Denne afhandling betragter brinttankstationer med fokus på hele systemet. Termodynamikken i en brint tankning og energi forbruget for tankning af en brintbil undersøges og analyseres. Til at lave analyserne er et komponentbibliotek til brinttankning blevet udviklet i den dynamiske software Dymola. Komponentmodellerne inkluderer fyldningsprotokollen (J2601) udviklet af Society of Automotive Engineers (SAE) og de termodynamiske egenskaber findes ved brug a biblioteket CoolProp.Komponenterne i brint påfyldningsbiblioteket er bygget op efter samme procedure, dette gør det muligt at placere komponenter og sammensætte komponenterne i vilkårlig rækkefølge når et brinttankningssystem skal designes. Systemerne opbygges i en grafisk brugerflade hvor komponenterne kan indføres direkte fra biblioteket. Modellerne forbindes ved at tegne linjer mellem deres porte, der repræsentere strømning ind og ud af modellen.Et system bestående af en enkelt højtrykstank for brintlagring på tankstationen er brugt til at undersøge termodynamikken af en brintpåfyldning af et køretøj. Resultaterne af undersøgelsen viste at bilens tryktab er den bestemmende parameter for hvordan en brintpåfyldning forløber. Brinttankningssystemet bestående af en højtrykstank er sammenlignet med et kaskadetankningssystem bestående af tre højtrykstanke. Resultaterne viser at massestrømmen og termodynamikken i bil tanken er uafhængig at brinttankstationsdesignet, så længe påfyldningen følger protokollen udgivet af SAE. Endvidere viser sammenligningen af de to systemer at kaskade systemet er at foretrække når energiforbruget af brintpåfyldningen af køretøjet tages i betragtning.Modeller af kaskadesystemer med mellem 1 og 8 tanke er brugt til at undersøge hvordan antal tanke i kaskadesystemet påvirker energiforbruget på stationen. En parameter variation hvor tankenes volumen nedsættes til et minimum og en optimering hvor trykkene i tankene reduceres til et minimum er udført for at se effekten på energiforbruget. Analysen viste at energi forbruget på stationen nærmer sig en eksponentiel kurve som funktion af antal tanke i kaskadesystemet. Den største energibesparelse var når man gik fra at have en højtrykstank til to højtrykstanke i kaskadesystemet og energibesparelserne fladede ud når man tilføjede mere end fire tanke i systemet. Minimeringen af volumen of trykket i tankene gav en yderligere energi besparelse på 4 -5 %.To alternative tanksystemer til kaskadesystemet er blevet foreslået og undersøgt med hensyn på termodynamiske egenskaber, energi forbrug og exergi destruktion. Det første system består af en kompressor der påfylder biltanken direkte. Det andet system består ligeledes af en kompressor, men den er efterfulgt af en lille opsamlingstank. Systemet der fylder direkte fra kompressoren følger ikke brintpåfyldningsprotokollen, men den overtræder heller ikke de fastlagte sikkerhedsgrænser. Systemet der fylder med en kompressor og en lille opsamlingstank følger brintprotokollen for påfyldning. Undersøgelsen viste at det er muligt at eliminere højtrykstankene i kaskadesystemet, ved brug af de to alternative systemer. Energiforbruget ved at fylde direkte med en kompressor var 18 % lavere end for kaskadesystemet og kompressorsystemet med en opsamlingstank. Exergi analysen af de to systemer viste at den største exergi destruktion var i tank, dette skyldes komprimeringen af gassen. Kompressoren og varmeveksleren efter den havde også en høj exergi destruktion for alle tre systemer. Reduktionsventilen som er brugt i kaskadesystemet og systemet med en kompressor og en opsamlingstank havde en exergi destruktion på 0.75 kWh svarende til 11-17 % af den totale exergi destruktion i de to systemer. Dette exergi tab er elimineret for systemet der fylder direkte ved kompression, da kompressoren levere brinten direkte ved det ønskede tryk. Systemet med direkte kompression havde det laveste energi forbrug og exergi destruktion imens kaskadesystemet havde den højeste exergi destruktion. Energiforbruget ved kaskadepåfyldningen og kompressoren med en opsamlingstank var stort set det samme.
展开▼
