ES2980288B2

ES2980288B2 - Dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno

Info

Publication number: ES2980288B2
Application number: ES202330983A
Authority: ES
Inventors: Leon Eugenio Trillo; Fernandez Emilio Jesus Rodriguez; Gomez Daniel Marquez; Del Pozo Marta Romero
Original assignee: Lean Hydrogen Co S L
Current assignee: Lean Hydrogen Co S L
Priority date: 2023-11-27
Filing date: 2023-11-27
Publication date: 2025-10-10
Anticipated expiration: 2043-11-27
Also published as: ES2980288A1; EP4560274A1

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno

Campo técnico de la invención

La presente invención corresponde al campo técnico de las tecnologías de energía renovable y del uso del hidrógeno renovable como fuente de energía para movilidad, en concreto se centra en el apartado de verificación y certificación del aseguramiento de la calidad de las estaciones de suministro de hidrógeno (HRS).

Antecedentes de la Invención

En la actualidad se está trabajando para lograr una transición ecológica hacia una economía neutra en carbono que permita una mejora en términos ambientales, sociales y económicos, así como reducir la dependencia energética exterior, mejorar la balanza comercial y avanzar hacia una economía moderna y próspera.

La Unión Europea ha establecido, entre otras, las energías renovables, el almacenamiento energético y el hidrógeno renovable, como áreas clave en las que reforzar capacidades propias y, con ello, mejorar la autonomía estratégica del país de cara a garantizar la transición ecológica y transformación digital.

A finales de 2020, se publicaba por parte del Gobierno de España la Hoja de Ruta del Hidrógeno Renovable. Un proyecto para transformar la nación en referente mundial del sector.

Entre los hitos a alcanzar destacan los planteados en el contexto de este proyecto, que están ligados a la creación para el año 2030 de una red de al menos 100-150 estaciones de suministro de hidrógeno o hidrogeneras de acceso público para el repostaje de los vehículos, que deben estar repartidas por todo el territorio en lugares accesibles y con una distancia máxima entre ellas de 250 km. Hoy en día únicamente existen alrededor de ocho hidrogeneras públicas y doce privadas, además de una docena en construcción, por lo que en el período que resta hasta el 2030 deben instalarse entre 100 y 140 hidrogeneras, sólo en el sector público.

Las hidrogeneras cuentan con una serie de componentes necesarios para el correcto y seguro dispensado de hidrógeno a los vehículos. Entre ellos se encuentran el dispensador, el depósito de almacenamiento de hidrógeno, un sistema de producción de hidrógeno, un sistema de compresión, etc. Todos estos elementos son validados y probados por cada uno de sus fabricantes, pero es necesario realizar una validación conjunta de la integración de todos los componentes.

Actualmente se realizan comprobaciones por el operador de la hidrogenera, llevando a cabo sus propios protocolos y procedimientos. A parte de esto y de las tareas marcadas por cada fabricante para el mantenimiento de cada uno de los componentes, no existe una periodicidad que valide el correcto funcionamiento de todos los elementos como un único sistema.

En estos momentos, la validación del sistema de funcionamiento de la hidrogenera se realiza a través de vehículos de hidrógeno reales. No obstante, esta forma de validar las instalaciones presenta ciertas limitaciones, pues por un lado es complejo encontrar en la actualidad vehículos comerciales disponibles de este tipo, y, por otro, existen las propias limitaciones del vehículo, pues no están preparados ya que su uso final no contempla la validación de ninguna instalación de hidrógeno, entre otros aspectos, porque no disponen de sensores, protocolos de validación, detección de fallos, ni de las alarmas que se requieren para una verificación conforme a los estándares internacionales.

Como ejemplo del estado de la técnica puede mencionarse el documento de referencia JP2019144062 en el que se expone un mecanismo para calibrar la cantidad de llenado, para verificar si se realiza o no de acuerdo con el protocolo de llenado, y verificar si el contenido de impurezas distintas del gas combustible a llenar está o no por debajo del contenido permitido.

