Misura del punto di rugiada per il recupero di calore a idrogeno

JTEC Energy e Vaisala hanno collaborato per integrare sensori di misurazione dell'umidità di precisione in un innovativo sistema di conversione del calore di scarto in energia. L'implementazione di un tracciamento accurato dell'umidità e del punto di rugiada consente il funzionamento affidabile di un'architettura energetica a idrogeno a ciclo chiuso negli ambienti di automazione industriale.

Sfida industriale e architettura del sistema
JTEC Energy sviluppa una tecnologia che converte il calore di scarto industriale in energia elettrica utilizzando l'idrogeno come fluido di lavoro. Il sistema si basa su un processo di compressione guidato dal calore abbinato a stack elettrochimici. All'interno di questa architettura, il calore di scarto viene applicato a un reattore a idruro metallico, facendogli rilasciare idrogeno pressurizzato. Questo idrogeno si espande attraverso uno stack elettrochimico per generare energia elettrica prima di essere riassorbito da un reattore separato e raffreddato.

Questo sistema a ciclo chiuso presenta un conflitto fondamentale nella gestione dell'umidità. Gli stack elettrochimici richiedono idrogeno umidificato per mantenere prestazioni ottimali della membrana. Al contrario, i reattori a idruro metallico devono rimanere estremamente asciutti; l'eccesso di umidità crea strati di ossido che inibiscono l'assorbimento di idrogeno e degradano le prestazioni del reattore. Di conseguenza, il sistema deve rimuovere e ricircolare oltre il 99,99 percento dell'umidità introdotta durante il ciclo di generazione di energia.




Obiettivi per l'affidabilità del processo
Un controllo preciso dell'umidità è fondamentale per la fattibilità del sistema e il funzionamento continuo. Durante la fase iniziale di ricerca e sviluppo, i sensori standard di umidità relativa e punto di rugiada utilizzati da JTEC si saturavano frequentemente se esposti alla condensa. Questa mancanza di robustezza ha costretto gli ingegneri a interrompere gli esperimenti, asciugare le apparecchiature e riavviare i sistemi: in un caso, prolungando un test standard di sei ore a tre giorni di risoluzione dei problemi.

Per l'implementazione sul campo, una misurazione imprecisa dell'umidità rappresenta un grave rischio operativo. Il sottosistema di conversione del calore di scarto rappresenta più di un terzo del costo totale del sistema. Un'esposizione non pianificata all'umidità richiede una manutenzione offline per ripristinare le prestazioni del reattore, creando tempi di inattività inaccettabili per l'infrastruttura di produzione di energia.

Soluzione tecnica e implementazione
Per risolvere il problema dell'affidabilità delle misurazioni, JTEC ha standardizzato il monitoraggio dell'umidità sulla tecnologia dei sensori Vaisala. L'implementazione utilizza tre strumenti specifici per monitorare il ciclo dell'idrogeno in condizioni dinamiche di pressione e flusso. Una sonda di umidità relativa e temperatura Vaisala HMP7 è posizionata immediatamente dopo la fase di deumidificazione iniziale per verificare la rimozione grossolana dell'umidità e prevenire la condensa nella linea. A seguito delle fasi finali di gestione dell'umidità, un sensore Vaisala DMP370 con classificazione Ex misura i bassi punti di rugiada prima che l'idrogeno ritorni ai reattori a idruro metallico, garantendo che il gas sia essiccato secondo rigorose specifiche. Infine, un trasmettitore del punto di rugiada Vaisala DMT143 monitora il collettore di manutenzione, impedendo la migrazione dell'umidità dalle sezioni umide a quelle secche durante le operazioni di avvio, arresto o manutenzione.

I sensori sono stati integrati direttamente nell'architettura di controllo del sistema. La specifica classificazione Ex del DMP370 consente al sistema di soddisfare i rigorosi requisiti per le aree pericolose necessari per le future installazioni industriali.




Supporto ingegneristico e risultati operativi
La misurazione dell'umidità nell'idrogeno pressurizzato si discosta in modo significativo dalle condizioni atmosferiche standard. Vaisala ha fornito un supporto metrologico diretto, aiutando JTEC a sviluppare routine accurate di compensazione della pressione per le loro misurazioni del punto di rugiada in condizioni fluttuanti.

"L'autocalibrazione di Vaisala è una caratteristica chiave che migliora la fiducia nei valori che riceviamo", ha affermato Julian Bell, Vicepresidente del settore Engineering di JTEC Energy. "Allo stesso tempo, siamo stati in grado di integrare le routine di compensazione della pressione nelle nostre misurazioni del punto di rugiada con il supporto degli ingegneri Vaisala."

L'integrazione di questi sensori fornisce una misurazione continua e stabile senza le interruzioni per la calibrazione associate ad architetture alternative. Questa visibilità ininterrotta consente al sistema di controllo di commutare con precisione tra le colonne di deumidificazione, eliminando i tempi di inattività indotti dalla saturazione, salvaguardando i reattori a idruro metallico di alto valore e fornendo la certezza di misurazione necessaria per far passare la tecnologia dal laboratorio all'implementazione sul campo.

Edito da Aishwarya Mambet, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

www.vaisala.com