دليل شامل لجميع المكونات الشائعة لأجهزة التحليل الكهربائي PEM من شركة ITM Power

تُعدّ أجهزة التحليل الكهربائي PEM من ITM Power أنظمة تحليل كهربائي للماء النقي باستخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM)، طورتها شركة ITM Power البريطانية خصيصًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر. يتألف خط الإنتاج بالكامل من وحدات قياسية، ويُستخدم طرازها الرائد، NEPTUNE 2MW، حاليًا بشكل مستمر في العديد من محطات تزويد الهيدروجين ومشاريع استبدال الهيدروجين بالمنتجات الثانوية الصناعية في أمريكا الشمالية وأوروبا. يميل العديد من فنيي التشغيل والصيانة الجدد على أنظمة ITM Power إلى تطبيق خبرتهم في أجهزة التحليل الكهربائي القلوية، ظنًا منهم أن هذه الأنظمة تستخدم أيضًا كاثودات من النيكل وأنودات من التيتانيوم . مع ذلك، تتخصص ITM Power في التحليل الكهربائي للماء النقي باستخدام PEM، والذي يعتمد على تصميم مختلف تمامًا للأقطاب الكهربائية: يتكون الأنود من ركيزة من التيتانيوم مطلية بأكسيد الإيريديوم، بينما يتكون الكاثود من جزيئات نانوية من البلاتين محملة على ورق الكربون. لا تبيع ITM Power ألواح الأنود بشكل منفصل، بل تقبل فقط مجموعات كاملة مُعادة إلى مصنعها في مانشستر لإعادة طلائها وإعادة تركيبها. يبلغ السعر المُقدَّم لتجديد وحدة واحدة (1 ميغاواط) في عام 2025 مبلغ 115,000 دولار أمريكي، ويشمل ذلك تجديد معدن الإيريديوم واستبدال الأختام. يعني نموذج إعادة التدوير والتجديد الشامل هذا أنه لا يمكن استبدال أي من المكونات الأساسية المتصلة بمجموعة غشاء القطب الكهربائي في موقع العميل؛ لذا يجب أن تركز إدارة قطع الغيار حصراً على وحدة التشغيل الأساسية. يُحدد اختيار وصيانة المكونات في كل نظام فرعي بشكل مباشر ما إذا كان محلل ITM Power الكهربائي سيحقق عمره الافتراضي المُصمَّم.

وحدات التقويم وتوزيع الطاقة

تُدمج شركة ITM Power وحدات تقويم IGBT من AEG Power Solutions في كل وحدة NEPTUNE بقدرة 2 ميجاواط، حيث تعمل وحدتان بقدرة 1 ميجاواط بالتوازي. وفي مشروع محلل كهربائي تابع لشركة ITM Power في تكساس، قامت شركة Eaton بدمج محول العزل الأمامي ولوحة المفاتيح الرئيسية وفقًا لمتطلبات الشبكة المحلية. قد تُطلق وحدات الطاقة الأصلية من AEG إنذارات ارتفاع درجة الحرارة أحيانًا بعد تراكم أكثر من 18000 ساعة تشغيل. يبلغ سعر استبدال الوحدة الواحدة (باستثناء الضريبة) من مخزون قطع الغيار في أمريكا الشمالية 11500 دولار أمريكي؛ ويمكن أن يوفر الاحتفاظ بوحدة واحدة في الموقع ما لا يقل عن 72 ساعة من وقت التوقف.

المواد الاستهلاكية لدائرة المياه فائقة النقاء

يتطلب نظام ITM Power أن تكون مقاومة مياه التغذية أعلى من 18 ميجا أوم.سم بشكل ثابت، وهو مزود بشكل قياسي بنظام تنقية مياه ثنائي المراحل بتقنية التناضح العكسي بالإضافة إلى تقنية إزالة الأيونات الكهربائية (EDI) من شركتي Veolia أو Evoqua. في موقع بشمال ألمانيا تتولى ITM Power صيانته مباشرةً، ونظرًا لارتفاع عسر المياه الخام، يجب استبدال خراطيش ترشيح القطن البولي بروبيلين مقاس 10 بوصات من Evoqua كل ثلاثة أشهر؛ ويبلغ سعر الوحدة 12.80 دولارًا أمريكيًا عند شرائها بكميات كبيرة من شركة Grainger في الولايات المتحدة. ووفقًا لإرشادات الصيانة لما بعد البيع من ITM Power، يجب استبدال راتنج الطبقة المختلطة داخل وحدة EDI بالكامل وإعادة تعبئته سنويًا؛ وتبلغ تكلفة باقة الخدمة، شاملةً أجور العمال، 4200 دولارًا أمريكيًا للزيارة الواحدة، وهو مبلغ ثابت.

مضخات وصمامات إدارة الحرارة

تُجهّز كل دائرة إدارة حرارية في محللات ITM Power بمبادل حراري من نوع Alfa Laval ذي صفائح ملحومة بالكامل، ومضخة طرد مركزي رأسية متعددة المراحل من الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة Grundfos CR. تُعدّ الأختام الميكانيكية في مضخات Grundfos عرضةً للتسريبات الدقيقة بعد حوالي 15000 ساعة تشغيل؛ ويبلغ سعر مجموعة من الأختام البديلة الأصلية 680 دولارًا أمريكيًا عند شرائها من ألمانيا. تفرض ITM Power متطلبات صارمة للتحكم في درجة حرارة مخرج مياه التبريد، بحيث لا تتجاوز التقلبات ±1.5 درجة مئوية. ونتيجةً لذلك، تُستخدم صمامات التحكم الكهربائية من Siemens على نطاق واسع في الدائرة، ونظرًا لأن مشغلات الصمامات تعمل بشكل متكرر، يُنصح بالاحتفاظ بها كقطع غيار؛ ويبلغ سعر كل منها 2100 دولار أمريكي.

