Ланцюг і датчик температури водневої енергетики

Енергія водню відноситься до енергії, що виділяється воднем під час фізичних і хімічних змін, які можна використовувати для зберігання енергії, виробництво електроенергії, паливо для різних транспортних засобів, побутове паливо, тощо. Енергія водню також є вторинною енергією, зелений і без викидів, або форма енергії.

[Ланцюг промисловості водневої енергетики]
Вгору за течією: виробництво водню, зберігання і транспортування, робота водневої АЗС;
Середня течія: виробництво систем паливних елементів і деталей;
За течією: застосування водневих паливних елементів та багато інших посилань.

PT100 k-type Датчик температури з термопарою E-типу для транспортних засобів, які працюють на водні

Датчик температури NTC для водневих паливних елементів

Датчик температури DS18b20 для транспортних засобів, які працюють на водні

Шлях виробництва водню буде змінюватися залежно від ресурсів, забезпечених місцем виробництва водню. Ланка зберігання водню – це в основному газоподібне зберігання водню, але перспективи зберігання водню в сплавах хороші. Лінія водневої заправної станції представлятиме модель співіснування та взаємодоповнюваності між центральним виробництвом водню та розподіленим виробництвом водню. Можливості ланки паливних елементів – це протонообмінні мембрани, недорогі каталізатори та пляшки для зберігання водню. Автомобільний ринок є найбільшим у низхідній ланці застосування, Очікується, що ринок комерційних автомобілів на водневих паливних елементах спершу вибухне на ринку автомобільних застосувань.

1. Виробництво водню
Виробництво водню є важливою ланкою в ланцюжку водневої енергетики. За технологією виробництва, її можна розділити на виробництво водню з викопної енергії, промислове виробництво водню та електроліз води:
Видобуток водню з викопної енергії (також відомий як сірий водень) є основним джерелом водню в моїй країні. Має низьку собівартість виробництва, але високий рівень викидів вуглецю, що не сприяє реалізації моєї країни “3060” мета;

Промисловий побічний газ, виробництво водню (тобто. синій водень) в основному відноситься до водню, отриманого при виробництві хімічних продуктів, таких як коксовий газ, синтетичний аміак, і синтетичний метанол.

Отримання водню електролізом води (тобто. зелений водень) не виділяє парникових газів у процесі виробництва водню, і чистота водню висока. Це основний напрямок виробництва водню в майбутньому. Проте, поточне споживання електроенергії для виробництва водню електролізом води є великим, а вартість виробництва висока.

2. Зберігання та транспортування водню
Зберігання та транспортування водню є ключовою ланкою, яка обмежує розвиток водневої енергетики моєї країни. Як найлегший газ у природі, водень має унікальні фізичні та хімічні властивості, що робить зберігання та транспортування дуже складним і дорогим, що також стало однією з причин, що гальмують розвиток водневої енергетики. Спосіб зберігання водню відповідає способу транспортування водню. В даний час, існує чотири основні способи зберігання та транспортування водню, а саме, газ високого тиску, низькотемпературний рідкий водень, зберігання та транспортування органічних рідких і твердих речовин.

Сьогодні, технологія зберігання газоподібного водню під високим тиском є ​​зрілою, і це стане основною технологією зберігання водню, яку просуває моя країна в майбутньому; Зберігання та транспортування рідкого водню при низькій температурі в основному використовується в аерокосмічній галузі; Зберігання та транспортування органічних рідких і твердих речовин все ще знаходяться на стадії дослідження та демонстрації.

3. Воднева заправка
Основними компонентами водневої заправної станції є воднева заправна машина, водневий компресор (облік о 30% від загальної вартості), група пляшок для зберігання водню, тощо. Актуальним напрямом розвитку виробництва обладнання є прискорення процесу локалізації водневих компресорів, тим самим зменшуючи вартість будівництва водневих АЗС.

Станом на липень 5, 2022, моя країна побудувала всього 272 водневі заправні станції. Серед них, У провінції Гуандун найбільша кількість станцій, досягаючи 52, і провінція Шаньдун має 29, займає друге місце в країні. Кількість станцій у Цзянсу та Чжецзяні більше ніж 20. Серед муніципалітетів, У Шанхаї найбільша кількість станцій, досягаючи 15. Пекін має 14. В даний час, за винятком Тибету, Цинхай і Ганьсу, моя країна досягла повного покриття водневими заправними станціями. Відповідно до планування кількість водневих АЗС, загальна запланована кількість перевищить 800 в 2025.

