يُعد التحليل الكهربائي للماء طريقةً سهلةً نسبيًا لإنتاج الهيدروجين. يمر التيار المستمر من خزانة مُقوِّم التيار عبر خلية تحليل كهربائي مملوءة بالإلكتروليت. تخضع جزيئات الماء لتفاعل كهروكيميائي عند الأقطاب الكهربائية، حيث تتحلل إلى هيدروجين وأكسجين. تُعد خزانة المُقوِّم جزءًا أساسيًا من عملية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء، وتوافقها بالغ الأهمية. يتضمن نظام المُقوِّم الكامل خزانة مُقوِّم تيار مُتحكَّم بها رقميًا، ومحول مُقوِّم تيار (يُركَّب أحيانًا داخل الخزانة)، ومستشعرات تيار مستمر. عادةً ما تُركَّب داخل المنزل، وتُبرَّد بالماء النقي، وتبلغ جهد دخلها 10 كيلو فولت، أو 380 فولت، إلخ.
مقدمة لمعدات مقوم الثايرستور لتحليل الهيدروجين الكهربائي
أولا: التطبيقات
تُستخدم هذه السلسلة من خزائن المقومات بشكل رئيسي في مختلف أنواع معدات المقومات وأنظمة التحكم الآلي للتحليل الكهربائي للمعادن غير الحديدية، مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والمنغنيز والزنك والنحاس والرصاص، بالإضافة إلى أملاح الكلوريد. كما يمكن استخدامها كمصدر طاقة لأحمال مماثلة.
الثاني. الميزات الرئيسية للخزانة
1. نوع التوصيل الكهربائي: يتم اختياره بشكل عام بناءً على جهد التيار المستمر والتيار وتسامحات التوافقيات الشبكية، مع فئتين رئيسيتين: جسر ثنائي النجمة وجسر ثلاثي الطور، وأربع مجموعات مختلفة بما في ذلك التوصيلات ذات الستة نبضات والاثنتي عشرة نبضة.
2. يتم استخدام الثايرستورات عالية القدرة لتقليل عدد المكونات المتوازية، وتبسيط هيكل الخزانة، وتقليل الخسائر، وتسهيل الصيانة.
3. تستخدم المكونات وقضبان التوصيل النحاسية سريعة الاندماج مقاطع دائرة مياه دائرية مصممة خصيصًا لتبديد الحرارة بشكل مثالي وإطالة عمر المكونات.
4. يعتمد تركيب المكونات بالضغط على تصميم نموذجي للإجهاد المتوازن والثابت، مع عزل مزدوج.
5. تستخدم أنابيب المياه الداخلية أنابيب بلاستيكية ناعمة شفافة مستوردة، مقاومة لدرجات الحرارة الساخنة والباردة، وتتميز بعمر خدمة طويل.
6. تخضع صنابير المبرد المكونة من مكونات مختلفة لمعالجة خاصة لمقاومة التآكل.
7. الخزانة مصنوعة بالكامل باستخدام آلة التحكم الرقمي بالكمبيوتر ومطلية بالمسحوق للحصول على مظهر جميل من الناحية الجمالية.
8. تتوفر الخزائن بشكل عام بأنواع مفتوحة داخلية، وشبه مفتوحة، وخارجية مغلقة بالكامل؛ ويتم تصميم طرق دخول وخروج الكابلات وفقًا لمتطلبات المستخدم.
9. تعتمد هذه السلسلة من خزائن المقوم على نظام التحكم الرقمي الصناعي لتمكين المعدات من العمل بسلاسة.
