Na tomto článku se podíleli:
Stephen Learney
Tankování vodíku v malých a středních podnicích
Konzultant
Neil McPherson
Manažer alternativní energie pro filtraci
Parker Hannifin
Promluvme si o vodíku - budoucnost čerpacích stanic
15. dubna 2024 Stephen Learney a Neil McPherson
Jak efektivně a spolehlivě provozovat vodíkovou čerpací stanici?
Je spravedlivé říci, že u všech prvních stanic nasazených do veřejného provozu se vyskytly problémy s účinností a spolehlivostí.
Hlavním důvodem je skutečnost, že dostupná technologie zpracování vodíku nebyla původně navržena pro prostředí čerpacích stanic v kombinaci s některými jedinečnými vlastnostmi samotného vodíku.
Především je energetická hustota vodíku nižší než u benzinu nebo nafty. To znamená, že pokud byste do nádrže svého benzinového vozu natankovali vodík, měli byste v něm uloženo méně energie než v benzinu. Aby se dosáhlo stejné energie, a tedy i stejného dojezdu, musí být vodík stlačen a skladován pod vysokým tlakem, podobně jako CNG, ale pod vyšším tlakem.
Stlačování, skladování a přeprava vodíku pod vysokým tlakem vyžaduje celou řadu technologií, které jsou sice známy již dlouho, ale nikdy nebyly vyráběny ve velkých objemech a neměly tak vysoké provozní nároky, které jsou pro čerpací stanice vyžadovány 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a 365 dní v roce.
Dostupné technologie se však neustále vyvíjejí a doposud se na této křivce učení vyskytovaly incidenty naštěstí jen velmi zřídka - skutečně mnohem vzácněji než v době, kdy se čerpací stanice začaly objevovat na veřejnosti (například Národní asociace požární ochrany (National Fire Protection Association) hlásila ještě v roce 2018 více než 5 000 požárů čerpacích stanic zaznamenaných jen v USA).
Pomalu dochází také ke standardizaci designu stanic. Jedná se o zásadní krok ke zlepšení výkonnosti a spolehlivosti, stejně jako ke snížení nákladů - podobně jako u všech ostatních nových technologií - a standardizace je naprosto nezbytná, aby bylo možné zavést infrastrukturu po celém světě a splnit cíle nulových čistých emisí v dopravě.
Již nyní je Parker schopen dodávat téměř 1/5 součástí na vodíkové čerpací stanice a má jedinečnou pozici díky svému rozsahu technologií a hloubce zdrojů pro vývoj produktů, aby mohl navrhnout a dodat téměř polovinu celkového vybavení - vybavení, které je pak účelově konstruováno a v případě potřeby jsou díly navrženy tak, aby spolu komunikovaly.
Když k tomu přidáte globální výrobní kapacity a podporu produktů společnosti Parker, získáte situaci, kdy se výkon a spolehlivost exponenciálně zvýší a náklady se díky standardizaci sníží.
Jaký vliv má kvalita vodíkového plynu na provoz?
Je třeba o tom začít přemýšlet z pozice vozidla. Vodíková auta jsou elektromobily, v nichž palivový článek nahrazuje baterii standardního elektromobilu. Palivový článek přeměňuje vodík na elektřinu a vodu. Elektřina pohání vozidlo a voda je vyčerpána. Palivový článek potřebuje velmi čistý vodík.
V kontextu čerpací stanice je do stanice dodáván vodík o čistotě 99,999 %, známý také jako "pět devítek". Vodík pak prochází desítkami metrů potrubí a ventilů, chladicím systémem, kompresorem, pak dalšími metry potrubí a ventilů do skladu, pak dalšími metry potrubí, dokud se nedostane k hlavě výdejní trysky - to vše musí proběhnout bez zachycení jakýchkoli nečistot nebo vlhkosti.
Úkol udržet kvalitu plynu v celém systému tankování je zásadní pro konečný výkon a životnost palivového článku, a tedy i vozidla.
Udržení kvality plynného vodíku v celém systému je náročné. Dávkování vodíku obsahujícího nečistoty může snížit účinnost a životnost palivového článku, čemuž se chceme za každou cenu vyhnout.
Filtrační skupina společnosti Parker naštěstí disponuje velmi širokou škálou technologií a produktů, které lze použít na trhu s vodíkem. Chráníme a čistíme plyny v některých z nejkritičtějších a nejnáročnějších aplikací - například v potravinářství a nápojářství a v biologických vědách.
Využíváme naše technologie a know-how, abychom pomohli výrobcům vodíkových čerpacích stanic s jejich potřebami v oblasti čištění plynu.
