9 ژوئن 2022 -توسط ربکا مارتینو، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر
به عنوان اولین تأسیسات در نوع خود، ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژن سنگین NREL در را به روی مرزهای جدیدی در زمینه ذخیره‌سازی هیدروژن و تحقیقات سوخت‌رسانی باز می‌کند. اعتبار: جو دلنرو، NREL
یک بعد از ظهر گرم بهاری در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) است، به عنوان نقطه اوج دو سال کار روی پروژه نوآورانه ایستگاه های هیدروژن با توان بالا (IHS)، محققان NREL با موفقیت سوخت هیدروژنی با سرعت جریان بالا را در یک سیستم خودروی سنگین (HD) با استفاده از پیشرفته ترین تکنولوژی نشان دادند. قابلیت های تاسیسات یکپارچه سازی سیستم های انرژی NREL به عنوان بخشی از تحقیقات پیشرفته در مورد محیط سیستم های انرژی یکپارچه.
این دستاورد به اهداف وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و صنعت برای وسایل نقلیه الکتریکی سلول سوختی HD (FCEVs) و زیرساخت کمک می کند، که از پیشرفت کربن زدایی در صنعت حمل و نقل پشتیبانی می کند. برای بیش از یک دهه، NREL از تحقیقات پیشرفته در مورد شیوه‌های سوخت‌رسانی هیدروژنی برای FCEVهای سبک حمایت کرده است. با این حال، کامیون ها و ماشین آلات HD تعهدی در مقیاس کاملاً متفاوت هستند.
رهبر پروژه Shaun Onorato گفت: “طراحی و ساخت این اولین سیستم ها در نوع خود، یک دستاورد فنی قابل توجه است.” “این تحقیق برای توصیف سوخت هیدروژن HD مفید است و دری را برای پروتکل های جدیدی که آینده حمل و نقل کربن زدایی شده را شکل می دهند باز می کند.”
پروژه IHS – با همکاری Air Liquide، Honda، Shell و Toyota – به چالش‌های تحقیقاتی و شکاف‌های تکنولوژیک در توسعه سیستم‌های سوخت‌رسانی هیدروژنی با نرخ جریان بالا، که شامل کلاس 8 کامیون‌های نیمه‌کامیون، دریایی، ریلی، و کاربردهای معدنی است، می‌پردازد. این پروژه تا حدی توسط دفتر فناوری‌های هیدروژن و سلول سوختی DOE برای حمایت از دیدگاه H2@Scale DOE برای هیدروژن پاک در چندین برنامه کاربردی و بخش‌های اقتصادی تامین می‌شود. هدف نهایی رقابت با زمان سوخت‌گیری معمولی خودروهای دیزلی (تقریباً 10 دقیقه) است که بر اساس حداکثر پتانسیل ذخیره‌سازی خودرو در داخل هواپیما، نرخ جریان جرمی گاز هیدروژن جاه‌طلبانه 10 کیلوگرم در دقیقه به‌طور متوسط (پیک 20 کیلوگرم در دقیقه) است. 100 کیلوگرم گاز هیدروژن این نرخ تقریباً 10 برابر متوسط دبی جرمی است که در حال حاضر برای FCEV های سبک استفاده می شود.
در 26 آوریل 2022، تیم IHS از این هدف نرخ جریان جرمی فراتر رفت و نرخ جریان جرمی متوسط 14 کیلوگرم در دقیقه (اوج 21 کیلوگرم در دقیقه) را با پر کردن 40.3 کیلوگرم در بانکی از 8 مخزن ذخیره هیدروژن نشان داد – مشابه آنهایی که توسط وسایل نقلیه HD استفاده می شوند – در 2.87 دقیقه. این نقطه عطف میانی راه را برای پروژه برای رسیدن به نقطه عطف نهایی تکمیل پر کردن 60-80 کیلوگرم در کمتر از 10 دقیقه با سرعت جریان انبوه سریع هموار می کند.
ساختن یک سیستم سوخت هیدروژنی بزرگتر
برای طراحی یک ایستگاه کاملاً جدید سوخت‌رسانی هیدروژن، محققان ابتدا به مدل شبیه‌سازی پر کردن هیدروژن NREL (H2FillS) نگاه کردند. H2FillS یک مدل ترمودینامیکی سریع، انعطاف‌پذیر است که تامین هیدروژن را از یک ایستگاه هیدروژن به یک FCEV سبک شبیه‌سازی می‌کند. در سال 2021، محققان به‌روزرسانی‌های قابل‌توجهی در مدل H2FillS انجام دادند تا با الزامات HD و پروژه IHS مطابقت داشته باشد. آخرین نسخه سرعت محاسباتی مدل را بهینه کرد به طوری که اکنون 20x40x سریعتر از نسخه قبلی است و بهینه سازی را به پارامتر نرخ رمپ فشار اضافه کرد. علاوه بر این، H2FillS اکنون فرآیند کامل سوخت‌گیری هیدروژن را برای محاسبه نرخ سوخت‌گیری بهینه برای خودروهای HD بررسی می‌کند.
برای درک توزیع دما در مخازن ذخیره هیدروژن خودرو (که برای توسعه پروتکل‌های سوخت‌رسانی جدید ضروری است)، محققان مدل‌سازی دینامیکی سیالات محاسباتی سه‌بعدی را با استفاده از ابررایانه NREL، Eagle، انجام دادند تا نقاط داغ احتمالی را مشخص کرده و ویژگی‌های اختلاط را بهینه کنند. در طول پروژه، تیم پر کردن کامل و جزئی متعددی را با مدل‌سازی دینامیکی سیالات محاسباتی انجام داد تا جنبه‌هایی مانند تأثیر اندازه مخزن، قطر انژکتور و زاویه انژکتور بر اختلاط گاز را بررسی کند. محققان این نتایج را در کنار آزمایش های تجربی متعادل کردند تا به طور مستمر فرآیند آنها را تأیید کنند و H2FillS را برای برنامه های HD تقویت کنند.