La normativa existente en cuanto a hidrogeneras establecen la necesidad de que exista una comunicación fiable y sin interferencias entre el dispensador y el vehículo. El mecanismo y el aparato propuestos en el documento mencionado realizan las comprobaciones necesarias, pero no cuentan con los medios para emular la comunicación entre el dispensador y un vehículo, por lo que los resultados obtenidos no reproducen fielmente las condiciones de un repostaje real y, por tanto, no permiten validar el sistema según los protocolos internacionales y la normativa.

Además, como no es posible probar el dispensador según los requisitos reales de operación, no se puede activar un ciclo de llenado completo conforme al estándar, viéndose limitada la capacidad de verificación funcional de la estación de servicio.

Así pues, este sector presenta el problema de no contar con ningún equipo capaz de realizar una verificación de las instalaciones de la hidrogenera de manera conjunta, mediante un procedimiento que aporte fiabilidad al usuario, permitiendo simular el repostado de un vehículo sin tener que hacer uso de un vehículo propiamente dicho.

Descripción de la invención

El dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno (H2), que aquí se presenta, comprende uno o más tanques de H2, que permiten el llenado y almacenamiento de H2en su interior, así como una conducción para circulación del H2hasta el tanque.

Esta conducción presenta un primer extremo de conexión a la manguera del dispensador de H2de la estación y un segundo extremo con una conexión a uno o más tanques de H2.

El primer extremo, por su parte, comprende un boquerel que cuenta con medios de comunicación con la manguera del dispensador.

El dispositivo de verificación presenta así mismo, al menos un sensor de temperatura y un sensor de presión situados en la conducción, entre su primer y segundo extremo, medios de medición de la cantidad de H2y, medios de medición y análisis de los resultados de la cantidad de O2y humedad en el suministro de H2.

Además, este dispositivo comprende un software de control de estos elementos, con análisis de los resultados en tiempo real, capaz de detectar la desviación sobre los valores esperados y actúe con la HRS si fuese necesario, y medios de comunicación inalámbrica de dicho software con un dispositivo electrónico externo.

Por otra parte, el dispositivo de verificación cuenta con un bastidor de soporte de los elementos anteriores que presenta medios de desplazamiento.

Este bastidor permite que el dispositivo esté configurado como un equipo móvil y transportable, permitiendo ser cargado y descargado en un vehículo de transporte con facilidad, para poder desplazarlo hasta la hidrogenera que requiera de una verificación.

Con el dispositivo de verificación para estaciones de suministro de H2, que aquí se propone se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica.

Esto es así pues se consigue un dispositivo móvil para la verificación y certificación de calidad del suministro de H2en hidrogeneras, analizando variables clave en el proceso de repostaje, como son la pureza, la presión, la velocidad y la temperatura de dicho repostaje y todo ello basándose en la normativa internacional de referencia. Así mismo, se permite la toma de muestra de H2repostado para su posterior análisis en laboratorios, certificando con ellos la calidad requerida a la hidrogenera.

Este dispositivo es capaz de permitir la rápida implantación de hidrogeneras mediante una estandarización de la certificación de las mismas, posicionándose como un elemento clave en el logro de los objetivos planificados en la Hoja de Ruta del Hidrógeno.

Una ventaja importante de este dispositivo es que permite realizar las labores de una herramienta certificadora y del cumplimiento de estándares internacionales.

Contando con este dispositivo es posible elaborar un conjunto de documentación técnica, protocolos y procedimientos que, apoyados en este dispositivo de verificación móvil, permitan la certificación de la hidrogenera como apta para el servicio de repostado. Ello se consigue realizando con este dispositivo todos los ensayos necesarios programados y disponiendo de un registro de los resultados de las pruebas que aporten una trazabilidad para observar posibles desviaciones con respecto a pruebas anteriores.