مواصفات الجهد:
16 فولت 36 فولت 75 فولت 100 فولت 125 فولت 160 فولت 200 فولت 315 فولت
400 فولت 500 فولت 630 فولت 800 فولت 1000 فولت 1200 فولت 1400 فولت
المواصفات الحالية:
300 أمبير 750 أمبير 1000 أمبير 2000 أمبير 3150 أمبير
5000 أمبير 6300 أمبير 8000 أمبير 10000 أمبير 16000 أمبير
20000 أمبير 25000 أمبير 31500 أمبير 40000 أمبير 50000 أمبير
63000 أمبير 80000 أمبير 100000 أمبير 120000 أمبير 160000 أمبير
وفيما يلي ميزاته الأساسية:
1. كفاءة عالية للغاية وأداء تحويل الهيدروجين الكهربائي
الكفاءة هي شريان الحياة: تُمثل تكاليف الكهرباء ما بين 70% و80% من تكلفة التحليل الكهربائي للهيدروجين. لذلك، فإن كل زيادة بنسبة 0.1% في كفاءة تحويل خزانة المقوم تُترجم إلى وفورات كبيرة في تكاليف التشغيل. عادةً ما تكون الكفاءة المطلوبة 98.5%، وتصل في الطرز المتقدمة إلى أكثر من 99%.
عامل تموج منخفض: يجب أن تكون طاقة التيار المستمر الخارجة نقية قدر الإمكان، مع عامل تموج منخفض للغاية. سيؤدي تموج التيار المتردد المفرط إلى تقليل كفاءة المُحلِّل الكهربائي، وزيادة التفاعلات الجانبية، وقد يؤثر على عمر القطب الكهربائي. هذا يزيد من الحاجة إلى تقنيات التصحيح (مثل التصحيح متعدد الأطوار وتقنية تعديل عرض النبضة).
2. نطاق واسع للغاية لضبط الطاقة وقدرة على الاستجابة السريعة
التكيف مع تقلبات الطاقة المتجددة: يُعد هذا أحد أهم الفروقات عن خزائن المقومات التقليدية. للعمل مع مصادر طاقة متقلبة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، يجب أن تكون خزانة المقومات قادرة على العمل بثبات وكفاءة ضمن نطاق طاقة واسع للغاية (مثلاً، من 10% إلى 120% من الطاقة المُصنّفة).
استجابة ديناميكية سريعة: عندما تتعرض موارد الرياح والطاقة الشمسية لتغيرات مفاجئة، تتطلب خزانة المقوم سرعة استجابة تتراوح من مللي ثانية إلى ثانية لضبط طاقة خرجها بسرعة، والتكيف مع تغيرات الطاقة وتحقيق "load يتبع المصدر،دي دي اتش ضمان استقرار الشبكة والتشغيل الفعال لنظام إنتاج الهيدروجين.
3. درجة عالية من الذكاء والتحكم التعاوني
التكامل العميق مع المُحلِّل الكهربائي: لم تعد خزانة المُقوِّم مصدر طاقة مستقلاً، بل أصبحت بمثابة القلب النابض لنظام إنتاج الهيدروجين. وهي مُتكاملة بشكل عميق مع نظام إدارة المُحلِّل الكهربائي، ونظام تنقية الهيدروجين، ونظام التحكم في محطة توليد الطاقة المتجددة، لتحقيق التحسين التعاوني.
أوضاع تشغيل ذكية متعددة:
وضع الطاقة الثابتة: يستخدم عندما يكون مصدر الطاقة ثابتًا.
وضع تتبع نقطة الطاقة التلقائي: يستقبل أوامر إرسال الطاقة المتجددة بشكل مباشر ويضبط الطاقة تلقائيًا.
وضع إدارة الطاقة: يتعاون مع الشبكة ونظام تخزين الطاقة للمشاركة في حلاقة الذروة وملء الوادي أو تنظيم التردد الأساسي.
التوأم الرقمي والصيانة التنبؤية: من خلال منصات السحابة وتحليلات البيانات الضخمة، يتم إجراء مراقبة في الوقت الفعلي وتقييم حالة المعدات لتحقيق الصيانة التنبؤية وتقليل وقت التوقف غير المخطط له.
