Vodíková plnicí stanice (dále VPS) je poměrně složitým vyhrazeným technickým zařízením pracujícím s vodíkem na vysokých provozních tlacích až do hodnoty 900 bar. Přitom se musí respektovat všechny chemicko-fyzikální vlastnosti vodíku a zajistit bezpečnost provozu i výdej vodíku do silničních vozidel.

Základní funkční části VPS jsou:

1. zdrojová část VPS, to je místo provozní zásoby vodíku pro řádný chod VPS, obvyklý tlak se pohybuje kolem 25 bar
2. kompresorová jednotka pro komprimaci vodíku z tlaku provozní zásoby cca 25 bar na hodnoty tlaku ve vysokotlakých bufferech (VTB), které jsou určeny pro plnění vozidel přepouštěním stlačeného vodíku. Kompresorová jednotka však může býti přepojena svým vstupem na výstup prvního stupně kaskády a pak komprimuje vodík z úrovně 300 bar na hodnoty 500 a 900 bar. Cílem je snížit energetickou náročnost komprimace a omezit nežádoucí ohřev vodíku po komprimaci (stavová rovnice pro referenční teplotu 15°C platí i pro plnění tlakových lahví bufferu).
3. VTB, které jsou zapojeny do několikastupňové kaskády. Každý stupeň kaskády se skládá z tlakových lahví pospojovaných tak, aby vytvořily potřebný objem. Součin objemu a tlaku vodíku ve všech sekcích, při uvážení faktoru kompresivity a teploty, tvoří pohotovostní zásobu VPS pro okamžité a rychlé plnění vozidla po jeho připojení k VPS. Požadavky na plnění od zadavatele obsahují typy plněných vozidel (například autobusy s plnicím tlakem 350 bar a se zásobou v nádrži cca 30 kg vodíku, nebo osobní vozy s plnicím tlakem 700 bar a se zásobou v nádrži cca 6 kg) a četnost plnění v čase (například Dopravní podnik má 15 autobusů a musí je naplnit během 3 hodin, a dále počítá s 5 osobními vozy za den). Z toho se vypočítá potřebná zádrž vodíku ve VTB a rozvrstvení tlakových úrovní, například hladiny 300, 500 a 900 bar
4. priority panel je řízeným ventilovým blokem, který řídí tlakový výstup kompresorové jednotky a plní tím postupně jednotlivé stupně tlakové kaskády bufferu. Řídící veličiny jsou tlak v sekci a teplota tlakových lahví. Zároveň priority panel řídí přepouštění vodíku přes výdejní stojan z jednotlivých tlakových sekcí. Řídící veličinou je tlak v nádrži vozidla a průtok vodíku hmotovým průtokoměrem (součást výdejního stojanu, při poklesu průtoku pod nastavené minimum se přepíná na sekci s vyšším provozním tlakem), a v případě plnění na 700 bar i teplota plněné nádrže.
5. výdejní stojan je zařízení pro řízený výdej vodíku do nádrže vozidla. Plní několik funkcí, zejména bezpečnost (těsné připojení k vozidlu, těsnost vlastního systému, zábrana přetržení hadice tržnou pojistkou, omezení rychlosti průtoku vodíku na maximálních 60 g/s, kontrola tlaku v nádrži vozidla tak, aby nebyl pro referenční teplotu překročen při 700 barovém plnění, při plnění na 350 bar nepřekročil nominální hodnotu), dále pak funkci řízení priority panelu pro přepínání sekcí kaskády bufferu, dále pak funkci obchodního měření pro stanovení ceny odebraného vodíku v kg vodíku, a dále chlazení vodíku v případě plnění na 700 bar, kdy strojní chlazení snižuje teplotu plněného vodíku až na -40°C. Obsahuje terminálovou jednotku pro připojení k bance pro platby kartou, případně na systém evidence řidičů a plněných vozidel.
6. Řídicí systém jednotně řídí všechny procesy stanice, vyhodnocuje soustavu senzorů a udržuje technologii v nastavených provozních mezích. Při překročení některého z parametrů systému aktivuje automatickou souslednost úkonů stanice směřujících k jejímu uvedení do bezpečného stavu. Komunikuje navenek, zajišťuje signály pro jejich přenos k nadřízeným a monitorovacím systémům, podporuje teleservis a autodiagnostiku.