IV. Проміжний ланцюг водневої енергетики
У середині ланцюга водневої енергетики, основна увага приділяється паливним елементам та їх восьми ключовим компонентам:

1. Паливний елемент
Паливний елемент — це пристрій для вироблення електроенергії, який безпосередньо перетворює хімічну енергію водню та кисню в електричну. Основним принципом є зворотна реакція електролізу води. Паливні елементи складніші, ніж звичайні системи літієвих батарей, в основному складається з акумуляторної батареї (ядро всієї акумуляторної системи) і компоненти системи (повітряний компресор, зволожувач повітря, водневий циркуляційний насос, група пляшок для зберігання водню).
△ Принцип роботи системи паливних елементів: водень і кисень подаються на анод і катод відповідно. Після водень дифундує назовні через анод і реагує з електролітом, він вивільняє електрони, щоб досягти катода через зовнішнє навантаження.

2. Вісім ключових компонентів паливних елементів
У сфері водневої енергетики, Міністерство промисловості та інформаційних технологій поділяє вісім ключових компонентів паливних елементів на: стек паливних елементів, біполярна пластина, мембранний електрод, протонообмінна мембрана, каталізатор, газодифузійний шар, повітряний компресор і водневий циркуляційний насос, що також є ключовою ланкою, яку моя країна повинна подолати в розвитку індустрії водневої енергетики.

Стек паливних елементів, основний компонент системи двигуна, це місце, де водень і кисень вступають у електрохімічні реакції та виробляють електроенергію.

Оскільки вихідна потужність одного паливного елемента невелика, кілька блоків паливних елементів зазвичай з'єднані послідовно, щоб утворити стек для збільшення вихідної потужності. Отже, стек — це композитний компонент, що складається з біполярних пластин і мембранних електродів, що чергуються, з ущільненнями, вбудованими між кожним мономером, і затягується гвинтами після притискання передньої та задньої торцевих пластин. У вартості автомобіля на паливних елементах, на систему паливних елементів припадає приблизно 60%, і стек паливних елементів складає більше ніж 62% від вартості системи паливних елементів, тому зниження вартості блоку паливних елементів є ключем до розвитку промисловості автомобілів на паливних елементах.

На біполярні пластини припадає близько 60-80% від маси блоку паливних елементів, 20-40% вартості, і займають практично весь об’єм паливної камери, граючи роль підтримки механічної конструкції, рівномірно розподіляючи газ, злив води, проведення тепла та електрики.

За різними матеріалами, біполярні пластини можна розділити на графітові біполярні пластини, металеві біполярні пластини та композитні біполярні пластини. Графітові біполярні пластини – легка вага, міцна стабільність і висока стійкість до корозії, але погані механічні властивості. Металеві біполярні пластини – сильні механічні властивості, тонка товщина, хороший газовий бар'єр, але легко піддається корозії та короткий термін служби. Композитні біполярні пластини – мають переваги як графітових пластин, так і металевих пластин, але процес приготування складний, а вартість висока.

Мембранні електроди в основному складаються з протонообмінних мембран, каталізатори, каркаси і газодифузійні шари, і, як правило, являють собою семишарову складену структуру.

В даний час, розрив у продуктивності між продукцією вітчизняних та іноземних виробників мембранних електродів стає все меншим, і мембранні електроди з низькими цінами на виготовлення, висока продуктивність і хороша довговічність також стали центром уваги вітчизняних і іноземних виробників. Судячи з компонування вітчизняних підприємств, розширення підприємств мембранних електродів прискориться після 2021, технологія двостороннього прямого нанесення покриття та технологія формування з інтегрованим мембранним електродом стають мейнстрімом.

Протонообмінні мембрани виконують функції ізоляції електронів, розділення позитивного і негативного полюсів, і провідні протони. Виробничий процес є складним і має високі технічні та кваліфікаційні бар’єри.

За вмістом фтору, протонообмінні мембрани можна розділити на мембрани перфторсульфокислоти, частково фторовані полімерні мембрани, нові нефторовані полімерні мембрани, композитні мембрани, тощо. Перфторпротонообмінні мембрани широко використовуються завдяки своїй чудовій термічній стабільності, хімічна стійкість, висока механічна міцність і високий ступінь індустріалізації.