Otra ventaja es que permite validar de forma real las estaciones de servicio in situ, proporcionando valor añadido no solo al cliente que hace uso del dispositivo verificador móvil, sino al usuario final, que percibe el hidrógeno y por tanto las estaciones de servicio de hidrógeno como lugares seguros y fiables. Además, las estaciones de suministro de H2que cuenten con una verificación van a mostrarse como hidrogeneras más competitivas frente al resto.

Un aspecto muy favorable de este dispositivo es que mediante su utilización es posible realizar un testeo de las hidrogeneras, ensayando el repostaje, sin necesidad de utilizar un vehículo comercial para ello, pues el dispositivo dispone de todos los componentes necesarios para el repostaje de un vehículo.

Así pues, este dispositivo lo que consigue es replicar los sistemas que poseen los vehículos de H2relativos al repostaje, de forma que no sea necesario disponer de un vehículo propio para llevar a cabo las verificaciones. Como esta tecnología es propia de cada marca, el dispositivo dispone de tecnología con uso específico diferente en cada caso.

De este modo, este dispositivo de verificación permite la comunicación con la estación de suministro de H2a través del boquerel sin necesidad de utilizar para ello un vehículo de hidrógeno.

Es capaz de monitorear los parámetros más importantes que debe suministrar la hidrogenera y verificar si están dentro de los límites que marcan los estándares más relevantes y los requeridos por los principales fabricantes de automóviles.

Otra ventaja que presenta este dispositivo es que a diferencia de un vehículo de H2, este dispositivo no es un elemento pasivo, sino que es activo en el sentido de que es capaz de interactuar con el dispensador de H2.

Aporta una ventaja para los fabricantes de vehículos de H2, pues la utilización de este dispositivo de verificación permite minimizar las incidencias en los vehículos al contar con hidrogeneras con esta certificación. También permite disminuir las revisiones de los vehículos en garantía y aumenta la fiabilidad de los vehículos que reposten en hidrogeneras con esta certificación.

Por otra parte, para los propietarios de hidrogeneras se elimina la necesidad de disponer de componentes y equipos para la verificación de la hidrogenera, en caso de que el cliente deseara verificarla por sus propios medios.

Una ventaja significativa de este dispositivo es que cuenta con sensores, protocolos de validación, detección de fallos y alarmas para una verificación conforme a estándares internacionales. El dispositivo está orientado a realizar la verificación de nuevas estaciones de suministro de H2y también a la realización de revisiones periódicas para la renovación del certificado en estaciones ya en funcionamiento, para asegurar de este modo que debido al uso de los propios componentes de la estación o al descalibrado de ciertos componentes no existan desequilibrios o fallos en el sistema. Con estas revisiones periódicas es posible detectar fallos antes de que se produzcan, aportando una gran seguridad al funcionamiento de las hidrogeneras.

Como ventaja adicional, los tanques de H2que contiene este dispositivo de verificación pueden servir como toma de muestras para un posterior análisis de impurezas en laboratorios certificados, permitiendo obtener conclusiones más precisas.

Resulta por tanto un dispositivo de verificación muy eficaz que permite replicar los elementos de un vehículo de hidrógeno que intervienen en el repostaje para poder realizar la verificación sin necesidad de utilizar un vehículo real y contando con sensores que aportan una información adicional a la que se lograba con el uso de un vehículo como elemento de verificación.

Breve descripción de los dibujos

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1.- Muestra un esquema de los componentes del dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno, para una realización preferida de la invención.

La Figura 2.- Muestra una vista esquemática de los componentes y las conexiones entre ellos, del dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno, para una realización preferida de la invención.

Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención

A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno (H2) que aquí se propone comprende uno o más tanques (1) de H2, que permiten el llenado y almacenamiento de H2en su interior.