4. تصميم عالي الجودة للسلامة والموثوقية
اعتبارات مقاومة الانفجار في بيئة الهيدروجين: على الرغم من أن خزانة المقوم تُركّب عادةً بمعزل عن المحلل الكهربائي، إلا أن تصميمها يجب أن يراعي متطلبات مقاومة الانفجار في مصنع إنتاج الهيدروجين بأكمله. يجب أن يفي اختيار المكونات الكهربائية وتصميم الخزانة بمعايير صارمة لمقاومة الانفجار.
أنظمة الحماية المتعددة الزائدة:
متشابك مع تركيز الهيدروجين: يمكن للنظام قطع مصدر الطاقة لخزانة المقوم على الفور عند اكتشاف تسرب الهيدروجين.
متشابك مع درجة حرارة المحلل الكهربائي والضغط والمستوى: يضمن أن خزانة المقوم تعمل دائمًا ضمن ظروف التشغيل الآمنة للمحلل الكهربائي.
عزل الخطأ بشكل أسرع: يمنع ارتداد الهيدروجين أو تلف المحلل الكهربائي بسبب انقطاع التيار الكهربائي.
تشغيل متواصل على مدار الساعة: إنتاج الهيدروجين عملية مستمرة، مما يفرض متطلبات موثوقية عالية جدًا على خزانة المقوم. يُعد متوسط الوقت بين الأعطال (متوسط الوقت بين الأعطال) مؤشرًا رئيسيًا.
5. قدرة قوية على دعم الشبكة
طاقة عالية الجودة: تعمل تقنية التصحيح المتقدمة على كبح التوافقيات بفعالية، مما يحقق معامل قدرة مرتفعًا ويقلل من تلوث الشبكة. في بعض التصاميم، تتمتع هذه التقنية بقدرة تعويض معينة للقدرة التفاعلية، مما يدعم شبكة الكهرباء.
6. التجميع والقابلية للتوسع
"مبنى البناء" التوسع: عادةً ما تُبنى مشاريع طاقة الهيدروجين على مراحل. يعتمد نظام المقوم تصميمًا معياريًا، مما يسمح بسهولة التوسع بإضافة وحدات طاقة، تمامًا مثل وحدات البناء، لتلبية زيادات الطاقة المستقبلية وتقليل تكاليف الاستثمار الأولية.
التكرار N+X: في مشاريع إنتاج الهيدروجين واسعة النطاق، يتم توصيل وحدات طاقة متعددة بالتوازي، مع تكوين وحدات احتياطية (X) لتحقيق الصيانة السريعة والقابلة للتبديل عبر الإنترنت والتكرار في النظام، مما يضمن توفر مصنع إنتاج الهيدروجين بالكامل.
ملخص: وضع القلب لخزانة مقوم إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي
بالمقارنة مع خزائن المقوم التقليدية، تطورت خزانة مقوم إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي من مصدر طاقة دي سي بسيط إلى نظام تحويل الطاقة والتحكم فيه، والذي يدمج تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة المتقدمة والتحكم الذكي الرقمي ووظائف إدارة الطاقة.
وتكمن قيمتها الأساسية في:
خفض التكلفة: تقليل استهلاك الطاقة في إنتاج الهيدروجين من خلال الكفاءة القصوى.
تعزيز الكفاءة: تعظيم امتصاص الكهرباء الخضراء المتقلبة من خلال قدرات واسعة النطاق وسريعة الاستجابة، وتحسين الكفاءة التشغيلية الشاملة لنظام إنتاج الهيدروجين.
ضمان السلامة: توفير نواة طاقة آمنة وموثوقة لنظام إنتاج الهيدروجين بأكمله.
تعزيز التكامل: يعمل كجسر يربط بين الطاقة المتجددة وتطبيقات المواد الكيميائية للاستخدام النهائي، وهو قطعة أساسية من المعدات لبناء نظام طاقة جديد.