Каталізатори паливних елементів поділяються на платинові каталізатори, каталізатори з низьким вмістом платини, і неплатинові каталізатори.

У промисловому виробництві каталізаторів, моя країна значно відстає від інших країн і тривалий час покладається на імпорт. Це не тільки підштовхнуло вартість паливних елементів, але також обмежив розвиток водневої енергетики моєї країни. В даний час, процес локалізації каталізаторів паливних елементів у моїй країні прискорюється. Нещодавно, Лінія виробництва каталізатора паливних елементів Zhongzi Environmental Protection була завершена та успішно пройшла приймання. З моменту завершення екологічно чистої виробничої лінії, це має велике значення для основних матеріалів паливних елементів для просування до локалізації, досягнення технічного контролю та зниження витрат.

Газодифузійний шар зазвичай складається з базового шару та мікропористого шару. Після базового шару газодифузійний шар є гідрофобним, один або кілька мікропористих шарів наносяться на нього для утворення газодифузійного шару. Він відіграє важливу роль у підтримці каталітичного шару, збирання струму, проведення газу та викид води продукту реакції в паливних елементах.

Відповідно до різних базових шарів, його можна розділити на паперову підкладку з вуглецевого волокна, підкладка з вуглецевої тканини та металева підкладка. В даний час, більшість виробників паливних елементів використовують продукти газодифузійного шару від таких виробників, як японська Toray, США AvCarb, і німецька SGL. Проте, General Hydrogen Energy моєї країни, Jiangsu Hydrogen Power та інші компанії можуть фактично порівняти міжнародні передові продукти на технічному рівні та, як очікується, досягнуть індустріалізації.

Водневий циркуляційний насос, основний водневий продукт моєї країни. Якщо акумуляторну батарею порівняти з “серце” паливного елемента, тоді водень є “кров”, і система циркуляції водню є “потужний міокард” щоб забезпечити потік “кров”. Продукти для циркуляції водню в основному включають водневі циркуляційні насоси та водневі ежектори: У порівнянні з водневими ежекторами, водневі циркуляційні насоси мають переваги активного регулювання, швидка швидкість відгуку, і широкий робочий діапазон.

Повітряні компресори складаються з компресійних елементів, водії, і механічне обладнання, яке приводить в рух елементи компресора.

На відміну від звичайних повітряних компресорів, Повітряні компресори на паливних елементах повинні відповідати багатьом суворим вимогам, наприклад безмасляні, низький рівень шуму, висока надійність, висока ефективність, мініатюризація, широкий робочий діапазон, хороший динамічний відгук, і хороший контроль тепла. З точки зору частки ринку, ступінь локалізації повітряних компресорів на паливних елементах відносно висока, і серед провідних вітчизняних компаній Kingston, Segatron, тощо.

V. Далі за ланцюгом водневої енергетики
У нижній частині промислового ланцюга, Застосування водневої енергії в основному відображається на транспорті, виробництво електроенергії, зберігання енергії, галузі та інші сценарії, серед яких транспорт є важливим проривом у споживанні водневої енергії.

Станом на квітень 30, 2022, всього 8,198 транспортні засоби на паливних елементах були підключені до Національної платформи моніторингу та управління транспортними засобами на новій енергії. Серед них, автобуси на паливних елементах є найбільшими, із загальною кількістю 4,241 підключений, облік 51.73% із загальної кількості; підключаються спецавтомобілі, облік 3,945, облік 48.12%, в тому числі логістичні спеціальні транспортні засоби, інженерно-спеціальні автомобілі та санітарно-технічні засоби; і пасажирські вагони підключаються, облік 12, облік 0.15%.

З точки зору демонстраційних застосувань автомобілів на паливних елементах, Зараз у моїй країні є п’ять основних кластерів демонстраційних міст, а саме Пекін-Тяньцзінь-Хебей, Шанхай, Гуандун, Хебей і Чженчжоу. П'ять основних кластерів демонстраційних міст об'єднали в цілому 5,853 автомобілі на паливних елементах, облік 71.40% національного доступу транспортних засобів на паливних елементах. Серед них, кластер міста Гуандун має найбільшу кількість підключених транспортних засобів на паливних елементах, досягаючи 2,604.