Vodíková plnicí stanice a silniční vozidla jsou vybavena koncovkami podle mezinárodně uznaného technického standardu. Jeho smyslem je, mimo jiné, zajistit vhodnou kompatibilitu pro plnění vozidel po celém světě i u různých prodejců. Z hlediska bezpečnosti je konstrukcí koncovek zajištěna správná funkce tak, aby vozidlo s plnicím hrdlem na 700 bar akceptovalo přípojnou hadici s plnicím tlakem 700 bar, ale také i přípojnou hadici s plnicím tlakem 350 bar, případně i 250 bar.

Naopak na vozidlo s plnicím hrdlem na 250 bar nelze připojit plnicí hadici s plnicím tlakem 350 bar nebo 700 bar. Je to zajištěno mechanicky vhodnými zámky.

Plnicí koncovka je sofistikovaná součástka, jejíž funkce je definována mezinárodním technickým standardem a která má certifikaci potvrzující, že tento mezinárodní technický standard splňuje. Ohled na uživatele byl přitom základním zřetelem, který byl při vývoji součástky respektován. Koncovka plnicí hadice se jednoduše zasune do koncovky na vozidle a v této poloze se zajistí pootočením páčky na koncovce. Tady je velká analogie i například s CNG, kde jsou koncovky prověření již mnoho let po celé Zemi.

Kromě toho automatická sekvence plnicího procesu jako první kontroluje těsnost propojení plnicí hadice s koncovkou vozidla. Využívá se k tomu zbytkového tlaku vodíku ve vozidle a v plnicí hadici. Po určitou dobu se snímá hodnota tlaku vodíku v připojené koncovce a další krok v plnění vodíku do silničního vozidla může pokračovat pouze tehdy, je-li tlak bez poklesu. Pokud tomu tak není, tak řídicí systém proces zastaví a ohlásí chybu – netěsnost připojení hadice.

Taková chyba může nastat, pokud bylo poškozeno těsnění na plnicích koncovkách anebo se dostala nečistota do spoje. Netěsné spojení bude také indikováno v případě, že koncovka je připojována k nesprávnému protikusu. Netěsné spojení přivolaný servisní pracovník vodíkové plnicí stanice snadno odstraní.

Ano, je to možné. Podmínkou nutnou je kompatibilní přípojka podle mezinárodního standardu a odpovídající technické parametry tlakové nádoby pro vodík v mobilním zařízení. Podle poznatků ze zahraničí bývají tyto „speciály“ zpravidla plněny na 350 bar.

Společnost APT, spol. s r. o. pro tyto účely vyvinula vodíkové plnicí stanice malého provedení s potřebným výkonem pro plnění vysokozdvižných vozíků s bezemisním provozem. Tyto stanice jsou snadno přemístitelné a mohou tak operativně řešit potřebu různých uživatelů. Tyto malé stanice jsou určeny pro plnění vodíkem na tlak 250, 350 nebo 700 bar. Individuální specifikace je vždy upřesněna uživatelem v okamžiku objednávky.

Uváděné tlakové úrovně jsou vztaženy na standardní stavové podmínky plynu, tedy pro teplotu 15°C. Setkáváme se také s objemem vodíku v Nm³, který je definován při teplotě 15°C a tlaku 101,325 kPa. Z pohledu uživatele se nejčastěji mluví o odebraných kilogramech vodíku. Pro převodní vztah mezi Nm³ a kg vodíku platí, že 11,2 Nm³ = 1 kg.

Současná tržní cena vodíku u západoevropských veřejných vodíkových plnicích stanic se pohybuje asi od 10,- € do 15,- € za 1 kg vodíku naplněného do vozidla. Do budoucna se očekává pokles cen vodíku.

Zařízení vodíkové plnicí stanice se umísťují ve venkovním prostoru tak, aby se případně uniklý vodík nemohl nebezpečným způsobem nahromadit v uzavřených stavebních konstrukcích. Některé části plnicí stanice mohou být instalovány v uzavřených prostorech, které musí být větrány podle předpisů a podmínek uvedených v Certifikované metodice výstavby a provozu plnicích stanic stlačeného vodíku pro mobilní zařízení v technických pravidlech vydaných Českým plynárenským svazem TPG 304 03. Vždy musí být nainstalovány samočinné ventily zajišťující automatické uzavření zdrojů vodíku v případě vzniku nebezpečné situace. Technologické části stanice musí být zajištěny proti přístupu nepovolaných osob.

