتكيف مع احتياجات تخزين الهيدروجين المختلفة.

تصميم حاوية تخزين الهيدروجين

باعتبارها وحدة التخزين النهائية للهيدروجين، يجب أن يأخذ تصميم حاويات تخزين الهيدروجين في الاعتبار بشكل كامل السلامة والاستقرار والمتانة في ظل بيئات الضغط العالي. عادة ما تكون الحاويات مصنوعة من مواد معدنية أو مواد مركبة عالية القوة، والتي تتمتع بقدرة تحمل ضغط ممتازة وأداء إغلاق جيد، ويمكن أن تمنع تسرب الهيدروجين بشكل فعال.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تخضع حاويات تخزين الهيدروجين أيضًا لاختبارات ضغط صارمة وتقييمات للسلامة لضمان سلامتها وموثوقيتها في ظل ظروف العمل المختلفة. أنواع معدات تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط عادةً ما تستخدم تكنولوجيا تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط صهاريج تخزين الهيدروجين كحاويات. زجاجات تخزين الهيدروجين مطلوبة في التحضير والنقل والتخزين في محطات التزود بالوقود الهيدروجيني وعلى متن تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط.

في الوقت الحالي، زجاجات تخزين الهيدروجين يمكن تقسيمها إلى خمسة أنواع: I~V: زجاجة من النوع الأول (زجاجة من الفولاذ أو سبائك الألومنيوم، بدون لف ألياف)؛ زجاجة من النوع الثاني (زجاجة فولاذية، مغلفة جزئيًا بلفائف من الألياف)؛ زجاجة من النوع الثالث (بطانة من الألومنيوم أو سبائك الألومنيوم، مغلفة بالألياف)؛ زجاجة من النوع الرابع (بطانة بلاستيكية مركبة، مغلفة بالألياف)؛ زجاجة من النوع V (زجاجة غير مبطنة مغلفة بالكامل)

مزايا تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط

1. كثافة تخزين هيدروجين أعلى على الرغم من أن كثافة حجم الكتلة لتخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط أصغر من طرق تخزين الهيدروجين الأخرى، إلا أنها يمكن أن تزيد كثافة الهيدروجين لكل وحدة حجم عن طريق زيادة الضغط، وبالتالي تحسين كفاءة تخزين الهيدروجين.

2. سرعة شحن وتفريغ الهيدروجين أسرع يتميز تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط بسرعة شحن وتفريغ الهيدروجين بشكل أسرع، مما يعني أنه يمكنه تجديد الهيدروجين بسرعة، وهو أمر مفيد جدًا للاستخدام اليومي لمركبات خلايا الوقود.

3. انخفاض استهلاك الطاقة بالمقارنة مع تخزين الهيدروجين السائل، فإن تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط لديه استهلاك أقل للطاقة لأنه لا يحتاج إلى تبريد الهيدروجين إلى درجة حرارة منخفضة للغاية، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل إلى حد ما.

4. القدرة على التكيف مع درجات الحرارة الواسعة يمكن أن يعمل تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط في درجة حرارة الغرفة، ويمكن أن يعمل بشكل طبيعي في بيئة منخفضة الحرارة تصل إلى عشرات الدرجات تحت الصفر، مما يجعله مستقرًا في مختلف الظروف المناخية.

5. أقل تأثراً ببيئة العمل بالمقارنة مع طرق تخزين الهيدروجين الأخرى، فإن تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط أقل تأثراً ببيئة العمل، مما يجعله أكثر ملاءمة للاستخدام في سيناريوهات التطبيقات المختلفة.