VI. Датчик температури
1. Застосування в датчиках температури
Він сам по собі вибуховий і летючий. Основними джерелами небезпеки, з якою стикається бортова воднева система автомобілів на паливних елементах, є пожежа та вибух. Отже, люди підняли питання про безпеку бортової водневої системи автомобілів. Для того, щоб узгодити технічні вимоги безпеки різних країн і зробити громадськість більш визнаною водневих паливних елементів, Європейська економічна комісія ООН створила спеціальну робочу групу та розробила глобальний технічний регламент GTR3 “Глобальні технічні правила для транспортних засобів на водневих паливних елементах”. Безпека транспортних засобів на водневих паливних елементах чітко прописана в цьому технічному регламенті.

Ресурси водню дуже хороші, чистий і відновлюваний. Візьмемо як приклад електромобілі на водневих паливних елементах. Іноземна технологія досить зріла. Це новий енергетичний транспортний засіб, що приводиться в рух електродвигуном і живиться електроенергією, виробленою з водневого палива в результаті електрохімічних реакцій.

Оскільки після хімічної реакції утворюється лише вода, емісія близька до нуля. У порівнянні з літієвими батареями транспортних засобів нової енергії, споживачі не мають проблем із занепокоєнням витривалості, і їм не потрібно змінювати свої звички використання. Процес гідрогенізації займає лише 5 хвилин, і немає проблеми забруднення, викликаної утилізацією акумуляторів великої ємності після тривалого використання, тому його називають транспортним засобом чистої енергії.

Проте, водневі паливні елементи схильні до витоків і мають дуже широкий діапазон вибуху. Нині це газ із найширшим діапазоном хвиль. Поки він змішується з повітрям і досягає співвідношення 4% до 75%, він вибухне і належить до газу першого рівня вибуху. Отже, від станцій виробництва водню, станції зберігання водню, транспортні засоби, водневі заправні станції, до автомобілів на водневих паливних елементах, водень потрібно перевірити, витоки виявляються якомога раніше, клапани негайно вимикаються, а сигнали тривоги лунають, щоб зменшити загрозу безпеці.

Крім того, для автомобілів на водневих паливних елементах, Датчики водню можна використовувати не тільки для моніторингу витоків водню в бензобаку та на кінці бака, але також для визначення концентрації водню у вихлопних газах. Транспортні засоби на паливних елементах також можуть аналізувати продуктивність і ступінь реакції стека в режимі реального часу на основі цієї моніторингової інформації, щоб вчасно налаштувати відповідні вхідні індикатори або конфігурацію даних для досягнення безпечної та ефективної роботи автомобіля.

Отже, датчики автомобіля на водневих паливних елементах мають велике значення. Існують в основному датчики витоку газу, датчики тиску, датчики температури, температура, вбудовані датчики вологості та тиску, датчики витрати повітря, тощо.

Наприклад, датчики водню включають чутливі зонди, друковані плати, зовнішні оболонки та відповідні структурні компоненти; інтерфейс між датчиком і зовнішнім середовищем - це в основному інтерфейс зв'язку, і ці підсистеми органічно поєднані, щоб утворити компонент датчика водню. Основною функцією встановлення водневих датчиків є забезпечення безпечної експлуатації автомобілів на водневих паливних елементах. Як ми всі знаємо, водень є горючим і вибухонебезпечним газом. Для автомобілів на водневих паливних елементах, датчики водню можуть виявляти, коли концентрація водню перевищує безпечний діапазон, і вчасно подавати сигнал тривоги в автомобіль. Система автомобіля негайно вживе відповідних заходів захисту від відключення живлення, щоб запобігти нещасним випадкам.

Датчики водню можна використовувати не тільки для моніторингу витоку водню в бензобаку та на кінці бака, але також для визначення концентрації водню у вихлопних газах. Автомобілі на водневих паливних елементах також можуть аналізувати продуктивність і ступінь реакції стека в режимі реального часу на основі цієї моніторингової інформації, щоб вчасно налаштувати відповідні вхідні індикатори або конфігурацію даних для досягнення безпечної та ефективної роботи автомобіля.

Наприклад, Датчики температури водню в основному використовуються для визначення тиску водню. Він використовує оболонку з нержавіючої сталі 316L, який дуже добре протистоїть водневій крихкості та проникненню, і його надійність, точність і довговічність дуже високі, який може ефективно відповідати вимірюванню температури паливних елементів та інших джерел водневої енергії на ринку. Крім того, статичний робочий тиск нового датчика температури водню може досягати 160 бар (набагато вище, ніж загальні вимоги до тиску), і діапазон вимірювань від -40 ℃ до +100 °C.

