Водонезаправна станція (далі ВПС) є досить складним спеціалізованим технічним обладнанням, що працює з воднем під високим робочим тиском до 900 бар. При цьому необхідно враховувати всі хіміко-фізичні властивості водню та забезпечувати безпеку експлуатації і видачі водню для дорожніх транспортних засобів.

Основними функціональними частинами VPS є:

1. джерельна частина VPS, тобто місце оперативного запасу водню для належного функціонування VPS, звичайний тиск становить близько 25 бар
2. компресорна установка для стиснення водню з робочого тиску приблизно 25 бар до значень тиску у високонапірних буферах (VTB), які призначені для заправки транспортних засобів шляхом перекачування стисненого водню. Однак компресорна установка може бути переключена своїм входом на вихід першого ступеня каскаду і потім стискає водень з рівня 300 бар до значень 500 і 900 бар. Метою є зниження енергоємності стиснення та обмеження небажаного нагрівання водню після стиснення (рівняння стану для еталонної температури 15 °C також застосовується для наповнення балонів буфера).
3. VTB, які підключені до багатоступеневої каскади. Кожен ступінь каскаду складається з поєднаних між собою балонів, що створюють необхідний об’єм. Добуток об’єму та тиску водню у всіх секціях, з урахуванням коефіцієнта стисливості та температури, утворює резервний запас VPS для негайного та швидкого заправлення транспортного засобу після його підключення до VPS. Вимоги до заправки від замовника містять типи заправлюваних транспортних засобів (наприклад, автобуси з тиском заправки 350 бар і запасом у баку приблизно 30 кг водню, або легкові автомобілі з тиском заправки 700 бар і запасом у баку приблизно 6 кг) і частоту заправки в часі (наприклад, транспортне підприємство має 15 автобусів і повинно заправити їх протягом 3 годин, а також розраховує на 5 легкових автомобілів на день). З цього розраховується необхідний запас водню в VTB і розподіл рівнів тиску, наприклад, рівні 300, 500 і 900 бар
4. Панель пріоритетів є керованим клапанним блоком, який регулює вихідний тиск компресорної установки і тим самим поступово заповнює окремі ступені тискової каскади буфера. Керуючими величинами є тиск у секції та температура тискових балонів. Одночасно панель пріоритетів регулює перекачування водню через заправну колонку з окремих тискових секцій. Керуючою величиною є тиск у баку автомобіля та витрата водню за допомогою масового витратоміра (частина заправної колонки, при зниженні витрати нижче встановленого мінімуму перемикається на секцію з вищим робочим тиском), а в разі заправки до 700 бар також температура заправлюваного бака.
5. Розподільний стенд — це пристрій для контрольованого розподілу водню в бак автомобіля. Він виконує кілька функцій, зокрема безпеку (щільне приєднання до автомобіля, герметичність власної системи, запобігання розриву шланга за допомогою запобіжного запобіжника, обмеження швидкості потоку водню до максимальних 60 г/с, контроль тиску в баку транспортного засобу, щоб він не перевищував еталонну температуру при заповненні 700 бар, при заповненні 350 бар не перевищував номінальне значення), а також функцію управління пріоритетом панелі для перемикання секцій каскаду буфера, функцію комерційного вимірювання для визначення ціни спожитого водню в кг водню, а також охолодження водню при заповненні до 700 бар, коли механічне охолодження знижує температуру заповненого водню до -40 °C. Він містить термінальний блок для підключення до банку для оплати карткою або до системи обліку водіїв і заправлених транспортних засобів.
6. Система управління єдино керує всіма процесами станції, оцінює систему датчиків і підтримує технологію в заданих робочих межах. При перевищенні будь-якого з параметрів системи активує автоматичну послідовність дій станції, спрямованих на її переведення в безпечний стан. Комунікує ззовні, забезпечує сигнали для їх передачі до вищестоящих і моніторингових систем, підтримує телесервіс і автодіагностику.