Este dispositivo presenta una conducción (2) para circulación del H2hasta el tanque (1), con un primer extremo (2.1) de conexión a la manguera (3) del dispensador de H2de la estación y un segundo extremo (2.2) con una conexión a uno o más tanques (1) de H2. En este modo de realización preferida se considera un dispositivo con dos tanques (1) de H2. Todo esto está diseñado y testeado para que replique de la manera más fehaciente posible las características de un vehículo de hidrógeno.

Como se muestra en la Figura 2, el primer extremo (2.1) de la conducción (2) presenta un boquerel (4) que comprende medios de comunicación con la manguera (3). En este modo de realización preferente de la invención, estos medios de comunicación del boquerel (4) con la manguera (3) están formados por infrarrojos, para una comunicación en tiempo real con la HRS.

Como puede observarse en las Figuras 1 y 2, el dispositivo comprende, además, al menos un sensor de temperatura (5) y un sensor de presión (6) situados en la conducción (2), entre su primer y segundo extremo (2.1, 2.2).

Estos sensores (5, 6) van a realizar un análisis de las mediciones y en función de los protocolos y procedimientos de ensayos establecidos por la empresa certificadora van a permitir establecer si los valores son apropiados o por el contrario la hidrogenera necesita de algún tipo de ajuste.

Así mismo, este dispositivo cuenta con medios de medición de la cantidad de hidrógeno y medios de medición y, análisis de los resultados de la cantidad de O2y humedad en el suministro de H2.

En este modo de realización preferida, medios de medición de la cantidad de H2están formados por un caudalímetro (7) de Coriolis que va a proporcionar el dato de la cantidad de H2que proporciona la hidrogenera.

Por otra parte, en este modo de realización preferente de la invención, los medios de medición de la cantidad de O2están formados por un analizador (8) de O2. Es necesario realizar esta medición pues las impurezas que pueden provenir de un hidrógeno producido mediante energías renovables están formadas por oxígeno. Así pues, con este analizador (8) de O2(impurezas) en la corriente de hidrógeno, es posible determinar, por tanto, la calidad del hidrógeno suministrado.

Este dispositivo comprende además un software de control de todos los elementos definidos. De este modo, se establece una lógica de control, señales de alarma, así como los algoritmos necesarios de manera que se puedan implementar los protocolos (9) y pruebas requeridas para poder verificar la hidrogenera.

Además, el dispositivo comprende medios de comunicación inalámbrica del software con un dispositivo electrónico (12) externo, que pueden estar formados por una red de ethernet o wifi.

En la actualidad no hay una legislación que permita caracterizar las hidrogeneras como tal. Hasta ahora los verificadores comúnmente usados en la industria de la automoción están orientados a la inversa, es decir, al vehículo en vez de a la estación de servicio y son las ITV's.

Es necesario, por tanto, la creación de unos procedimientos y protocolos (9) en base al estado actual normativo (10) y las capacidades desarrolladas para el verificador. Para ello hay que analizar detalladamente a qué deben hacer referencia las pruebas a realizar, es decir, qué dicen los organismos de control que debe cumplir una hidrogenera para estar operativa. Por ello, esta tarea pretende recoger los puntos clave de esas normas, tanto nacionales como internacionales, y recogerlas dentro de los test o procesos a llevar a cabo durante la verificación (11).

En base al análisis realizado en esta tarea se entiende que los protocolos (9) y procedimientos van a quedar detallados con un cariz más armonizado con el sector hidrógeno para movilidad.

Según otro aspecto, el dispositivo presenta un bastidor de soporte de los elementos anteriores que tiene unos medios de desplazamiento. Este bastidor permite que el dispositivo sea fácilmente trasladable al lugar de verificación e igualmente, que sea posible su transporte sencillo en un vehículo de transporte hasta la hidrogenera en la que se requiera de una verificación.

En este modo de realización preferente de la invención, como se muestra en la Figura 1, el boquerel (4) del dispositivo comprende una válvula antirretorno (13) para impedir que el hidrógeno se escape cuando se desconecte el boquerel (4) y para asegurar una correcta desconexión del boquerel.

