Ūdeņraža uzpildes staciju izpratne: visaptverošs ceļvedis

Ūdeņraža degviela ir kļuvusi par pieņemamu aizstājēju, jo pasaule pāriet uz tīrākiem enerģijas avotiem. Šajā rakstā ir runāts par ūdeņraža uzpildes stacijām, izaicinājumiem, ar kuriem tās saskaras, un to iespējamo izmantošanu transportā.

Kas ir ūdeņraža uzpildes stacija?

Elektroautomobiļu degvielas elementi var uzņemt ūdeņraža degvielu no īpašām vietām, ko sauc par ūdeņraža uzpildes stacijām (HRS). Lai gan tās ir paredzētas ūdeņraža — gāzes, kurai nepieciešami īpaši drošības pasākumi un īpašas iekārtas — apstrādei, šīs stacijas estētiski ir līdzīgas parastajām degvielas uzpildes stacijām.

Ūdeņraža ražošanas vai piegādes sistēma, dzesēšanas un uzglabāšanas tvertnes, kā arī dozatori ir trīs galvenās ūdeņraža uzpildes stacijas daļas. Ūdeņradi var piegādāt iekārtai pa caurulēm vai cauruļu piekabēm, vai arī to var ražot uz vietas, izmantojot metāna reformēšanu ar tvaiku vai elektrolīzi.

Ūdeņraža uzpildes stacijas galvenās sastāvdaļas:

Iekārtas ūdeņraža ražošanai vai transportēšanai uz kuģiem

l saspiešanas iekārtas, lai palielinātu spiedienu ūdeņraža tvertnēs, kurās tiek uzglabāts ārkārtīgi augsta spiediena ūdeņradis

l Dispenseri ar īpašām FCEV sprauslām

drošības funkcijas, piemēram, noplūžu atrašana un izslēgšana ārkārtas situācijās

Kāda ir lielākā problēma ar ūdeņraža degvielu?

Iekārtas ūdeņraža ražošanai vai transportēšanai uz tvertnēm, kas saspiež agregātus, lai palielinātu spiedienu ūdeņraža tvertnēs, kurās uzglabā ārkārtīgi augsta spiediena ūdeņradidizplešanās tvertnes ar īpašām FCEV sprauslām, drošības funkcijas, piemēram, noplūžu meklēšana un izslēgšana ārkārtas situācijās.Ražošanas izmaksas un energoefektivitāte ir galvenās problēmas, ar kurām saskaras ūdeņraža degviela. Mūsdienās lielākā daļa ūdeņraža tiek ražota, izmantojot tvaika metāna reformēšanu, kurā tiek izmantota dabasgāze un rodas oglekļa emisijas. Lai gan "zaļais ūdeņradis", kas iegūts elektrolīzes ceļā, izmantojot atjaunojamo enerģiju, ir tīrāks, izmaksas joprojām ir daudz augstākas.

Šie ir vēl svarīgāki izaicinājumi: Transportēšana un uzglabāšana: Tā kā ūdeņradim ir mazs enerģijas daudzums attiecībā pret tā tilpumu, to var saspiest vai atdzesēt tikai augstā atmosfēras spiedienā, kas rada sarežģītību un izmaksas.

Telpu uzlabošana: liela skaita degvielas uzpildes staciju būvniecība prasa daudz resursu.

Jaudas zudumi: Enerģijas zudumu dēļ ražošanas, reducēšanas un apmaiņas laikā no ūdeņraža izgatavotajām degvielas šūnām ir samazināta veiktspēja “no urbuma līdz riteņiem” nekā elektroautomobiļiem, kas aprīkoti ar akumulatoriem.

Neskatoties uz šīm grūtībām, valdības atbalsts un notiekošie pētījumi veicina tehnoloģisko attīstību, kas varētu palielināt ūdeņraža ekonomisko iespējamību.

Vai ūdeņraža degviela ir labāka par elektrisko?

Izvēle starp akumulatora elektroautomobiļiem (BEV) un automašīnām, ko darbina ūdeņraža degvielas elementi, ir sarežģīta, jo, pamatojoties uz lietošanas problēmu, katram tehnoloģijas veidam ir īpašas priekšrocības.

Elektroautomobiļi ar akumulatoriem ir noderīgāki ikdienas pārvietošanās vajadzībām un lietošanai pilsētās, savukārt ar ūdeņradi darbināmi automobiļi labi darbojas lietojumos, kuriem nepieciešami lieli attālumi un ātra degvielas uzpilde, piemēram, autobusiem un kravas automašīnām.

Cik daudz ūdeņraža uzpildes staciju ir pasaulē?

2026. gadā visā pasaulē darbojās vairāk nekā 1000 ūdeņraža uzpildes staciju, un turpmākajos gados tiks plānota ievērojama izaugsme. Ir vairākas konkrētas jomas, kurāsūdeņraža uzpildes stacijairpārvietots:

Ar vairāk nekā fisimtiemstacijas, Āzija pārņem tirgu, galvenokārt sastāvot no Dienvidkorejas (vairāk nekā 100 staciju) un Japānas (vairāk nekā 160 staciju) valstīm. Ķīnastirgusstrauji pieaug, jo valdībai ir ambiciozi mērķi.