Водоневі заправні станції та дорожні транспортні засоби оснащені наконечниками, що відповідають міжнародно визнаному технічному стандарту. Його метою, серед іншого, є забезпечення відповідної сумісності для заправки транспортних засобів у всьому світі та у різних продавців. З точки зору безпеки, конструкція наконечників забезпечує належне функціонування, так що транспортний засіб із заправним патрубком на 700 бар приймає з’єднувальний шланг із заправним тиском 700 бар, а також з’єднувальний шланг із заправним тиском 350 бар або навіть 250 бар.

Навпаки, до автомобіля з заправним патрубком на 250 бар не можна підключати заправний шланг із заправним тиском 350 бар або 700 бар. Це забезпечується механічними засувками.

Заправний наконечник є складним компонентом, функція якого визначена міжнародним технічним стандартом і який має сертифікат, що підтверджує відповідність цьому міжнародному технічному стандарту. При розробці компонента основну увагу приділяли потребам користувачів. Наконечник заправного шланга просто вставляється в наконечник на автомобілі і фіксується в цьому положенні поворотом важеля на наконечнику. Тут є велика аналогія, наприклад, з CNG, де наконечники перевіряються вже багато років по всьому світу.

Крім того, автоматична послідовність процесу заправки спочатку перевіряє герметичність з’єднання заправного шланга з кінцевою частиною автомобіля. Для цього використовується залишковий тиск водню в автомобілі та заправному шлангу. Протягом певного часу вимірюється значення тиску водню в підключеному кінці, і наступний крок у заправці воднем дорожнього транспортного засобу може продовжуватися тільки в тому випадку, якщо тиск не знижується. Якщо це не так, система управління зупиняє процес і повідомляє про помилку – негерметичність з’єднання шланга.

Така помилка може виникнути, якщо було пошкоджено ущільнення на заправних наконечниках або в з’єднання потрапили забруднення. Негерметичне з’єднання також буде вказано у випадку, якщо наконечник підключено до неправильної протилежного з’єднання. Негерметичне з’єднання легко усуне викликаний сервісний працівник водневої заправної станції.

Так, це можливо. Необхідною умовою є сумісне підключення відповідно до міжнародного стандарту та відповідні технічні параметри тискового резервуара для водню в мобільному пристрої. Згідно з даними з-за кордону, такі «спеціальні» пристрої зазвичай заповнюються до 350 бар.

Компанія APT, spol. s r. o. для цих цілей розробила невеликі водневі заправні станції з необхідною потужністю для заправки беземісійних навантажувачів. Ці станції легко переміщуються і можуть оперативно задовольняти потреби різних користувачів. Ці невеликі станції призначені для заправки воднем під тиском 250, 350 або 700 бар. Індивідуальні технічні характеристики завжди уточнюються користувачем під час замовлення.

Вказані рівні тиску відносяться до стандартних умов стану газу, тобто до температури 15 °C. Ми також зустрічаємо об’єм водню в Nm3, який визначається при температурі 15 °C і тиску 101,325 кПа. З точки зору користувача найчастіше говорять про спожиті кілограми водню. Для перерахунку між Nm3 і кг водню застосовується співвідношення 11,2 Nm3 = 1 кг.

Поточна ринкова ціна водню на західноєвропейських громадських заправних станціях становить приблизно від 10 до 15 євро за 1 кг водню, заправленого в автомобіль. У майбутньому очікується зниження цін на водень.

Обладнання водневої заправної станції розміщується у відкритому просторі, щоб у разі витоку водню він не міг небезпечно накопичуватися в закритих будівельних конструкціях. Деякі частини заправної станції можуть бути встановлені в закритих приміщеннях, які повинні вентилюватися відповідно до правил і умов, зазначених у Сертифікованій методиці будівництва та експлуатації заправних станцій стисненого водню для мобільних пристроїв у технічних правилах, виданих Чеською газовою асоціацією TPG 304 03. Завжди повинні бути встановлені автоматичні клапани, що забезпечують автоматичне закриття джерел водню в разі виникнення небезпечної ситуації. Технологічні частини станції повинні бути захищені від доступу сторонніх осіб.

