No contexto da atual transição energética global, o hidrogênio recebe ampla atenção como um veículo de energia eficiente, limpo e sustentável. As células de combustível de hidrogênio, que convertem a energia química de hidrogênio e oxigênio diretamente em energia elétrica através de reações eletroquímicas, são universalmente consideradas um componente chave das tecnologias energéticas do futuro. Essa tecnologia não é apenas ecológica, mas também é altamente eficiente na conversão de energia e é reconhecida como um avanço revolucionário no campo da energia limpa.

Antecedentes do caso: Necessidades de controle de temperatura do tanque de hidrogênio hidráulico eletrólito PEM

A tecnologia de hidrogênio eletrólito PEM (membrana de troca de prótons) é uma das principais rotas para a produção de hidrogênio de energia renovável, com sua resposta rápida e produção de hidrogênio de alta pureza (até 99,999%). No entanto, esta tecnologia enfrenta um grande desafio durante a aplicação: os tanques eletrólitos liberam grandes quantidades de calor devido a reações eletroquímicas durante a operação. Se a temperatura for superior a 80 ° C, levará à desidratação da membrana de troca de prótons, diminuição da atividade do catalisador e, em casos graves, até desencadeará o fenômeno de "caixa de doença", afetando o funcionamento normal do dispositivo e a vida útil. Em vez disso, se a temperatura for muito baixa, a eficiência da condução iónica será reduzida, levando a um aumento do consumo de energia. Além disso, os compressores de membrana dos gabinetes de corrente, dos separadores de hidrogênio e dos links de compressão de hidrogênio também precisam de um controle rigoroso da temperatura para garantir a segurança do equipamento e a pureza do hidrogênio. Para sistemas de hidrogenação de células de combustível, os seguintes três desafios de controle de temperatura são particularmente destacados:

1. Necessidades de refrigeração de alta cargaÀ medida que a tecnologia avança, a potência de um único conjunto de eletrólitos ultrapassou o nível de megawatts, o que exige que o sistema tenha a capacidade de remover rapidamente o calor da reação.

2. Controle de temperatura colaborativo de vários dispositivosEquipamentos como tanques de eletrólise, armários de corrente, compressores e outros requerem controle de temperatura, e a grande diferença de temperatura entre eles aumenta a complexidade do sistema.

3. Requisitos de eficiência energéticaAo mesmo tempo que o controle de temperatura é possível, é necessário reduzir o consumo de energia dos equipamentos auxiliares para atender à meta de "baixo carbono durante todo o ciclo de vida".

Solução: "Centralização + Inteligência" para um sistema de controle de temperatura eficiente

Para responder a esses desafios, apresentamos uma solução de sistema de controle de temperatura "centralizado + inteligente" que visa obter um efeito de controle de temperatura eficiente, econômico e estável.

1. Design de alta estabilidade a frio

nGrande potência de refrigeraçãoAdotando uma estratégia paralela de vários refrigeradores de água, é possível atender às necessidades de refrigeração de hidrogênio em escala de 2.000 Nm³ / h e responder adequadamente aos desafios de refrigeração de alta carga.

nAjuste de campo de temperatura amploUsando o compressor de conversor de frequência e o projeto do programa de controle, a temperatura de saída é estável em 5-20 ° C, a variação da diferença de temperatura é estritamente controlada em ≤ ± 0,5 ° C, altamente adaptada à curva de controle de temperatura de diferentes equipamentos para garantir a precisão e a estabilidade do controle de temperatura.

2. Tubulação integrada e controle inteligente

nSistema de Tubulação Unificado: Projeto de rede de abastecimento de água de retorno de anel, para alcançar a zona de reação do tanque eletrólito, o armário de corrente rectificante, o resfriamento de partição do compressor de membrana, reduzindo efetivamente a perda de tubulação e melhorando a eficiência geral do sistema.

nPlataforma de monitoramento IoTEquipado com sistema de controle PLC e módulo de monitoramento remoto, obtenção em tempo real de temperatura, pressão e dados de fluxo do dispositivo e uso de algoritmos de IA para ajustar dinamicamente a quantidade de refrigeração para alcançar o controle inteligente da temperatura, reduzindo o consumo de energia em mais de 15% em comparação com o sistema tradicional.

3. Aumento da eficiência energética e da confiabilidade

nTecnologia de troca de calor eficienteAdotando a tecnologia avançada de troca de calor, a eficiência da troca de calor aumentou em 20%, a COP (relação de eficiência energética) atingiu 3,2 (em condições de temperatura ambiente de 35 ° C, temperatura de saída de água de 7 ° C), melhorando significativamente a eficiência do uso de energia.

nDesign sem manutençãoO design estrutural refrigerado a ar, sem torre de resfriamento, é adequado para cenários de instalação ao ar livre em estações de reabastecimento de hidrogênio, reduz os custos operacionais em 40% e o tempo médio de funcionamento (MTBF) é superior a 8.000 horas, melhorando significativamente a confiabilidade e a durabilidade do sistema.

Eficiência da aplicação: da operação segura à redução de custos

Após o lançamento do projeto, as mudanças significativas trazidas pelo refrigerador de água dedicado ao hidrogênio se manifestaram nos seguintes aspectos:

lSegurança do equipamentoA temperatura do tanque de eletrólise é controlada de forma estável em 65 ° C, a vida útil da membrana de troca de prótons é melhorada para mais de 20.000 horas, a taxa de falha do gabinete de correção é reduzida em até 90%, melhorando significativamente a segurança e a estabilidade do equipamento.

lAumento da eficiência da produção de hidrogênioO consumo de energia do tanque de eletrólise caiu para 4,2 kWh/Nm³, abaixo da média da indústria de 4,5-5,0 kWh/Nm³, melhorando significativamente a eficiência da produção de hidrogênio, criando benefícios econômicos significativos para os clientes.

Conclusão

Com esta solução abrangente de controle de temperatura, não só resolvemos com sucesso os desafios de controle de temperatura no campo das células de combustível de hidrogênio, mas também apoiamos o desenvolvimento saudável da indústria de hidrogênio. Para saber mais detalhes técnicos e casos da indústria, veja o número público de Aoshu para obter mais conteúdo incrível.