Polttokennon alusten vedyn varastointitekniikan levityksen analyysi

Kasvavan maailmanlaajuisen huomion myötä energiansäästöön ja päästöjen vähentämiseen,polttokennolaivot, tärkeänä suuntaisena laivateollisuuden vihreälle muutokselle, saa yhä enemmän huomiota. Polttokennojen alusten kehittämisessä avainyhteytenä, tutkimus- ja sovellustilavedyn varastointiTeknologia on vielä kiinnostavampaa.

Polttokennolaivoissa vetyä säilyttämiseen on olemassa monia tapoja, jotka ovat tällä hetkellä pääasiassa mukaan lukienKorkeapaine kaasumainen vedyn varastointi, matalan lämpötilan nestemäisen vedyn varastointi, orgaaninen nestemäinen vedyn varastointi ja metallihydridivetyjen varastointi. Näillä vedyn varastointimenetelmillä on omat edut ja haitat ja ne sopivat erityyppisiin aluksiin ja kysyntäskenaarioihin.

1. Korkeapaine kaasumainen vedyn varastointi

Korkeapaineen vetyvarasto tallentaa vety korkean tiheän kaasumaisen muodon kaasusylinterissä puristusprosessoinnin kautta. Siitä on tullut laajimmin käytetty vedyn varastointimenetelmä alusten kentällä nopean täyteaineen, edullisen ja helpon käytön vuoksi. Avain tähän tekniikkaan on vedyn varastointikierrosten tutkimuksessa ja kehittämisessä. Korkeapaineen vetyvarastoinsylinterit on jaettu neljään tyyppiin: puhtaisiin teräsmetallisylintereihin (tyyppi I), teräsvuoraushiilikuitupullot (tyyppi II), alumiinivuoraushiilikuitu täysin käärittyjä pulloja (tyyppi III) ja muovinen vuoraushiilikuitu täysin käärittyjä pulloja (tyyppi IV).

Niiden joukossa tyypin III ja tyypin IV kaasusylinterit koostuvat vuorauksesta, hiilikuitukävelykerroksesta ja lasikuituvahvistetusta hartsikerroksesta. Kokonaispaino on suhteellisen kevyt ja massan vedyn varastointitiheys on korkea. Ne ovat kuumia kohtiapolttokennosovellukset. Tällä hetkellä polttokennolaivot kotona ja ulkomailla on tyypin III pulloilla, joiden työpaine on 35MP. Vetyjen varastointitiheyden ja kaasusylinterijärjestelmän tilavuuden rajoitusten vuoksi alustyypit ovat pääasiassa sisämaata ja jahteja, joilla on pieni tehonlähtö.

Laivan energian varastoinnin ja kestävyyden välisen epäsuhta haasteena 70MPA IV-kaasusylinterit käyttävät kevyitä korkea lujaa muovia metallien korvaamiseksi laadun, iskujen sitkeyden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi, mutta kohtaavat teknisiä esteitä, mukaan lukien:

1) Materiaali- ja rakenteelliset ongelmat: Muovivuorauksen ja metallin välinen rajapinta on alttiina vuotamiselle, ja prosessointitekniikka ja pintakäsittely on optimoitava tiivistymisen ja sitoutumisen parantamiseksi.

2) Lämpöhallintahaasteet: Nopean hydrauksen aikana syntyy suuri määrä lämpöenergiaa, jota on valvottava turvallisuusvaarojen välttämiseksi. Vaikka simulaatio osoittaa, että se täyttää turvallisuusstandardit, ohjaamon todellinen korkea lämpötilaympäristö vaatii tiukempia lämpötilanhallintamittauksia.

3) Täyttämisolosuhteiden vaikutus: Alkuperäinen lämpötila ja vedyn täyttönopeus vaikuttavat merkittävästi lämpötilan nousuun, ja täyttöprosessin optimoimiseksi tarvitaan hienoa hallintaa.

Korkeapaineisen vedyn varastointi on tällä hetkellä yleinen vedyn varastointimenetelmä polttokennoaluksille, mikä on kätevää ja taloudellista. Kaasusylinterin paineen ja tilavuuden vuoksi kuitenkin käytetään 35MPA: n tyypin III sylintereitä. Kestävyyden parantamiseksi tutkitaan 70MPA: n, kevyempiä IV -sylinterien käyttöä sovelluksen laajentamiseksi suurempiin aluksiin.