Компанія APT, spol. s r. o. розробила комплекти водневих заправних станцій, основні компоненти яких розміщені в привабливих контейнерах. З одного боку, частини станції добре захищені від атмосферних впливів, спрощують установку на місці та спрощують підготовку проекту. Приклад такої станції, розміщеної на території компанії ÚJV Řež, наведено на фотографії нижче. Дизайнерське рішення контейнерів компанія APT, spol. s r. o. розробляє індивідуально відповідно до вимог інвестора.

Основна відмінність полягає в тому, що непублічна заправна станція водню обслуговує закриту групу споживачів, наприклад, корпоративну або приватну станцію. На таких станціях, як правило, заправка воднем мобільних засобів лише реєструється. Тому немає необхідності в комерційному вимірюванні спожитого водню для точного визначення ціни. У такому випадку непублічна станція є набагато дешевшою в придбанні. Високонапірний резервуар для стисненого водню може бути оптимізований відповідно до режиму використання станції, яка може бути і повільнозаправною.

Громадська заправна станція водню обслуговує широку громадськість і повинна бути обладнана комерційним вимірювачем кількості спожитого водню та мати завжди дійсну метрологічну перевірку (див. Закон № 505/1990 Зб.). Громадська станція також повинна бути обладнана великим запасом стисненого водню, щоб бути в змозі задовольнити потреби громадськості, яка приїжджає нерегулярно. Як правило, це станції швидкого заправлення. До громадських заправних станцій водню застосовується закон № 311/2006 Sb.

З точки зору експлуатаційної безпеки обидва варіанти заправних станцій є рівноцінними. При проектуванні та постачанні завжди дотримуються принципи, що забезпечують максимальну безпеку та експлуатаційну надійність.

Швидкороз’ємне з’єднання для заправки повинно відповідати вимогам стандарту ČSN EN ISO 17268 «Газоподібний водень – Інтерфейс для заправки наземних транспортних засобів». Воно повинно забезпечувати розрізнення надлишкового тиску при заправці. Для заправних з’єднань можна використовувати тільки заправні шланги, конструкція яких забезпечує провідне з’єднання із заправним мобільним обладнанням, стійке до потоку водню та його робочого тиску. Заправне з’єднання не повинно бути коротшим за 3 м і довшим за 5 м. Конструкція заправного швидкоз’єднувального пристрою повинна виключати його використання для інших цілей, крім заправки баків водневих мобільних пристроїв. Крім того, вона повинна забезпечувати протікання водню тільки в разі його щільного з’єднання з протилежним з’єднанням на заправлюваному транспортному засобі та виключати його ненавмисне від’єднання. Від’єднання швидкої заправної муфти має бути можливим лише після її розгерметизації. При перевищенні механічного навантаження на заправний патрубок понад певну межу відбувається його роз’єднання за допомогою механічного роз’єднувача і закриття подачі водню від заправного обладнання, а також закриття зворотного потоку водню від бака заправлюваного транспортного засобу. Сила, необхідна для роз’єднання, є значно меншою, ніж міцність на розрив самого шланга заправного з’єднання, або сила, необхідна для виривання заправного швидкоз’єднувача або пошкодження заправного пристрою.

Заправний шланг має визначену електропровідність. Це необхідно для вирівнювання потенціалу заправленого автомобіля та заправної станції, що запобігає перескоку електричних зарядів як можливого джерела займання.

Небезпечна зона визначається як простір, в якому існує або може виникнути вибухонебезпечна атмосфера в такій кількості, що необхідно вжити спеціальних заходів при проектуванні, монтажі та експлуатації станції заправки стисненим воднем.

