Eichung von Wasserstoffzapfsäulen
Geeichte Wasserstoffzapfsäulen für die Mobilität der Zukunft
Um Brennstoffzellen-Autos mit Wasserstoff zu betanken, braucht es nebst den entsprechenden Fahrzeugen ein Netz aus Tankstellen. Dieses wird in der Schweiz mit Hochdruck aufgebaut und für die kommenden Jahren ist die Erstellung eines flächendeckenden Wasserstoff-Tankstellennetzes und der zugehörigen Versorgung geplant.
Das eidgenössische Institut für Metrologie (METAS) hat mit einer neuen Anlage die metrologischen Grundlagen entwickelt, um die Zapfsäulen vor Ort eichen oder prüfen zu können.
Swagelok Switzerland durfte dem METAS für die H2-Messanlage Rohrverschraubungen, Kupplungen, Rückschlag- und Regulierventile, Manometer und Metallschläuche liefern.
Wasserstoff vor Ort herstellen
Grosse Reichweiten und kurze Betankungszeiten, im Bereich von Minuten, erinnern an den Komfort von herkömmlichen Fahrzeugen. Mit Hilfe von Elektrolyse Anlagen direkt vor Ort, welche wenig Platz benötigen, könnte das Brenngas direkt vor Ort hergestellt werden und der Aufwand für die Verteilung zu den Verbrauchern entfällt. Wie die herkömmlichen Anlagen, müssen zukünftig wohl auch H2-Tankstellen metrologische Anforderung erfüllen und rückführbar geeicht werden können. Dazu entwickelte das METAS eine mobile, primäre gravimetrische Messanlage. Diese wird anstelle eines Fahrzeugs nach einem standardisierten Prozess der SAE («Society of Automotive Engineers») betankt. Die international anerkannten und angewendeten SAE Protokolle haben das Ziel, die Drucktanks gegen Überdruck und Übertemperatur zu schützen. Denn gasförmiger Wasserstoff hat die physikalische Eigenschaft, sich bei Temperaturen über –60 °C während dem Entspannungsprozess zu erwärmen. Zusätzlich zur Kompressionswärme können so rasch beachtliche Temperaturanstiege entstehen. Dies ist auch der Grund, weshalb der Wasserstoff vor dem Eintritt in die Drucktanks auf ca. –40 °C vorgekühlt werden muss, um die Betankungszeiten kurz halten zu können.
Temperatur- als auch die Druckverhältnisse in den beiden Kohlefaser-Drucktanks mit jeweils 36 Liter Inhalt der METAS-Prüfanlage werden kontinuierlich elektronisch gemessen und überwacht. Für den Aufbau der Prüfanlage wurden die schnell zu montierenden und vibrationssicheren FK Rohr-Verschraubungen sowie kompatible Rohre von Swagelok eingesetzt, welche einem mittleren Druck bis zu 1378 bar standhalten, während die Messanlage für einen maximalen Fülldruck von 875 bar ausgelegt ist. Ebenfalls dienen Hochdruck Regulierventile dem Anwender, die Prüfanlage einfach und sicher zu bedienen.
Weil diverse Einflussfaktoren ausgeschlossen oder berücksichtigt werden müssen, ist diese Messung in der Praxis komplex. Temperatur - oder druckbedingte Volumenänderungen sowie Änderungen der atmosphärischen Umgebungsbedingungen wie Druck, Temperatur und Luftfeuchte und damit einhergehende Auftriebsänderungen, Wind, wechselnde Oberflächentemperaturen oder Kondensat-Ablagerungen können die Messergebnisse zusätzlich verfälschen.
Zudem finden Sie hier das gesamte Sortiment der Swagelok Mittel- und Hochdruck Produkte (in Englisch).
Für die Inertisierung des Systems inklusive des Drucktanks, wurden ebenfalls Swagelok Vollmetallschläuche verwendet.
Diese Messanlage besitzt eine Messunsicherheit von 3 Gramm (mit k=2). Damit ist es dem METAS möglich, Eichungen, Prüfungen oder auch Bauartprüfungen von Wasserstoffzapfsäulen mit der geforderten Genauigkeit durchführen zu können. Am Schluss jeder Einzelmessung muss der gesamte Inhalt der Drucktanks in kontrollierter Weise in die Atmosphäre abgelassen werden. Dazu werden Swagelok Vollmetallschläuche, Rückschlagventile sowie Schnellkupplungen mit freiem Durchfluss eingesetzt.
Die Messanlage ist ATEX-Zone 2 zertifiziert. Dies bedurfte enger Zusammenarbeit mit der SUVA und der Eurofins (Zündgefahrenbewertung, Konformitätsprüfung der ATEX-Vorschriften).
Erfolgreiche Tests, geplante Weiterentwicklung
Mehrere Messungen u.A. bei der H2-Tankstelle der Empa waren erfolgreich, jedoch sehr zeitintensiv und durch den Transport aufwändig und damit teuer. Eine mögliche Lösung für die Zukunft könnte die Entwicklung eines «Messkoffers» sein, welcher als Hauptbestandteil ein ausreichend charakterisiertes Transfernormal (Corioliszäher) enthält.
Sie finden das gesamte Produktsortiment mit Wasserstoff kompatiblen Produkten (in Englisch) hier.
Falls Sie interessiert sind an weitgehenden Informationen zu "Flow Management", finden Sie den Englischen Bericht hier
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