Por otra parte, en este modo de realización preferida, el dispositivo comprende medios de seguridad formados por una válvula de seguridad (14) y una válvula de salida manual o pilotada (15) conectadas a la conducción (2). La apertura de ambas válvulas da lugar al escape de hidrógeno a través de un venteo y ambas válvulas aseguran que no exista riesgo para las personas o equipos ante eventos peligrosos.

Por otra parte, el dispositivo cuenta con todas aquellas válvulas adicionales necesarias para un correcto funcionamiento, racorería, piping, soportes de la misma, pequeño material, cableado y todos aquellos elementos necesarios para que resulte operativo. Así pues, en otros modos de realización puede contar con válvulas de regulación, analizadores de humedad, medidores de caudal, válvulas de aguja, transmisores e indicadores de presión, válvulas solenoides...

Según otro aspecto, el dispositivo electrónico (12) externo o interfaz de comunicación, en este modo de realización está formado por un portátil en el que está implementado un software adecuado para comunicarse con el software de control y poder de este modo indicarle qué tipo de verificación es necesaria, de manera que el software de control realice las órdenes oportunas y se comunique con el dispositivo electrónico (12) trasladándole los datos obtenidos para que queden registrados en una base de datos.

Con este dispositivo pueden realizarse múltiples medidas de parámetros y variables y las correspondientes verificaciones como, por ejemplo:

- Medida de la tolerancia de presiones

- Verificación de que la temperatura del sensor de temperatura ambiente está dentro de unos límites de llenado

- Verificar que la presión del tanque de llenado está bien monitoreada

- Verificar que se está por debajo del caudal máximo

- Monitorear la temperatura del combustible (H2)

- Medida de la temperatura del H2dentro del dispositivo que simula el vehículo

- Verificar que el dispensador tiene un contador de paradas de combustibles no intencionados

- Verificar que se establece la comunicación del final de repostaje

- Medida de la máxima presión, que puede medirse con el sensor del dispensador de la hidrogenera o con el sensor del dispositivo

- Medidor del estado de carga del dispositivo

A medida que evolucionan las hidrogeneras pueden incorporarse nuevas medias y verificaciones, que garanticen unas condiciones de calidad y seguridad tanto al cliente como al propietario de la hidrogenera.

Claims

REIVINDICACIONES

1- Dispositivo de verificación para estaciones de suministro de hidrógeno (H2) de las que comprenden

- uno o más tanques (1) de H2, que permiten el llenado y almacenamiento de H2en su interior;

- una conducción (2) para circulación del H2hasta el tanque (1), con un primer extremo (2.1) de conexión a una manguera (3) del dispensador de H2de la estación y un segundo extremo (2.2) con una conexión a uno o más tanques (1) de H2, que comprende al menos un sensor de temperatura (5) y un sensor de presión (6) situados entre su primer y segundo extremo (2.1, 2.2);

- medios de medición de la cantidad de hidrógeno, y medios de medición y análisis de los resultados de la cantidad de O2y humedad en el suministro de H2;

- un software de control de estos elementos, susceptible de realizar un análisis de los resultados en tiempo real y detectar desviación respecto de valores predeterminados, medios de comunicación inalámbrica del software de control con un dispositivo electrónico (12) externo, y;

- un bastidor de soporte de los elementos anteriores que presenta medios de desplazamiento;

caracterizado por queel primer extremo (2.1) de la conducción (2) para circulación del H2presenta un boquerel (4) que comprende medios de comunicación con la manguera (3) formados por infrarrojos.

2- Dispositivo según la reivindicación 1, donde el boquerel (4) comprende una válvula antirretorno (13).

3- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende medios de seguridad formados por una válvula de seguridad (14) y una válvula de salida manual o pilotada (15) conectadas a la conducción (2).

4- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de medición de la cantidad de H2están formados por un caudalímetro (7) de Coriolis.

5- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de medición de la cantidad de O2están formados por un analizador (8) de O2.