Japanin Yanmar Corporation ja Toyota käyttivät erityisesti lisensoituja korkeapainevarusteita maailman ensimmäisen aluksen saavuttamiseksi 70MPA-kaasusylinterin tankkaamiseksi.

Korkeapaineisen vedyn varastointiin on kuitenkin turvallisuus- ja hallintaongelmia, vedyn tankkausasemia on vähän ja vetysylinterien korvaaminen on hankalaa ja piilotettuja vaaroja. Samanaikaisesti paineen nousu nostaa laitteiden kustannukset ja vedyn tankkausenergian kulutuksen, ja kokonaiskustannukset nousevat huomattavasti.

14. metallihydridi vedyn varastointi

Metallihydridin vedyn varastoinnin periaatteena on käyttää siirtymämetalleja tai seoksia reagoidakseen vedyn kanssa metallihydridien tuottamiseksi vedyn varastoinnin saavuttamiseksi tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa, samalla kun lämmö vapautuu; Lämpötilan noustessa metallihydridi hajoaa vedyn vapauttamiseksi.

Verrattuna kaasumaiseen vedyn varastointiin, tämän vedyn varastointimenetelmän suurin etu on, että vedyn varastointipaine on alhainen ja turvallisuus on korkea, mitä seuraa suuren tilavuuden vedyn varastointitiheys (1000 ~ 3000 kertaa kaasumaisen vety samassa lämpötilassa ja paine -olosuhteissa). Nykyisin kehitteillä oleviin vetyvarastoinseoksiin sisältyy pääasiassa harvinaisia ​​maametalliseoksia, titaaniseoksia, zirkoniumseoksia, magnesiumseoksia ja vanadiiniseoksia.

Metallihydridin vedyn varastointi on enemmän kuin kaasulla ja nesteellä turvallisuuden ja tilavuusvedyn varastointitiheyden suhteen, mutta olemassa olevilla materiaaleilla on korkea vedyn vapautumisreaktiolämpötila -olosuhteet, ja reaktioprosessilla voi olla ongelmia, kuten seosrakenteen tuhoaminen, ja seos laajenee ja supistuu vedyn vapautumisprosessin aikana, aiheuttaen varastosäiliön muodonmuutoksen.

Varsinaisissa laivan sovelluksissa avaintutkimus on suoritettava seuraavissa näkökohdissa:

1) Kehitä uusia vedyn varastointiseosmateriaaleja massavedyn varastointitiheyden parantamiseksi,

2) Optimoi vedyn säilytysmateriaalien vedyn imeytyminen ja desorptio suorituskyky pintakäsittelyn, lisäämällä katalyyttejä jne.,

3) Optimoi varastosäiliön suunnittelu säiliön muodonmuutoksen välttämiseksi, koska seosjauheen reaktio johtuu laajenemisesta vedyn kanssa;

4) Suorita lämmönkeräys-, varastointi- ja käyttöjärjestelmät, jotka sijaitsevat kiinteiden olosuhteiden vedyn varastointijärjestelmien, ja yhdistä tutkimus koko aluksen kanssa energian hyödyntämisen tehokkuuden parantamiseksi ja laitteen tilavuuden ja massan taakan vähentämiseksi.

Koska itse vedyn varastointiseos on raskas, sen massavedyn varastointitiheys on alhainen, mutta se on hyödyllisempi vedenalaisten veneiden kannalta ja voi lisätä veneiden painolastia. Laadukkaiden vedyn varastointimateriaalien kehittäminen ja työolojen optimointi ovat tulevaisuuden tärkeitä tutkimussuuntia.

Saksalaisen HDW-telakan kehittämässä polttokennossa varustetussa tyypin 212A sukellusveneessä on 38 titaani-rauta-seosvetysäiliötä, jotka voivat säilyttää 84 kg vetyä. Lähde: Internet

Kun valitset vedyn varastointimenetelmää polttokennon alukselle, on välttämätöntä harkita kattavasti useita tekijöitä, kuten vedyn varastointitiheys, turvallisuus, kustannukset, käyttöikä, stabiilisuus ja energiankulutus. Seuraava taulukko vertaa erilaisia ​​vedyn varastointimenetelmiä:

Metallihydridivetyjen varastointi on erinomainen suorituskyky, puhtaus ja turvallisuus, ja sen odotetaan tulevan tulevaisuudessa valtavirtaan.