Společnost APT, spol. s r. o. vyvinula sestavy vodíkových plnicích stanic, jejichž základní komponenty jsou umístěny v pohledných kontejnerech. Jedfnak jsou části stanice dobře chráněny před atmosférickými vlivy, zjednodušují instalaci na místě a zjednodušují projektovou přípravu. Příklad takové stanice umístěné v areálu společnosti ÚJV Řež je níže na fotografii. Designové pojetí kontejnerů společnost APT, spol. s r. o. řeší individuálně podle požadavků investora.

Základní rozdíl spočívá v tom, že neveřejná plnicí stanice vodíku slouží pro uzavřenou skupinu odběratelů, tedy například podniková stanice nebo i soukromá. U takových stanic se zpravidla odběr vodíku do mobilních prostředků pouze eviduje. Není proto zapotřebí obchodního měření odebraného vodíku pro účely přesného stanovení ceny. V takovém případě je neveřejná stanice mnohem levnější na pořízení. Vysokotlaký zásobník na stlačený vodík může být optimalizován podle režimu užívání stanice, která může být i pomaluplnicí.

Veřejná plnicí stanice vodíku slouží široké veřejnosti a musí být vybavena obchodním měřením odebraného množství vodíku a musí mít vždy platné metrologické ověření (viz zákon č. 505/1990 Sb.). Veřejná stanice musí být také vybavena objemnou zásobou stlačeného vodíku tak, aby byla schopna uspokojit nepravidelně přijíždějící veřejnost. Zpravidla se jedná o stanice rychloplnicí. Na veřejnou plnicí stanici vodíku se vztahuje zákon č. 311/2006 Sb.

Z hlediska provozní bezpečnosti jsou si obě varianty plnicích stanic rovnocenné. Vždy jsou při návrhu a dodávce zachovány principy, sledující maximální bezpečnost a provozní spolehlivost.

Plnicí rychlospojka musí odpovídat ustanovení normy ČSN EN ISO 17268 Plynný vodík – Plnicí rozhraní pozemních vozidel. Musí zajistit rozlišení plnicích přetlaků. Pro plnicí přípojky je možno použít pouze plnicí hadice, jejichž provedení zajistí vodivé spojení s plněným mobilním zařízením, odolává proudícímu vodíku a jeho provoznímu tlaku. Plnicí přípojka nemá být kratší než 3 m a delší než 5 m. Konstrukce plnicí rychlospojky musí vyloučit její použití k jiným účelům, než je plnění nádrží vodíkových mobilních zařízení. Dále musí zajistit, aby průtok vodíku byl umožněn pouze v případě jejího těsného připojení k protikusu na plněném vozidle a vyloučit její neúmyslné odpojení. Odpojení plnicí rychlospojky musí být možné až po jejím odtlakování. Při překročení mechanického namáhání plnicí přípojky nad určitou mez dojde k jejímu rozpojení díky mechanické rozpojce a k uzavření přívodu vodíku od výdejního zařízení a také k uzavření zpětného toku vodíku od nádrže plněného vozidla. Síla potřebná k rozpojení je podstatně nižší než pevnost v tahu vlastní hadice plnicí přípojky, nebo síla potřebná k vytržení plnicí rychlospojky anebo k poškození výdejního zařízení.

Plnicí hadice má definovanou elektrickou vodivost. To je nezbytné k uvedení plněného vozu a plnicí stanice na stejný potenciál a tím zabránit přeskoku elektrických nábojů jako možného zdroje iniciace zahoření.

Nebezpečná zóna je definována jako prostor, ve kterém je nebo se může vyskytnout výbušná atmosféra v takovém množství, že je potřeba přijmout speciální opatření při konstrukci, instalaci a používání plnicí stanice stlačeného vodíku.

