Масштабное производство низкоуглеродного водорода, к которому стремится Великобритания, выводит на первый план технологию электролиза. Однако этот процесс очень энергоемок, что заставляет производителей искать способы повысить его рентабельность и экологичность. Ключевую роль в этом играют прецизионные клапаны и датчики, от которых зависят не только экономические показатели, но и безопасность установок, объясняет Тони Бреннан, менеджер по развитию бизнеса в энергетическом секторе компании Bürkert.
Великобритания планирует к 2030 году нарастить мощности по производству низкоуглеродного водорода до 5 ГВт, что потребует многократного расширения парка электролизеров. Чтобы расщепить молекулы воды, нужно затратить много энергии, поэтому рентабельность производства напрямую зависит от КПД оборудования. Небольшие отклонения в давлении или потоках жидкостей и газов снижают производительность и увеличивают расход электроэнергии. Поэтому точный контроль процессов важен для всех основных технологий электролиза – щелочного (AEL), с протонно-обменной мембраной (PEM) и твердооксидного (SOEL).
Эффективность системы начинается с контуров подачи и охлаждения воды. Электроприводные регулирующие клапаны позволяют точно дозировать поток деионизированной воды, чтобы избежать недозагрузки электролизера, которая снижает выход водорода, или избыточной подачи, которая впустую расходует энергию насосов. В контурах охлаждения точное управление потоком помогает поддерживать стабильную температуру электролизерных ячеек, что также влияет на общее энергопотребление. Кроме того, на производительность влияет и качество воды – особенно в PEM-системах, где мембрана чувствительна к примесям.
Внутри самого электролизера необходимо поддерживать стабильные и сбалансированные условия в анодной и катодной ячейках, где, соответственно, выделяются кислород и водород. Любой дисбаланс снижает эффективность реакции и может повредить разделительную мембрану. Для этого применяют клапаны регулирования противодавления, которые стабилизируют давление на выходе из каждой ячейки, позволяя установке работать в оптимальном режиме даже при изменении нагрузки.
Безопасность – еще один критический аспект. Клапаны и датчики предотвращают превышение давления, обратный поток или смешивание водорода с кислородом. Отсечные клапаны обязательны на выходах из электролизера, в блоках осушки и очистки газа, а также на участках хранения и сжатия. Современные соленоидные клапаны обеспечивают быстрое и герметичное перекрытие потоков газа при запуске, штатной работе или в аварийных ситуациях.
По мере того как отрасль переходит от опытных установок к промышленным комплексам гигаваттного класса, требования к точности контрольно-измерительной аппаратуры будут только расти. От надежности этих компонентов зависит не только стабильность производства, но и скорость ввода новых водородных проектов в эксплуатацию.