Jak může chlazení ovlivnit výdej do vozidla?
Zatímco většina plynů se při protlačení otvorem, jako je tryska tankovacího automatu nebo pistole, ochlazuje, vodík se zahřívá díky termodynamické vlastnosti známé jako Jouleův-Thomsonův jev. Pokud by nedošlo k regulaci, mohlo by dojít k přehřátí kompozitního materiálu použitého v konstrukci palivové nádrže vozidla, jehož teplota musí být nižší než 85 °C.
Abyste toho dosáhli a zároveň plnili vozidlo stejnou rychlostí jako benzin nebo naftu, je třeba, abyste předchlazení vodíku provedli tak, aby se do výdejní trysky dostalo při teplotě nejvýše - 40C, než se při průchodu z tankovací trysky do palivové nádrže zahřeje.
Jak rychlé je doplňování vodíku?
Cílem je, aby tankování i jízda s vodíkovým vozidlem byly stejné jako s benzinovým nebo naftovým. Dnešní technologie již tohoto cíle dosahuje, neboť tankování paliva do vozu Toyota Mirai trvá pouhé 3 minuty a dojezd činí více než 600 km.
Doplňování paliva do větších vozidel dnes trvá déle, přibližně 10-15 minut, avšak vysokorychlostní plnicí technologie, včetně speciálně navržené tankovací hadice s vysokým průtokem 100 barů, je nyní komerčně dostupná a zavádí se.
Trh s vodíkovými čerpacími stanicemi v nadcházejících letech, sdílení zkušeností.
Zatímco Kalifornie patřila na počátku tisíciletí k prvním zemím, kde se začalo s tankováním vodíku do automobilů, ve zbytku USA se vývoj nikdy nerozšířil. Místo toho se Evropa rychle stala centrem vývoje produktů a zavádění infrastruktury, přičemž nejstarší stanice byly vyrobeny pro demonstraci a testování a pomalu uváděny na trh. V Evropě je nyní přibližně 270 veřejných stanic, v Severní Americe 100 - téměř všechny v Kalifornii, a v posledních pěti letech se rychle prosazují Japonsko, Jižní Korea a Čína, kde jich nyní funguje přibližně 550. V loňském a letošním roce Čína otevře více stanic než zbytek světa dohromady a jejím cílem je mít do roku 2025 1200 stanic, což je téměř polovina všech stanic na světě.
Evropa bude v průběhu desetiletí pokračovat ve stálém růstu a v letech 2030-2035 bude usilovat o vytvoření celoevropské propojené sítě. V USA, které byly nastartovány zákonem o snížení inflace, se předpokládá rychlý růst po zbytek desetiletí. Rada pro vodík předpokládá, že do roku 2030 bude celková globální kapacita 10 000 stanic, což znamená, že je třeba vyrobit a zprovoznit 9 000 stanic. Skutečnost je taková, že investice do dodavatelského řetězce v kombinaci s váháním vlády ohledně uvolňování finančních prostředků povedou k tomu, že prognóza nebude splněna až o 25 %, což však stále znamená, že ve zbývajícím desetiletí bude postaveno přibližně 7 000 stanic, což představuje pro odvětví velmi atraktivní CAGR přesahující 20 %.
Jak může být společnost Parker součástí trhu a reagovat na výzvy zákazníků?
Jak již bylo zmíněno během této diskuse, společnost Parker Hannifin má velmi dobrou pozici pro přechod na nové technologie. Máme širokou nabídku produktů napříč různými základními technologiemi. V současné době jsme schopni dodat přibližně 20 % komponentů potřebných k výrobě čerpací stanice .
Inženýři společnosti Parker se snaží vyvíjet technologie odpovídající potřebám trhu. Abychom byli stále v obraze, pozorně nasloucháme našim zákazníkům a účastníme se oborových standardizačních výborů.
Abychom mohli lépe sloužit novým a vznikajícím "vodíkovým" zákazníkům, přeskupili jsme naše technické a obchodní týmy. Na trhu s vodíkem máme po celém světě kolegy Parker, kteří mohou zákazníkům pomoci s jejich potřebami.
V tomto dynamickém prostoru spolupracujeme s našimi zákazníky na podpoře energetického přechodu.
Dodáváním inovativních produktů a řešení může společnost Parker Hannifin pomoci výrobcům čerpacích stanic zlepšit konstrukci jejich systémů, maximalizovat dobu provozu a spolehlivost.
Dva klíčové cíle, kterých je třeba dosáhnout, aby se podpořilo široké přijetí technologie vodíkových čerpacích stanic po celém světě... technologie, která sníží emise z dopravy a v konečném důsledku povede k lepším zítřkům.