Vodíková plnicí stanice

Abstract

Předkládaná diplomová práce se zabývá vodíkovými plnicími stanicemi, jejich koncepcemi, návrhem a provozem. Je popsán význam vodíku jako energetického nosiče, jeho vlastnosti a důsledky těchto vlastností pro výběr materiálů vhodných pro vodíkové aplikace. Za účelem pochopení rozhodnutí učiněných při návrhu stanice je uveden životní cyklus vodíku od jeho výroby přes přepravu a skladování až po využití. V návaznosti na to je provedeno vyhodnocení zmíněného cyklu z pohledu ekonomiky a dopadů na životní prostředí. Rešeršní část práce je zakončena přiblížením vozidel s palivovými články, jehož součástí je přehled dohledaných osobních a užitkových vozidel, a popisem vodíkových plnicích stanic. Plnicí stanice jsou rozebrány po stránce koncepcí a komponent, součástí je také přehled a analýza vybraných realizací. Výpočetní část práce je zaměřena na návrh a technicko-ekonomickou analýzu vodíkové plnicí stanice s denní kapacitou přibližně 50 kg/den a hodinovou kapacitou 6 vozidel/h pro potřeby logistické společnosti Zásilkovna s.r.o. Byla zvolena varianta stanice s dodávkami plynného vodíku v tlakových nádobách. V rámci práce byla srovnána 3 možná provedení stanice. Vodíkovou plnicí stanici lze na zadané parametry bez problémů navrhnout. Analýza výsledků nicméně ukázala velmi silnou závislost pořizovacích i provozních nákladů na dimenzovaném výkonu kompresoru. Provedený návrh vodíkové plnicí stanice proto vyžaduje další optimalizaci, což limituje přímou aplikovatelnost uvedených výsledků.

Presented master’s thesis deals with hydrogen filling stations, their concepts, design, and operation. The importance of hydrogen as an energy carrier, its properties, and the implications of these properties for the selection of materials suitable for hydrogen applications are described. In order to understand the decisions made in the design of the station, the hydrogen life cycle from production through transportation and storage to use is presented. This is followed by an evaluation of the cycle in terms of economics and environmental impact. The review part of the paper concludes with an introduction to fuel cell vehicles, which includes an overview of the selected passenger and commercial vehicles, and a description of hydrogen filling stations. The filling stations are discussed in terms of concepts and components, and an overview and analysis of selected implementations is also included. The computational part of the thesis focuses on the design and technoeconomic analysis of a hydrogen filling station with a daily capacity of approximately 50 kg/day and an hourly capacity of 6 vehicles/hour for the needs of the logistics company Zásilkovna s.r.o. A station variant with hydrogen gas delivery in pressure vessels was chosen. Three possible designs of the station were compared. The hydrogen filling station can be designed for the specified parameters without any problems. However, the analysis of the results showed a very strong dependence of the acquisition and operating costs on the nominal compressor power. Therefore, the design of the hydrogen filling station requires further optimization, which limits the direct applicability of the presented results.