Dans le contexte plus large de la transition énergétique mondiale d'aujourd'hui, l'hydrogène est largement considéré comme un vecteur d'énergie efficace, propre et durable. Les piles à combustible à hydrogène, qui convertissent directement l'énergie chimique de l'hydrogène et de l'oxygène en électricité par des réactions électrochimiques, sont généralement considérées comme un élément clé des technologies énergétiques futures. Cette technologie est non seulement respectueuse de l'environnement, mais a également une efficacité de conversion d'énergie élevée et a été saluée comme une percée révolutionnaire dans le domaine de l'énergie propre.

Contexte du cas: PEM electrolytical Water Generation Hydrogen electrolytical cell Temperature Control Requirements

La technologie de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau Pem (Proton Exchange Membrane) est l’une des principales voies de production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables grâce à sa réponse rapide et sa production d’hydrogène de haute pureté (jusqu’à 99999%). Cependant, cette technologie est confrontée à un défi majeur dans son application: les électrolyseurs peuvent libérer de grandes quantités de chaleur lors de leur fonctionnement en raison de réactions électrochimiques. Si la température dépasse 80 ° C, il en résultera une déshydratation de la membrane échangeuse de protons, une baisse de l'activité du catalyseur et même, dans les cas graves, un phénomène de « bain de maladie», affectant le fonctionnement normal et la durée de vie de l'appareil. Inversement, si la température est trop basse, cela réduit l'efficacité de la conduction ionique, entraînant une augmentation de la consommation d'énergie. Non seulement cela, mais les armoires de redressement, les unités de séparation de l'hydrogène et les compresseurs à membrane de la chaîne de compression de l'hydrogène nécessitent également un contrôle strict de la température pour assurer la sécurité de l'équipement et la pureté de l'hydrogène. Pour les systèmes d'hydrogénation à pile à combustible, les trois principaux problèmes de contrôle de la température suivants sont particulièrement importants:

1. Besoins de dissipation de chaleur à haute charge: avec le développement de la technologie, la puissance d'un seul ensemble d'électrolyseurs a dépassé le niveau du mégawatt, ce qui nécessite que le système ait la capacité d'évacuer rapidement la chaleur de réaction.

2. Contrôle collaboratif de la température Multi - appareils: l'électrolyseur, l'armoire de redressement, le compresseur et d'autres équipements nécessitent tous un contrôle de la température, et la différence de température entre eux est grande, augmentant la complexité du système.

3. Exigences en matière d'efficacité énergétique: Tout en permettant le contrôle de la température, il est également nécessaire de réduire la consommation d’énergie des auxiliaires afin de respecter l’objectif de « cycle de vie complet bas carbone ».

Solution: « centralisé + intelligent » pour un système de contrôle de température efficace et économe en énergie

Pour relever les défis ci - dessus, nous proposons un ensemble de solutions de système de contrôle de la température « centralisé + intelligent», conçues pour obtenir un effet de contrôle de la température efficace, économe en énergie et stable.

1. Conception stable à froid élevé

nTrès grande puissance frigorifique: avec plusieurs stratégies de refroidissement en parallèle, il est capable de répondre aux besoins de dissipation de chaleur à l'échelle de la production d'hydrogène de 2000nm³ / h et de relever pleinement les défis de dissipation de chaleur à haute charge.

nRégulation de large domaine de température: en utilisant le compresseur à fréquence variable et la conception du programme de contrôle, la température de sortie de l'eau est stable à 5 - 20 ℃, les fluctuations de la différence de température sont strictement contrôlées à ≤ ± 0,5 ℃, la courbe de contrôle de la température de différents équipements est hautement adaptée pour assurer la précision et la stabilité du contrôle de la température.

2. Lignes intégrées et contrôle intelligent

nSystème de conduite unifié: conception d'un réseau annulaire d'alimentation en eau de retour pour réaliser le refroidissement de la zone de réaction de l'électrolyseur, de l'armoire de redressement, du compresseur à membrane, réduire efficacement les pertes de ligne et améliorer l'efficacité globale du système.

nPlateforme de surveillance IOT: Équipé d'un système de contrôle PLC et d'un module de surveillance à distance, il acquiert les données de température, de pression et de débit de l'équipement en temps réel et utilise l'algorithme ai pour réguler dynamiquement la puissance frigorifique, ce qui permet un contrôle intelligent de la température et une réduction de plus de 15% de la consommation d'énergie par rapport aux systèmes traditionnels.

3. Mise à niveau d'économie d'énergie et de fiabilité

nTechnologie d'échange de chaleur efficace: l'utilisation de la technologie d'échange de chaleur avancée, qui a permis d'améliorer l'efficacité de l'échange de chaleur de 20%, le COP (rapport d'efficacité énergétique) atteint 3,2 (dans le cas de la température ambiante 35 ℃, la température de l'effluent 7 ℃), améliorant considérablement l'efficacité de l'Utilisation de l'énergie.

nConception sans entretien: la conception de la structure refroidie par air, sans tour de refroidissement, convient aux scénarios d'installation en extérieur de la station de ravitaillement en hydrogène, réduit les coûts d'exploitation et de maintenance de 40% et le temps de fonctionnement moyen (MTBF) de plus de 8 000 heures, améliorant considérablement la fiabilité et la durabilité du système.

Efficacité de l'application: de « fonctionnement sécurisé » à « efficacité réduite »

Après la mise en service du projet, les changements significatifs apportés par les refroidisseurs d'eau spéciaux à hydrogène se sont manifestés dans les domaines suivants:

lSécurité des équipements: la température de l'électrolyseur est contrôlée de manière stable à 65 ℃, la durée de vie de la membrane d'échange de protons est augmentée à plus de 20 000 heures, le taux de défaillance de l'armoire de redressement est réduit jusqu'à 90%, ce qui améliore considérablement la sécurité et la stabilité de l'équipement.

lAmélioration de l'efficacité de la production d'hydrogène: la consommation d'énergie de l'électrolyseur est tombée à 4,2 kWh / nm³, en dessous de la moyenne de l'industrie de 4,5 à 5,0 kWh / nm³, l'efficacité de la production d'hydrogène a été considérablement améliorée, créant des avantages économiques significatifs pour les clients.

Conclusion

Avec cette solution complète de contrôle de la température, nous avons non seulement réussi à résoudre les problèmes difficiles de contrôle de la température dans le domaine des piles à combustible à hydrogène, mais nous avons également fourni un soutien solide au développement sain de l'industrie de l'hydrogène. Pour en savoir plus sur les détails techniques et les cas de l'industrie, bienvenue à suivre Ao Xu Zhaochen public pour plus de contenu merveilleux.