Nebezpečná zóna může mít prostory zařazené do Zóny 0, ve které se vyskytuje výbušná plynná atmosféra trvale, nebo po dlouhé časové období, nebo velmi často.  Takové prostory se u vodíkových plnicích stanic v místě výskytu zákazníků a jejich vozidel, nevyskytují.

Zóna 1 představuje ten prostor, ve kterém je potřeba počítat s tím, že se výbušná atmosféra vyskytne příležitostně. Takový prostor je u plnicí stanice vodíku kolem plnicí rychlospojky v okamžiku připojování, plnění a rozpojování. Zóna 1je v podobě koule o poloměru 25 centimetrů.

Zóna 2 představuje ten prostor, ve kterém není potřeba počítat s tím, že se výbušná atmosféra vyskytne. Ale pokud přece jenom se vyskytne, pak s největší pravděpodobností pouze zřídka a během krátké doby. Zóna 2 je kolem výdejního stojanu do vzdálenosti 20 centimetrů od jeho povrchu do všech směrů.

Prostor bez nebezpečí výbuchu představuje ten prostor, ve kterém se nepředpokládá přítomnost výbušné atmosféry v takovém množství, aby musela být přijata speciální opatření při konstrukci, instalaci a používání vodíkové plnicí stanice. To jsou všechny ostatní prostory, které zákazník u plnicí stanice používá, s výjimkou výše uvedených malých zón. Prevencí proti nebezpečným situacím ale i nadále zůstává zákaz kouření, zákaz používání otevřeného ohně a zákaz těch činností, které by mohly iniciovat hoření v prostoru plnicí stanice. Prevencí jsou rovněž sofistikované konstrukční principy, použití kvalitních materiálů a důsledné funkční zkoušky při návrhu a stavbě vodíkových plnicích stanic společnosti APT, které garantují, že za běžných provozních stavů je stanice bezpečná. Pokyny pro správné použití plničky zákazníkem jsou multijazyčně vyvěšeny v prostoru stanice.

 Obecně vodík jako plyn získaný vhodným výrobním procesem (volného vodíku na Zemi je velice malé množství, sotva tak 10 % co hélia) bude vždy směsí látek, které se procesu účastní anebo vlivem okrajových podmínek takový proces ovlivňují. Mluvíme pak o stupni čistoty, který vyjadřuje podíl jednotlivých složek reziduí na složení vodíku. Můžeme tak rozlišit například stupeň čistoty 3.0, který znamená, že vodíku jsou tři 9, tedy 99,9 % a do 100 % jsou ostatní látky. Ty jsme také schopni rozlišit a tak víme, že například zbytek tvoří vodní pára, dusík, kyslík, uhlovodíky, sloučeniny síry a podobně.

Některá rezidua ve vodíku negativně ovlivňují zejména membránu palivového článku. To ve svém důsledku snižuje výkon palivového článku a zkracuje jeho životnost. Mezi tyto látky, mimo jiné, patří zejména oxid uhelnatý, sirné sloučeniny, formaldehyd, amoniak, kyselina mravenčí a halogenidy. Maximální koncentraci těchto a dalších látek ve vodíku pro palivové články definuje norma ČSN ISO 14687-2 v tabulce na konci odpovědi. Výše uvedené zbytkové látky se dostávají do vodíku v procesu jeho výroby. Právě způsob přípravy vodíku má podstatný vliv na složení nežádoucích reziduí. Tak například výroba vodíku parním reformingem ze zemního plynu sebou nese nebezpečí vyššího výskytu  CO₂, CH₄ nebo halogenidů. Vodík vzniklý při krakování ropy může obsahovat zvýšené množství sirných sloučenin. Vodík vyrobený elektrolýzou vody může obsahovat větší množství vody nebo kyslíku. Speciální filtrační zařízení mohou nežádoucí látky odstranit a vodík tak připravit pro použití v palivových článcích. V technické praxi není problém dosáhnout čistoty vodíku 5.0, tedy čistoty 99,999 %, Avšak ani v tom malém zbytku do 100 % se nesmí vyskytnout látka omezující nebo degradující palivový článek.  

 Požadavky na kvalitu vodíku pro vodíkové palivové články

Celkový podíl vodíku a kontaminujících plynů

Maximální koncentrace jednotlivých kontaminujících plynů