المعادن الثمينة القابلة لإعادة التدوير

تُصنع ألواح الأنود في أجهزة التحليل الكهربائي PEM من شركة ITM Power من التيتانيوم المطلي بأكسيد الإيريديوم، بينما تُستخدم ألواح الكاثود والألواح ثنائية القطب أيضًا على نطاق واسع التيتانيوم المطلي بطبقة مقاومة للتقصف الهيدروجيني. وترغب شركة دونغشنغ لإعادة تدوير المعادن الثمينة في شراء هذه المواد الخردة بأسعار مرتفعة. ويُقدّر تركيز الإيريديوم على الأنودات بحوالي 1.5 إلى 2 كيلوغرام لكل ميغاواط. وبناءً على أحدث سعر مُدرج في صفحة أسعار المعادن الثمينة لشركة دونغشنغ بتاريخ 6 يوليو 2026 - والذي يُشير إلى أن سعر مسحوق الإيريديوم يبلغ 7,688 دولارًا أمريكيًا للأونصة - فإن قيمة الإيريديوم كمادة خام تتجاوز 442,091 دولارًا أمريكيًا. أما تركيز البلاتين على جانب الكاثود فيبلغ حوالي 0.2 إلى 0.4 ملليغرام لكل سنتيمتر مربع؛ وعلى الرغم من أن الفاقد ضئيل للغاية، إلا أنه لا يزال عرضة لتقلبات سوق المعادن الثمينة. بعد التشغيل طويل الأمد، تندمج طبقة نقل ألياف التيتانيوم المسامية المصممة خصيصًا لأغشية تبادل البروتونات (PEM) من شركة ITM Power في سطح الغشاء؛ وبمجرد حدوث الالتصاق، يجب استبدال كل من مجموعة أقطاب الغشاء وطبقة ألياف التيتانيوم في آنٍ واحد، مما يُكبّد تكاليف إضافية تتجاوز 35,000 دولار أمريكي لكل حالة. ولذلك، يحرص الفريق الميداني باستمرار على الحفاظ على مقاومة الماء الداخل إلى المصعد عند 18.2 ميجا أوم.سم أو أعلى، ويضمن ألا يتجاوز فرق الضغط 0.5 بار لحماية هذه المكونات الثمينة المصنوعة من التيتانيوم والتي لا يمكن استبدالها.

مكونات التجفيف والترشيح بالهيدروجين

يدخل الهيدروجين الخارج من محلل ITM Power الكهربائي، بعد فصل الماء، إلى وحدة التجفيف والتنقية. تحتوي وحدة الترشيح والتجفيف المدمجة والمصممة خصيصًا من Parker Hannifin على مناخل جزيئية ومحفز لإزالة الأكسجين. تُطلق خراطيش الترشيح الدقيقة (0.01 ميكرون) إنذارًا عند وصول فرق الضغط إلى عتبة معينة بعد حوالي 6000 دورة تشغيل وإيقاف؛ وتبلغ تكلفة الخرطوشة الواحدة 345 دولارًا أمريكيًا عند شحنها مباشرة من مستودع خدمات ما بعد البيع لشركة ITM Power في أمريكا الشمالية. في حال اختيار محلل أكسجين ليزري من Siemens في عقد النظام، فإن العمر الافتراضي المتوقع لوحدة مصدر الضوء الخاصة به هو 5 سنوات فقط، وتبلغ تكلفة استبدالها 3800 دولار أمريكي.

أجهزة القياس والحساسات المستخدمة في العمليات

يجب أن يكون كل محلل كهربائي من ITM Power مزودًا بما لا يقل عن 8 أجهزة إرسال نقطة الندى من Michell، و6 مجسات مقاومة من Mettler Toledo، وعشرات نقاط الكشف عن تسرب الهيدروجين من Honeywell. تُعد أجهزة إرسال نقطة الندى الأكثر عرضة للانحراف؛ ووفقًا لإرشادات الصيانة الخاصة بـ ITM Power، يجب إعادتها إلى المصنع لمعايرتها كل عامين، وتبلغ تكلفة خدمة المعايرة الواحدة من مصنع Michell في المملكة المتحدة 650 دولارًا أمريكيًا. بعد حادثة تكثف شتوي في محطة هامبورغ لتزويد الهيدروجين بالوقود، وصلت تكلفة الشحن الجوي العاجل لمجس Michell - الذي تعطل في الموقع - إلى المحطة إلى 2400 دولار أمريكي؛ لذلك، يحتفظ مديرو المحطات ذوو الخبرة دائمًا بمجسين معايرين على الأقل في المخزون.

طقم صيانة الضاغط

يبلغ ضغط مخرج أنظمة ITM Power عادةً حوالي 30 بار. في حال تطلب الأمر ملء مقطورات الأنابيب الطويلة، يجب استخدام ضاغط غشائي من PDC Machines كوحدة خارجية. يتطلب هذا الضاغط صيانة وقائية كل 4000 ساعة تشغيل تراكمية لاستبدال الغشاء، وأختام الزيت الهيدروليكي، وحلقات التوجيه. يبلغ سعر حزمة الصيانة القياسية من مصنع PDC، المعلن في أمريكا الشمالية، 14200 دولار أمريكي. أما مُجمِّع باركر الممتص للنبضات، الموصول على التوالي بين مخرج الضاغط ووحدة ITM Power، فيتطلب استبدالًا إلزاميًا لغشاءه كل ثلاث سنوات بتكلفة 1800 دولار أمريكي للوحدة؛ غالبًا ما يتم إغفال هذه التكلفة في النماذج المالية للمشاريع