пан. Zeng, виробник датчика температури водню, розповів дослідник: “Національний стандарт містить вимоги до водневої безпеки автомобілів на водневих паливних елементах. Кількість водневих датчиків, необхідних для транспортного засобу, слід враховувати в поєднанні з плануванням простору, вентиляція, безпеки, тощо. Взагалі кажучи, принаймні один потрібен для двигуна, резервуар для зберігання водню, кабіна (всередині автомобіля), і вихлопна труба також знадобиться.”

“Варто зазначити, що датчики водню поділяються на багато специфікацій і діапазони також різні. Різні моделі паливних елементів і різні позиції однієї моделі мають різні вимоги до датчиків водню. Якщо потрібна стійкість до високих температур і вологи, висока точність, ціна буде дорожче. На основі врахування як потреб автомобіля, так і зниження витрат, користувачі зазвичай обирають комплексні рішення для датчиків водню. ”

“З технічної точки зору, Автомобільні датчики водню відрізняються від споживчих датчиків. Вони мають дуже складні умови експлуатації, і їм необхідно випробовувати більш суворі високі та низькі температури разом з транспортним засобом. Їм також необхідно протистояти зовнішнім силам (наприклад вібрація, вплив, тощо). Розробка автомобільних датчиків водню повинна відповідати основним вимогам і процесам розробки автомобільних продуктів, починаючи з опису та аналізу системних вимог, і поступово повторюючи дизайн, аналіз, перевірка, і випробування транспортних засобів для забезпечення повноти, надійність, і безпечність продукту. ”

2. Застосування датчиків температури канали збуту та людські ресурси
“Персонал каналу продажів у промисловості проміжних акумуляторних батарей і персонал каналу продажів транспортних засобів, що працюють на водневій енергії, і датчиків температури на водневих паливних елементах мають перекриваючі канали та ресурси клієнтів, що перекриваються.. Торговий персонал може досягти безперебійного зв’язку, змінивши роботу в цих двох галузях.”

“Наша компанія, що займається виробництвом датчиків температури, набирає персонал для потреб продажів водневих паливних елементів і автомобілів на водневій енергії, а також може точно шукати талантів каналу продажів у цих галузях.”

Команда продажів компанії з датчиків температури проаналізувала, що відкривається бізнес-цикл першої хвилі автомобілів на водневій енергії та водневих паливних елементів., тому неважко вирішити, що “відділ продажів транспортних засобів на водневій енергії/водневих паливних елементів” можна підготувати та встановити. Сортуючи списки клієнтів і регіональний розподіл виробників транспортних засобів на водневій енергії та водневих паливних елементів, регіональне планування та вартість будівництва цього “відділ продажів транспортних засобів на водневій енергії/водневих паливних елементів” зрозумілі.

3. Застосування в маркетингу та просуванні датчиків температури
Вже існують вертикальні офлайн-активності з просування водневих паливних елементів і датчиків температури транспортних засобів на водневій енергії. Організації включають Міжнародну асоціацію водневих паливних елементів і Китайський водневий енергетичний альянс, і заходи включають Всесвітню конференцію та виставку технологій водневої енергетики, тощо.

Основним способом просування водневих паливних елементів і датчиків температури транспортних засобів на водневій енергії в Інтернеті є контент-маркетинг. Побудова мереж ПК, Облікові записи WeChat і проведення операцій із контентом, які можуть вирішувати потреби користувачів, є базовою навичкою, і створення екосистеми контент-маркетингу, що охоплює Baidu, Чжиху, Сяохуншу, тощо. для пошукових систем це великий ринок.

4. Застосування в інвестуванні та фінансуванні датчиків температури
З точки зору всього ланцюга водневої енергетики, Найбільші бенефіціари капіталу – це основні компоненти водневих паливних елементів, такі як проміжні акумуляторні системи, стеки, і мембранні електроди (щось). Наприклад, ви можете розглянути питання про те, щоб якнайшвидше домовитися про датчики температури для водневих паливних елементів. Компанії-постачальники транспортних засобів, що працюють на водневій енергії, і датчики температури підходять для спільного інвестування та спільного обслуговування звичайних клієнтів.