Ar gandrīz 100 stacijām Vācija apsteidz Eiropu, lepojoties ar aptuveni diviem simtiem staciju. Līdz 2030. gadam Eiropas Savienība plāno palielināt staciju skaitu līdz tūkstošiem.

Vairāk nekā 80 stacijām ir tirdzniecības vietas Ziemeļamerikā, galvenokārt Kalifornijā, un vēl dažas Kanādā un ASV ziemeļaustrumu reģionā.

Tā kā prognozes liecina, ka līdz 2030. gadam visā pasaulē varētu būt vairāk nekā 5000 staciju, visas valstis ir iesniegušas politikas, kuru mērķis ir veicināt ūdeņraža staciju būvniecību.

Kāpēc ūdeņraža degviela ir labāka par benzīnu?

Salīdzinot ar tradicionālajām degvielām, kas ražotas no naftas, ūdeņraža degvielai ir daudz dažādu priekšrocību:

Nulle gaisa piesārņojuma: ūdeņraža degvielas elementi novērš kaitīgos izplūdes gāzu izmešus, kas veicina gaisa piesārņojumu un temperatūras paaugstināšanos, kā blakusparādību radot tikai ūdens tvaikus.

Zaļās enerģijas pieprasījums: tīras enerģijas ciklu var izveidot, radot ūdeņradi, izmantojot dabiskus avotus, piemēram, saules gaismu un vēja enerģiju.

Enerģētiskā drošība: ūdeņraža ražošana valsts mērogā no vairākiem avotiem samazina atkarību no ārvalstu naftas.

Augstāka efektivitāte: salīdzinot ar transportlīdzekļiem, ko darbina benzīna dzinēji, degvielas elementu transportlīdzekļi ir aptuveni divas līdz trīs reizes efektīvāki.

Klusa darbība: Tā kā ūdeņraža automašīnas darbojas efektīvi, tās samazina trokšņa piesārņojumu pilsētās.

Ūdeņraža videi draudzīgās priekšrocības padara to par pievilcīgu degvielas aizstāšanas iespēju pārejā uz tīrāku transportu, tomēr joprojām pastāv ražošanas un transportēšanas problēmas.

Cik ilgs laiks nepieciešams, lai uzbūvētu ūdeņraža uzpildes staciju?

Ūdeņraža uzpildes stacijas būvniecības grafiks ir lielā mērā atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, stacijas izmēriem, darbības vietas, atļauju noteikumiem un no tā, vai ūdeņradis tiek piegādāts vai ražots uz vietas.

Mazākam skaitam staciju ar iepriekš izgatavotām detaļām un samazinātām konstrukcijām tipiski grafiki ir sešu līdz divpadsmit mēnešu laikā.

Lielākām un sarežģītākām stacijām ar ražošanas iekārtām uz vietas tas aizņem 12 līdz 24 mēnešus.

Turpmāk minētie faktori ir svarīgi, kas ietekmē būvniecības laiku: vietas izvēle un plānošana

Nepieciešamās atļaujas un apstiprinājumi

Aprīkojuma atrašana un nodrošināšana

Būvēšana un uzstādīšana

Uzstādīšana un drošības novērtējumi

Ūdeņraža spēkstaciju izvietošana tagad ir efektīvāka, pateicoties jaunajiem sasniegumiem modulāro staciju konstrukcijās, kurām ir saīsināti projektēšanas termiņi.

Cik daudz elektrības iegūst no 1 kg ūdeņraža?

Degvielas uzpildes elementu sistēmas veiktspēja ir atkarīga no elektroenerģijas daudzuma, ko var saražot, izmantojot vienu kilogramu ūdeņraža. Ikdienas lietojumos:

Viens kilograms ūdeņraža var darbināt tipisku ar degvielas elementiem darbināmu transportlīdzekli aptuveni 60–70 jūdžu nobraukumu.

Viens kilograms ūdeņraža satur gandrīz 33,6 kWh enerģijas.

Viens kilograms ūdeņraža varētu saražot aptuveni 15–20 kWh elektroenerģijas, ko var izmantot, ņemot vērā degvielas elementu uzticamību (parasti 40–60%).

Lai to aplūkotu kontekstā, parasta amerikāņu mājsaimniecība dienā patērē gandrīz trīsdesmit kWh elektroenerģijas, kas norāda, ka, veiksmīgi pārveidojot, 2 kg ūdeņraža varētu darbināt mājokli vienu dienu.

Enerģijas konversijas efektivitāte:

Ar ūdeņraža degvielas elementiem darbināmiem transportlīdzekļiem “no ieguves līdz riteņiem” efektivitāte parasti ir no 25 līdz 35 %, savukārt ar akumulatoru darbināmiem elektriskajiem automobiļiem parasti ir 70–90 %. Šīs atšķirības galvenie cēloņi ir enerģijas zudumi ūdeņraža ražošanā, dekompresijā, transportēšanā un degvielas elementu pārveidošanā.