Analiza cieplna i wytrzymałościowa niskociśnieniowych zbiorników do magazynowania wodoru

• Autorzy: Ochmann Jakub , Jureczko Mariola , Zając Szymon , Jurczyk Michał

Warianty tytułu

EN

Heat and stress analysis of low-pressure tanks for hydrogen storage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizy numeryczne wytrzymałości i warunków pracy niskociśnieniowych zbiorników z wodorkami metali (Metal Hydride Storage Tanks - MHS) przeznaczonych do magazynowania wodoru. Zbadano egzotermiczny proces napełniania zbiornika wodorem oraz endotermiczny proces jego rozładowania. Analizę termiczną zbiorników przeprowadzono bez stosowania dodatkowego chłodzenia/ogrzewania zbiornika (w zależności od badanego procesu) oraz z wykorzystaniem łaźni wodnej do regulacji temperatury obiektu. Równocześnie wyznaczono ilość ciepła powstającego w procesie napełniania zasobnika MH oraz jego deficyt przy jego opróżnianiu. Przedstawiono również wyniki numerycznej analizy stereomechanicznej konstrukcji zbiornika pod wpływem obciążeń statycznych. Symulacje numeryczne wykonano za pomocą oprogramowania ANSYS Mechanical i ANSYS Fluent. Uzyskane wyniki potwierdziły słuszność przyjętych założeń projektowych oraz uproszczeń w opracowywaniu modelu numerycznego zbiornika.

EN

The article presents numerical analyses of the strength and operating conditions of low-pressure Metal Hydride Storage tanks (MHS) designed for hydrogen storage. The exothermic process of filling the tank with . hydrogen and the endothermic process of its discharge were investigated. Thermal analysis of the tanks was carried out without additional cooling/heating of the tank (depending on the tested process) and with the use of a water bath to regulate the temperature of the obj ect. The amount of heat generated in filling the MH storage tank and its deficit during its emptying were also determined. The strength analysis of the tank structure under the influence of static loads is also presented. Simulations were performed using ANSYS Mechanical and ANSYS Fluent software. The obtained results confirmed the correctness of the adopted design assumptions and simplifications in the development of the numerical model of the tank.

Słowa kluczowe

PL

wodór; magazynowanie energii; wodorek metalu; trwałość; zbiornik MH

EN

hydrogen; energy storage; metal hydride; durability; MHS tank

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 4
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Ochmann Jakub

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Jureczko Mariola

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Zając Szymon

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Jurczyk Michał

• Politechnika Śląska w Gliwicach

Bibliografia

• [1] Bartela Ł., Ochmann J., Waniczek S., Lutyński M., Smolnik G., Rulik S.: Evaluation of the energy potential of an adiabatic compressed air energy storage system based on a novel thermal energy storage system in a post mining shaft. Journal of Energy Storage 2022, Volume 54, https://doi.org/ 10.1016/j.est.2022.105282.
• [2] Cao Z., Zhou P., Xiao X., Zhan L., Jiang Z., Piao M., Wang S., Jiang L., Chen L.: Studies on Ti-Zr-Cr-Mn- F e-V based alloys for hydrogen compression under mild thermal conditions of water bath. bath. Journal of Alloys and Compounds 2022, 892162145, https://doi.org/ 10.1016/j.jallcom.202l .162145.
• [3] Challet S., Latroche M., Heurtaux F.: Hydrogenation properties and crystal structure of the single BCC (Ti0.355V0.645)lOO—XMX alloys with M=Mn, Fe, Co, Ni (x=7, 14 and 21). Journal of Alloys and Compounds 2007, Volume 439, Issues 1—2, str. 294-301, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.08.070.
• [4] Duda F., Jasminska N., Mihalik I., Hudak S.: Design and stress analysis of low-pressure metalhydride vessels for storing hydrogen. AIP Conference Proceedings 2672 2023, 030006—1, https://d0i.0rg/10.1063/5.0122057.
• [5] Jureczko M.: Optimization of stand-alone hybrid solar-wind system by using general morphological analysis. IntechOpen 2020, str. 183-206, https://www.intechopen.com/chapters/70373.
• [6] Katla D., Węcel D., Jurczyk M., Skorek-Osikowska A.: Preliminary experimental study of a methanation reactor for conversion of H2 and C02 into synthetic natural gas (SNG). Energy 2023, Volume 263, Part D, https://doi.org/lO.1016/j.energy.2022.125881.
• [7] Kaviany M.: Principles of heat transfer in porous media. Springer Science & Business Media, 2012.
• [8] Kocaman A. S., Modi V.: Value of pumped hydro storage in a hybrid energy generation and allocation system. Applied Energy 2017, Volume 205, str. 1202-1215, https://doi.org/lO.l016/j.apenergy.2017.08.129.
• [9] Kotowicz J., Bartela Ł., Węcel D., Dubiel K.: Hydrogen generator characteristics for storage of renewably- generated Energy. Energy 2017, Volume 1 18, str. 156-171, https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.l 1.148.
• [10] Kotowicz J., Uchman W., Jurczyk M., Sekret R.: Evaluation of the potential for distributed generation of green hydrogen using metal-hydride storage methods. Applied Energy 2023, Volume 344, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121269.
• [11] Kotowicz J., Wecel D., Jurczyk M.: Analysis of component operation in power-to—gas-to-power installations. Applied Energy 2018, Volume 216, str. 45-59, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.050.
• [12] Ochmann J ., Jurczyk M., Ghiasirad H., Bartela Ł., Skorek-Osikowska A.: Ocena zasadności podjęcia badan and procesem pozyskiwania paliw przy wykorzystaniu instalacji zgazowania biomasy oraz elektrolizerów wysokotemperaturowych. Rynek Energii 2022, Nr 4, str. 20-24.
• [13] PN—EN ISO 9809-422023—05. Butle do gazów —- Projektowanie, konstrukcja i badania bezszwowych stalowych butli i zbiorników rurowych do gazów wielokrotnego napełniania -- Część 4: Butle ze stali nierdzewnej o wartości Rm mniej szej niż 1100 MPa
• [14] Soltani M., Kashkooli F. M., J afarizadeh H., Hatefi M., F ekri H., Gharali K., Nathwani J.: Diabatic Compressed Air Energy Storage (CAES) systems: State of the art, Editor(s): Cabeza L. F. Encyclopedia of energy storage, Elsevier 2022, str. 173-187, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819723-3.00066—4.
• [15] Stanek B., Ochmann J., Bartela Ł., Brzuszkiewicz M., Rulik S., Waniczek S.: lsobaric tanks system for carbon * dioxide energy storage —- The performance analysis. Journal of Energy Storage 2022, Vol. 52, Part A, https://doi.org/10.10l6/j.est.2022.104826.
• [16] Zhu Z., Zhu S., Zhao X., Cheng H., Yan K., Liu J.: Effects of Ce/Y on the cycle stability and anti-plateau splitting of LaS-Ce Ni4Co (X = 0.4, 0.5) and La5-Y Ni4Co (y = 0.1, 0.2) hydrogen storage alloys. Materials Chemistry and Physics 2019. Vol. 236: 121725. https://doi.org/10. 1016/j.matchemphys.2019. 121725.