Вопрос 1: Из каких основных функциональных частей состоит водородная заправочная станция для автомобильного транспорта?

Ответ: Водородная заправочная станция (далее ВЗС) представляет собой сложное, специализированное техническое устройство, работающее с водородом при высоких давлениях, вплоть до 900 бар. ВЗС обеспечивает соблюдение технологических процессов с учетом всех химико-физические свойств водорода и безопасность эксплуатации при подаче топлива на автотранспортное средство.

Основные функциональные составляющие ВЗС:

1. Базовой частью ВЗС является система подачи водорода на саму ВЗС. Обычно, давление рабочего запаса составляет около 25 бар.

2. Компрессорная установка, предназначенная для увеличения давления водорода. Из рабочего запаса, с давлением около 25 бар, водород закачивается (с помощь компрессорной установки) в буферы высокого давления (далее БВД), которые предназначены для обеспечения давления, требуемого для заправки транспортного средства. Однако, в случае необходимости, вход компрессорной установки может быть пере-подключен к выходу буфера первой ступени каскада. В таком случае компрессор будет сжимать водород до более высоких значений (например, с уровня 300 бар до значений в 500 и даже 900 бар). Смысл концепции каскадного повышения давления состоит в том, чтобы снизить энергоемкость процесса и ограничить нежелательный нагрев среды в процессе сжатия (к процессу заполнения буферных емкостей применимо уравнение состояния, с исходной температурой 15 °C).

3. БВД, включенные в многоступенчатый каскад. Каждая ступень каскада состоит из цилиндров высокого давления, соединенных таким образом, чтобы они образовывали требуемый объём.

Водород, находящийся в БВД под рабочим давлением, составляет оперативный резерв топлива на заправочной станции, служащий для ускорения процесса заправки подсоединенного транспортного средства.

Требования к ВЗС со стороны заказчика включают в себя, по мимо прочего, описание типов транспортных средств, подлежащих заправке на данной станции (например, автобусы с давлением заправки 350 бар и емкостью бака около 30 кг водорода или легковые автомобили с давлением заправки 700 бар и емкостью бака около 6 кг), а также периодичность и требования к скорости заправки (например, транспортная компания владеет 15 автобусами, которые необходимо заправить в течение 3 часов, а также, в будущем, рассчитывает заправлять еще по 5 легковых автомобилей в день). Исходя из этих данных, рассчитывается необходимое рабочее давление водорода в БВД, и разделение на уровни давления каскадов (например, уровни 300, 500 и 900 бар).

4. Система управления блоком клапанов, который управляет выходом компрессорной установки и, таким образом, позволяет постепенно заполнять отдельные ступени каскада буферов высокого давления. Основными переменными, влияющими на работу блока клапанов, являются давление в секции каскада и температура цилиндров. Также, система управления контролирует перепуск водорода через автоматические клапаны между отдельными напорными секциями. Управляющей переменной в данном случае является давление в баке транспортного средства и расход водорода через массовый расходомер (составная часть стойки диспенсера. При падении давления в буфере ниже установленного минимума, и как следствие – уменьшении потока среды, система переключится на другую секцию буфера с более высоким рабочим давлением). В случае заправки при давлении 700 бар – также учитывается температура заправляемого бака.

5. Диспенсер — устройство для контролируемой подачи водорода в бак автомобиля. Диспенсер выполняет сразу несколько функций, в частности – обеспечение безопасности процесса заправки (плотное соединение с приёмной горловиной бака транспортного средства, герметичность самой системы, предотвращение повреждения шланга, ограничение скорости расхода водорода до 60 г/с, контроль за давлением и температурой бака транспортного средства). Помимо того, диспенсер выполняет функцию датчика системы управления для переключения секций буферного каскада, функцию коммерческого измерения для определения цены топлива, а также обеспечивает охлаждение водорода во время заправки с давлением 700 бар. В этом случае диспенсерная установка способна понизить температуру закачиваемого топлива аж до -40 °C. Устройство оснащают банковским терминалом для оплаты и системой регистрации водителей и заправляемых транспортных средств.

6. Система управления контролирующая все процессы, проходящие на заправочной станции. Система оценивает информацию, получаемую с датчиков и поддерживает технологический процесс в установленных рабочих пределах. При превышении какого-либо из параметров – система управления запускает автоматическую последовательность действий, направленную на приведение станции в безопасное состояние. Она обменивается данными с внешним миром, обеспечивает связь с вышестоящими системами управления и мониторинга, поддерживает дистанционное обслуживание и самодиагностику.