Wasserstoff
Flownex® SE ist die erste Wahl für die Entwicklung, Analyse und Optimierung von Wasserstofftechnologien und unterstützt Ingenieure bei der effizienten Auslegung von Brennstoffzellen, Elektrolyseprozessen, Wasserstofftankbehältern und -armaturen. Von der Wasserelektrolyse bis zu instationären Auswertungen von Brennstoffzellen beschleunigt Flownex® den Designprozess und senkt somit die Entwicklungskosten.
Überblick
Wasserstoff übernimmt als vielfältig einsatzbarer Energieträger eine Schlüsselrolle in der Energiewende und für den Klimaschutz. Dabei müssen zahlreiche Entwicklungsaufgaben gemeistert werden. Im Bereich von der Herstellung, über Transport und Speicherung, bis hin zur Nutzung des Wasserstoffs werden verschiedene Systeme konstruiert, die den besonderen Eigenschaften des Wasserstoffs gerecht werden. Grüner Wasserstoff, bei dem erneuerbare Energien zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser durch ein Elektrolyseverfahren genutzt werden, ist eine der wichtigsten kohlenstofffreien Energiequellen, die derzeit erforscht werden.
Wasserstoff-Brennstoffzellen und Systemkomponenten
Flownex® ermöglicht schnelle transiente Berechnungen und die Bewertung der Systemleistung. Flownex® hat mehrere Vorteile bei der Simulation von Brennstoffzellen im Vergleich zu anderer konventioneller Software, wie z.B.:
- Flownex® berücksichtigt kompressible Gase, zweiphasige Fluide, Gemische usw., benutzerdefinierte Fluide können erstellt oder vom NIST (National Institute of Standards and Technology) importiert werden.
- Chemisches Reaktionsmodell für den Brennstoffzellenstack ermöglicht das definieren benutzerdefinierter Reaktionen beispielsweise durch Skripting mit Sprachen wie C#, EES und Python.
- Integration mit anderen Softwarepaketen wie Cantera und Matlab und die Möglichkeit Modelle reduzierter Ordnung (ROMS) mit Hilfe der Flownex® FMI-Funktionen zu importieren und zu exportieren.
- Vereinfachte und komplexe Modelle für Pumpen und Kompressoren, in die Pumpendiagramme und Kompressorkennfelder aufgenommen werden können.
- Diskrete Wärmeaustauschmodelle – Rippenrohrwärmetauscher, Plattenwärmetauscher usw.
- Typische Druckverlustmodelle – Rohre, Ventile usw.
- Löser für stationäre und instationäre Vorgänge – einschließlich eines impliziten Lösers für instationäre Vorgänge, der große Zeitschritte bei langen Vorgängen ermöglicht.
- Regleralgorithmen für instationäre Simulationen – große Bibliothek mit analogen und digitalen Reglern.
Protonenaustauschmembran luftseitig der Brennstoffzelle
In der Protonenaustauschmembran müssen geeignete Wassermanagementsysteme implementiert werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Dies führt dazu, dass mehrere Komponenten auf der Luftseite der Brennstoffzelle hinzugefügt werden, was die Komplexität erhöht. Flownex® kann im Design- und Entwicklungsprozess dieser komplexen Systeme eingesetzt werden:
- Detaillierte Auslegung des Befeuchters im Wassermanagementsystem – Skripte zur Implementierung von Wasserdampfübertragungsraten, benutzerspezifische Druckabfallkomponenten zur Anwendung von Druckabfallkurven
- Bestimmung des Leistungsbedarfs des luftseitigen Kompressors.
- Berechnung des Heiz- oder Kühlbedarfs des Luftstroms, um die Temperatur des Brennstoffzellenstacks zu erreichen.
Die Elektrolyse von Wasser
Der Hauptkreislauf und die Nebenanlagen einer Wasserelektrolyseanlage sind ein empfindliches integriertes System. Die Anlage muss genau geregelt werden, da die Hauptantriebskraft der chemische Prozess der Wasserelektrolyse ist. Hohe Temperaturen und hohe Drücke verstärken den Prozess zusätzlich, führen aber auch zu einem erhöhten Optimierungsbedarf im Betrieb der Anlage. Flownex® kann eingesetzt werden für:
- Optimierung der Anlagen
- Analyse des Systemverhaltens bei kritischen Zuständen
- Simulation von Sensorausfällen
- Kühlkreisläufe
- Produktdesign nach Kundenwunsch
GH2-Betankungssystem
Die Anforderungen an einen normegerechten Betankungsprozess mit Wasserstoff sind vielfältig. Der Fokus liegt auf der Optimierung individueller Komponenten des Betankungssystems im Hinblick auf Sicherheit, Verlässlichkeit und Effizienz (Kompressoren, Pumpen, Speicherung bzw. Lagerung) Darüber hinaus soll die Betankung auch in einer akzeptablen Dauer durchgeführt werden. Um diese Forderungen zu erfüllen, ist es notwendig, die während der Betankung ablaufenden physikalischen Prozesse zu berücksichtigen, die zu einer Erwärmung des Tankinhaltes führen.
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Flownex®SE wird erfolgreich in vielen Bereichen eingesetzt
