Analiza siguranței hidrogenului pentru vehiculele cu celule de combustibil

Analiza siguranței hidrogenului pentru vehiculele cu celule de combustibil

Energia cu hidrogen, ca o nouă energie curată, eficientă, sigură și durabilă, este considerată cea mai curată energie cu cel mai mare potențial de dezvoltare în secolul 21 și este direcția strategică de dezvoltare a energiei.

1. Este hidrogenul sigur?

Performanța de siguranță nu este mai mică decât cea a combustibililor obișnuiți și poate îndeplini cerințele aplicației.

Caracteristicile hidrogenului sunt analizate după cum urmează.

Rata de scurgere a hidrogenului este mai rapidă decât cea a combustibililor obișnuiți, dar energia totală de scurgere nu este mare.

Hidrogenul are un coeficient ridicat de difuzie și flotabilitate, iar concentrația poate fi redusă rapid la scurgeri.

Limita de explozie a hidrogenului este larg, dar energia de explozie este foarte scăzută și nu produce fum gros și ceață.

Fragilarea prin hidrogen poate cauza fisuri de fragilizare a metalelor, care pot fi evitate prin selectarea materialelor adecvate pentru protecție.

2. Este sigură depozitarea și transportul hidrogenului?

Transportat în principal cu remorci cu hidrogen gazos, cu măsuri de siguranță perfecte de la umplere până la depozitare și transport.

Principalele modalități de transport a hidrogenului sunt: transportul cu remorcă cu hidrogen gazos (remorcă cu tuburi), transportul prin conducte cu hidrogen gazos (conductă) și transportul cu hidrogen lichid (camion lichid). Din cererea actuală de stații de hidrogen pentru distanța de transport (<500 km, 200 km este adecvat) și scara de transport (10 tone/zi), cel mai bun mod de a transporta hidrogen este încă remorca cu hidrogen gazos.

Procesul de funcționare al sistemului de remorcă cu hidrogen gazos este următorul:

Remorca goală cu hidrogen gazos este umplută cu hidrogen la instalația centralizată de producere a hidrogenului până când este complet încărcată, iar apoi vehiculul conduce la stația de hidrogen, descarcă direct containerul tubular de stocare pe vehicul ca echipament de stocare al stației de hidrogen și ridică containerul tubular „gol” aflat inițial la stația de hidrogen și îl transportă înapoi la uzina centralizată de producție pentru a începe o nouă rundă de încărcare.

Metoda de umplere cu hidrogen
Pentru a comprima hidrogenul 7kPa la temperatura camerei la 35MPa sau chiar mai mult în mai multe etape pentru umplerea cu vehicule cu tub lung de hidrogen, întregul proces de umplere cu hidrogen este foarte complicat, inclusiv compresoarele, sistemele de conserve și alte legături au măsuri de siguranță corespunzătoare.

3. Sunt celula de combustibil vehicule în siguranță?
Designul este complet și oferă protecție integrală, iar funcționarea efectivă este sigură și eficientă.

3.1

Sistem de alimentare cu hidrogen la bord: designul și materialele lucrează împreună pentru a obține mai multe garanții pentru siguranța hidrogenului

Sistemul de alimentare cu hidrogen de la bord este o parte importantă a vehiculelor cu celule de combustibil. Funcția sa principală este de a asigura hidrogenul cu o presiune stabilă pentru sistemul de celule de combustibil, iar măsurile sale de siguranță se bazează în principal pe prevenire și monitorizare.

Din perspectiva proiectării tehnice: sistemul de alimentare cu hidrogen de la bord este compus în principal din sticle de stocare cu hidrogen de înaltă presiune, orificii de umplere, supape unidirecționale, supape de siguranță, supape de preaplin, supape de reducere a presiunii, supape solenoide, tromb termic, presiune și senzori de temperatură și conducte de hidrogen. Nu numai că are funcții precum protecție la supratemperatură, alarmă de joasă presiune, protecție la suprapresiune și protecție la supracurent, dar ia în considerare și siguranța la coliziune și controlul scurgerilor de hidrogen.

