Komplexní 1D výpočetní model plnící vodíkové stanice pro optimalizaci a ověřování koncepce a konstrukce

Comprehensive 1D computational model of a hydrogen refueling station for concept optimization and design validation

Nepublikovaný dokument (šedá literatura)

cs

Přechod od konvenčních paliv k alternativním zdrojům energie se zrychluje a vodík v něm zaujímá klíčovou roli při budoucí dekarbonizaci dopravy i průmyslu. Vodíkové technologie – včetně vodíkových spalovacích motorů a palivových článků – představují strategický prvek evropské i národní energetické transformace. Současně s tímto vývojem roste také poptávka po související infrastruktuře, zejména po efektivních a spolehlivých vodíkových plnicích stanicích. Jednou z hlavních výzev při vývoji těchto stanic je zvládnutí složitých termodynamických jevů, které doprovázejí plnění vodíkových nádrží pod vysokým tlakem (až 700 bar). Přísné požadavky na bezpečnost, účinnost, rychlost plnění a minimalizaci tepelných ztrát vyžadují detailní analýzu proudění, tlakových ztrát, změn teploty a fázových jevů během celého procesu plnění. Tradiční přístupy založené na zjednodušených analytických modelech nebo empirických korelacích často již nestačí, zejména při vývoji nových koncepcí nebo optimalizaci stávajících technologií. Z tohoto důvodu je nezbytné vytvořit komplexní 1D výpočetní model vodíkové plnicí stanice, který zahrnuje všechny klíčové prvky systému – od zásobníkových nádrží a kompresorů přes řídicí a bezpečnostní prvky až po výdejní část a vlastní nádrž vozidla. Takový model umožňuje nejen realistické simulace provozu, ale také rychlé testování alternativních konstrukčních řešení, vývoj řídicích strategií a ověřování koncepčních návrhů ještě před fyzickým prototypováním.

The transition from conventional fuels to alternative energy sources is accelerating, with hydrogen taking a central role in the future decarbonization of both transportation and industry. Hydrogen technologies—including hydrogen internal combustion engines and fuel cells—represent a strategic element of both European and national energy transformation efforts. Alongside this development, the demand for supporting infrastructure is also increasing, particularly for efficient and reliable hydrogen refueling stations. One of the main challenges in developing such stations lies in managing the complex thermodynamic phenomena that occur during high-pressure hydrogen tank refueling (up to 700 bar). The stringent requirements for safety, efficiency, refueling speed, and minimizing thermal losses necessitate a detailed analysis of flow dynamics, pressure drops, temperature changes, and phase transitions during the filling process. Traditional approaches based on simplified analytical models or empirical correlations are often no longer sufficient, especially when developing new system concepts or optimizing existing technologies. For this reason, it is essential to create a comprehensive 1D computational model of a hydrogen refueling station that incorporates all key elements of the system—from storage tanks and compressors to control and safety devices, and finally the dispenser and vehicle tank itself. Such a model enables not only realistic operation simulations but also rapid testing of alternative design solutions, development of control strategies, and validation of conceptual designs well before physical prototyping.

vodíkové technologie, vodíková infrastruktura, vodíková plnicí stanice, vysokotlaké plnění, termodynamika vodíku, 1D simulační model

hydrogen technologies, hydrogen infrastructure, hydrogen refueling station, highpressure fueling, hydrogen thermodynamics, 1D simulation model

2025-06-30

Brno

31