Небезпечна зона може мати приміщення, віднесені до зони 0, в якій вибухонебезпечна газова атмосфера присутня постійно, протягом тривалого часу або дуже часто. Такі приміщення не зустрічаються на водневих заправних станціях у місцях перебування клієнтів та їхніх транспортних засобів.

Зона 1 – це простір, в якому необхідно враховувати можливість виникнення вибухонебезпечної атмосфери. Такий простір є на заправній станції водню навколо швидкого з’єднувального муфти в момент підключення, заправки та від’єднання. Зона 1 має форму кулі з радіусом 25 сантиметрів.

Зона 2 – це простір, в якому не потрібно розраховувати на появу вибухонебезпечної атмосфери. Але якщо вона все-таки з’явиться, то, швидше за все, рідко і на короткий час. Зона 2 знаходиться навколо заправної колонки на відстані 20 сантиметрів від її поверхні в усіх напрямках.

Простір без небезпеки вибуху – це простір, в якому не передбачається наявність вибухонебезпечної атмосфери в такій кількості, що вимагає вжиття спеціальних заходів при проектуванні, монтажі та експлуатації водневої заправної станції. Це всі інші приміщення, які використовує клієнт на заправній станції, за винятком вищезазначених невеликих зон. Запобіжним заходом проти небезпечних ситуацій залишається заборона куріння, заборона використання відкритого вогню та заборона тих дій, які можуть спричинити загоряння в приміщенні заправної станції. Запобіжними заходами є також витончені конструктивні принципи, використання якісних матеріалів та ретельні функціональні випробування при проектуванні та будівництві водневих заправних станцій компанії APT, які гарантують безпеку станції в звичайних умовах експлуатації. Інструкції щодо правильного використання заправної станції клієнтом вивішені в приміщенні станції на декількох мовах.

Загалом, водень як газ, отриманий відповідним виробничим процесом (вільного водню на Землі дуже мало, ледь 10 % від гелію), завжди буде сумішшю речовин, які беруть участь у процесі або впливають на такий процес під впливом граничних умов. Тоді ми говоримо про ступінь чистоти, який виражає частку окремих компонентів залишків у складі водню. Ми можемо, наприклад, розрізнити ступінь чистоти 3,0, що означає, що водню є три 9, тобто 99,9 %, а до 100 % складають інші речовини. Ми також можемо їх розрізнити і знаємо, що, наприклад, решту складають водяна пара, азот, кисень, вуглеводні, сполуки сірки тощо.

Деякі залишки у водні негативно впливають, зокрема, на мембрану паливного елемента. Це, в свою чергу, знижує продуктивність паливного елемента та скорочує термін його експлуатації. До таких речовин, серед іншого, належать, зокрема, оксид вуглецю, сірчисті сполуки, формальдегід, аміак, мурашина кислота та галогеніди. Максимальна концентрація цих та інших речовин у водні для паливних елементів визначена стандартом ČSN ISO 14687-2 у таблиці в кінці відповіді. Зазначені вище залишкові речовини потрапляють у водень у процесі його виробництва. Саме спосіб отримання водню має істотний вплив на склад небажаних залишків. Наприклад, виробництво водню шляхом парового реформування з природного газу несе в собі ризик підвищеного вмісту CO2, CH4 або галогенідів. Водень, отриманий в результаті крекінгу нафти, може містити підвищену кількість сірчистих сполук. Водень, отриманий шляхом електролізу води, може містити більшу кількість води або кисню. Спеціальні фільтрувальні пристрої можуть видалити небажані речовини і таким чином підготувати водень для використання в паливних елементах. У технічній практиці немає проблем досягти чистоти водню 5.0, тобто чистоти 99,999 %. Однак навіть у цій невеликій залишковій частці до 100 % не повинно бути речовин, що обмежують або погіршують роботу паливного елемента.

Вимоги до якості водню для водневих паливних елементів

Загальний вміст водню та забруднюючих газів

Максимальна концентрація окремих забруднюючих газів