Din perspectiva fabricării componentelor: sticlele de hidrogen și conductele de sistem utilizate pentru stocarea hidrogenului au cerințe ridicate din cauza fragilizării hidrogenului și din alte motive. Alegerea materialelor adecvate și a structurilor de protecție este crucială pentru siguranța sistemului de stocare a hidrogenului.
Material sticlei de stocare a hidrogenului: căptușeală din aliaj de aluminiu din fibră de carbon, sticla de stocare a hidrogenului de înaltă presiune, greutate ușoară, densitate mare de stocare a hidrogenului, duritate excelentă și rezistență la impact;

Protecția rezervorului de stocare a hidrogenului: adoptă un design integral, întregul cadru integrează rezervorul de hidrogen în ansamblul cadrului prin 3 traverse și 2 grinzi longitudinale pentru a se asigura că deplasarea dinamică a sticlei de stocare a hidrogenului de înaltă presiune nu va fi prea mare în timpul coliziunii pentru a evita ruperea;
Conducta sistemului de hidrogen: Majoritatea conductelor de hidrogen sunt realizate din oțel inoxidabil 316, care are proprietăți remarcabile de întindere, proprietăți la oboseală și proprietăți vechi de extindere a fisurilor în hidrogen și o bună rezistență la fragilizarea hidrogenului;

Design conductă de gaz: direcția de descărcare a hidrogenului din conducta de gaz este de-a lungul direcției din față și din spate a fundului vehiculului, ceea ce poate proteja cabina de a fi afectată de flacără.

3.2 Vehicul cu celule de combustie: Cu testare strictă a performanței și sistem de monitorizare a hidrogenului
Diverse teste de siguranță pot asigura siguranța și consecvența vehiculelor cu pile de combustie atunci când părăsesc fabrica: Pe lângă asigurarea siguranței sistemului de hidrogen la bord, testele de siguranță relevante sunt aplicate în dezvoltarea sistemelor de alimentare ale vehiculelor cu celule de combustibil. Vehiculele cu celule de combustibil trebuie să fie supuse mai multor teste de siguranță înainte de a părăsi fabrica.

4. Este vehiculul în continuare în siguranță în fața accidentelor și a situațiilor extreme?

Sticlele de stocare cu hidrogen nu sunt ușor de spart atunci când sunt pătrunse de foc, iar scurgerea de hidrogen într-un spațiu închis este puțin probabil să provoace o explozie.

Siguranța cu hidrogen
Există multe teste practice privind siguranța sticlelor de stocare a hidrogenului în diferite condiții. Siguranța energiei hidrogenului este foarte garantată prin tehnologia de stocare și utilizare a hidrogenului.

5. Este sigură infrastructura de alimentare cu hidrogen?
Există specificații tehnice relevante care să ghideze și să accelereze îmbunătățirea sistemului standard al industriei.

Stațiile de alimentare cu hidrogen sunt o parte importantă a construirii unei viitoare rețele de vehicule cu celule de combustibil.

Designul de siguranță al stații de alimentare cu hidrogen trebuie să stabilească specificațiile tehnice corespunzătoare pe baza compoziției echipamentului și a modului de alimentare cu hidrogen al stației de alimentare cu hidrogen în sine. Peste 10 țări din lume au formulat reglementări privind stațiile de alimentare cu hidrogen, inclusiv Japonia, Statele Unite și Regatul Unit. țara mea a promulgat, de asemenea, „Specificațiile tehnice pentru stațiile de alimentare cu hidrogen” (GB50516-2010) în 2010. Standardele și cerințele din acestea se referă în principal la standardele stațiilor de producere a hidrogenului, combinate cu „Codul de protecție împotriva incendiilor de proiectare a clădirii” inițial, care împreună ghidează construcția stațiilor interne de alimentare cu hidrogen.
Siguranța dispozitivului de umplere cu hidrogen: Pistolul de umplere este blocat de mecanismul electromagnetic după ce a fost conectat la portul de umplere cu gaz al vehiculului, iar siguranța sa este comparabilă cu cea a conectorului de încărcare al unui vehicul electric. Supapa solenoidală a conductei poate împiedica eficient intrarea gazului în baterie la umplerea cilindrului de gaz.
În general: Datorită difuziei rapide a hidrogenului, chiar dacă apare o scurgere, acesta va difuza în principal pe verticală și nu se va răspândi în zonele înconjurătoare. Și în cazul în care un nor de gaz inflamabil este aprins și explodat, atâta timp cât aspectul instalațiilor din stație respectă reglementările privind distanța de siguranță și peretele rezistent la explozie este configurat în mod rezonabil, se poate asigura că domeniul de aplicare și impactul accidentului se află într-un interval limitat, ceea ce indică faptul că specificațiile de construcție ale stației de alimentare cu hidrogen sunt rezonabile și eficiente și pot asigura siguranța generală a acesteia.