오늘날 전 세계 에너지 전환의 큰 배경에서 수소에너지는 고효율, 청결, 지속가능한 에너지 담체로서 광범위한 관심을 받고 있다.수소연료전지는 전기화학반응을 통해 수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시켜 미래 에너지 기술의 핵심 구성 부분으로 널리 알려져 있다.이 기술은 친환경적일 뿐만 아니라 에너지 전환 효율도 높아 청정에너지 분야의 혁명적인 돌파구로 불린다.

사례 배경: PEM 전해수 수소 전해조 온도 제어 수요

PEM (양성자 교환막) 전해수 수소 제조 기술은 빠른 응답과 순도 높은 수소 생산 (99.999%) 으로 재생에너지 수소 제조의 중요한 노선 중 하나가 되었다.그러나 이 기술은 응용과정에서 중대한 도전에 직면했다. 전해조는 운행과정에 전기화학반응으로 대량의 열량을 방출하게 된다.만약 온도가 80 ℃ 를 초과하면 양성자교환막의 탈수, 촉매의 활성이 떨어지고 엄중할 경우 심지어"병조"현상을 유발하여 설비의 정상적인 운행과 사용수명에 영향을 미치게 된다.반대로 온도가 너무 낮으면 이온 전도 효율이 떨어져 에너지 소비가 급증할 수 있다.뿐만 아니라 정류장, 수소 분리장치 및 수소 압축 단계의 분리막 압축기도 설비 안전과 수소 순도를 확보하기 위해 온도 조절을 엄격히 해야 한다.연료전지의 수소첨가수소제조시스템에 있어서 다음과 같은 3대 온도통제난제가 특히 두드러진다.

1. 고부하 냉각 요구 사항: 기술의 발전에 따라 단일 전해조 세트의 출력은 이미 메가와트 수준을 돌파했는데, 이는 시스템이 반드시 반응 열량을 빠르게 제거하는 능력을 갖추어야 한다.

2. 다중 장치 협동 온도 제어: 전해조, 정류장, 압축기 등 설비는 모두 온도 제어를 해야 하며, 그것들 사이의 온도 차이가 비교적 커서 시스템의 복잡성을 증가시킨다.

3. 에너지 효율성 요구 사항: 온도 제어를 실현하는 동시에 보조 설비의 에너지 소모를 줄여"전체 생명 주기 저탄소"의 목표에 부합해야 한다.

솔루션:"중앙집중식 + 지능화"고효율 에너지 절약 온도 제어 시스템 구축

상술한 도전에 대처하기 위하여 우리는"집중식 + 지능화"의 온도통제시스템해결방안을 제기하였는데 이는 고효률, 에너지절약, 안정적인 온도통제효과를 실현하기 위해서이다.

1. 고냉량 안정 설계

n초냉방 전력: 여러 대의 냉수 유닛 병렬 전략을 채택하여 2000Nm³/h의 수소 제조 규모의 방열 수요를 만족시킬 수 있으며, 고부하 방열 도전에 충분히 대처할 수 있다.

n광온역 조절: 인버터 압축기와 제어 프로그램 설계를 사용하여 출수 온도는 5-20 ℃ 로 안정되고, 온도차 파동은 ≤ ± 0.5 ℃ 로 엄격히 제어되며, 서로 다른 설비의 온도 제어 곡선에 고도로 적합하여 온도 제어의 정확성과 안정성을 확보한다.

2. 올인원 파이프라인 및 지능형 제어

n통합 배관 시스템: 환형급회수관망을 설계하여 전해조반응구역, 정류궤, 격막압축기의 구역별 온도를 낮추고 관로손실을 효과적으로 낮추며 시스템의 전반 효률을 제고한다.

n사물인터넷 모니터링 플랫폼: PLC 제어 시스템과 원격 모니터링 모듈을 장착하여 실시간으로 설비의 온도, 압력, 트래픽 데이터를 획득하고 AI 알고리즘을 이용하여 냉방량을 동적으로 조절하여 스마트 온도 제어를 실현하여 기존 시스템에 비해 에너지 소모가 15% 이상 감소한다.

3. 절전 및 안정성 업그레이드

n고효율 열교환 기술: 선진적인 열교환기술을 채용하여 열교환효률을 20% 높이고 COP (에너지효률비) 를 3.2 (환경온도 35 ℃, 출수온도 7 ℃ 의 작업상황에서) 에 도달시켜 에너지리용효률을 대폭 제고시켰다.

n유지 보수 없는 설계: 냉각탑이 필요 없는 공기 냉각식 구조 설계로 수소 충전소 야외 설치 장면에 적용되며 운영 비용을 40% 절감하고 평균 운행 시간 (MTBF) 이 8000시간을 초과하여 시스템의 신뢰성과 내구성을 크게 향상시켰다.

적용 효과: "안전한 실행" 에서 "기본 절감 효과" 로 전환

프로젝트가 투입된후 수소에네르기전용랭수설비가 가져다준 뚜렷한 개변은 다음과 같은 몇가지 면에서 구현되였다.

l설비 안전 보장: 전해조 온도는 65 ℃ 로 안정적으로 제어되고 양성자 교환막의 수명은 2만 시간 이상으로 향상되었으며 정류장 고장률은 90% 로 감소하여 설비의 안전성과 안정성을 크게 향상시켰다.

l수소 제조 효율 향상: 전해조 에너지 소비량은 4.2kWh/Nm³로 감소하여 업계 평균치인 4.5-5.0kWh/Nm³보다 낮았고, 수소 제조 효율이 현저하게 향상되어 고객에게 현저한 경제적 효과를 창출하였다.

결어

이 종합적인 온도제어 솔루션을 통해 우리는 수소연료전지 분야의 온도제어 난제를 성공적으로 해결했을 뿐만 아니라 수소에너지 산업의 건전한 발전을 위해 강력한 지원을 제공했다.만약 더 많은 기술 세부 사항과 업계 사례를 알아야 한다면, 오욱 조진 대중번호에 관심을 가지고 더 많은 멋진 내용을 얻는 것을 환영합니다.