Análisis de seguridad del hidrógeno para vehículos de pila de combustible

Análisis de seguridad del hidrógeno para vehículos de pila de combustible

La energía del hidrógeno, como nueva energía limpia, eficiente, segura y sostenible, se considera la energía más limpia con mayor potencial de desarrollo en el siglo XXI y es la dirección estratégica del desarrollo energético.

1. ¿Es seguro el hidrógeno?

El rendimiento de seguridad no es menor que el de los combustibles comunes y puede cumplir con los requisitos de la aplicación.

Las características del hidrógeno se analizan de la siguiente manera.

La tasa de fuga de hidrógeno es más rápida que la de los combustibles comunes, pero la energía total de fuga no es alta.

El hidrógeno tiene un alto coeficiente de difusión y flotabilidad, y la concentración puede reducirse rápidamente en caso de fuga.

El rango de límite de explosión del hidrógeno es amplio, pero la energía de explosión es muy baja y no produce humo espeso ni neblina.

La fragilización por hidrógeno puede provocar grietas por fragilización del metal, que pueden evitarse seleccionando materiales de protección adecuados.

2. ¿Es seguro el almacenamiento y transporte de hidrógeno?

Transportado principalmente mediante remolques de gas hidrógeno, con perfectas medidas de seguridad desde el llenado hasta el almacenamiento y transporte.

Los principales medios de transporte de hidrógeno son: transporte de hidrógeno gaseoso en remolque (remolque tubular), transporte de hidrógeno gaseoso por ductos (tuberías) y transporte de hidrógeno líquido en camiones cisterna (camión líquido). De la demanda actual de hidrogeneras para transporte a distancia (<500 km, 200 km es apropiado) y la escala de transporte (10 toneladas/día), la mejor manera de transportar hidrógeno sigue siendo el remolque de hidrógeno a gas.

El proceso de operación del sistema de remolque de gas hidrógeno es el siguiente:

El remolque de hidrógeno a gas vacío se llena con hidrógeno en la planta centralizada de producción de hidrógeno hasta que está completamente cargado, y luego el vehículo se dirige a la estación de hidrógeno, descarga directamente el contenedor de almacenamiento tubular en el vehículo como equipo de almacenamiento de la estación de hidrógeno, y recoge el contenedor tubular "vacío" originalmente ubicado en la estación de hidrógeno y lo transporta de regreso a la planta de producción centralizada para iniciar una nueva ronda de carga.

Método de llenado de hidrógeno
Para comprimir hidrógeno de 7 kPa a temperatura ambiente a 35 MPa o incluso más en múltiples pasos para llenar vehículos de tubo largo con hidrógeno, todo el proceso de llenado de hidrógeno es muy complicado, incluidos los compresores, los sistemas de enlatado y otros enlaces tienen las medidas de seguridad correspondientes.

3. son pila de combustible ¿Los vehículos son seguros?
El diseño es completo y proporciona protección integral, y la operación real es segura y efectiva.

3.1

Sistema de suministro de hidrógeno a bordo: diseño y materiales trabajan juntos para conseguir múltiples garantías de seguridad del hidrógeno

El sistema de suministro de hidrógeno a bordo es una parte importante de los vehículos de pila de combustible. Su función principal es proporcionar hidrógeno con una presión estable para el sistema de pila de combustible, y sus medidas de seguridad se basan principalmente en la prevención y el seguimiento.

Desde la perspectiva del diseño técnico: el sistema de suministro de hidrógeno a bordo se compone principalmente de botellas de almacenamiento de hidrógeno a alta presión, puertos de llenado, válvulas unidireccionales, válvulas de seguridad, válvulas de desbordamiento, válvulas reductoras de presión, válvulas de solenoide, trombosis térmica, válvulas de presión. y sensores de temperatura, y tuberías de hidrógeno. No solo tiene funciones como protección contra sobrecalentamiento, alarma de baja presión, protección contra sobrepresión y protección contra sobrecorriente, sino que también tiene en cuenta la seguridad contra colisiones y el control de fugas de hidrógeno.

Desde la perspectiva de la fabricación de componentes: las botellas de hidrógeno y las tuberías del sistema utilizadas para almacenar hidrógeno tienen requisitos elevados debido a la fragilización del hidrógeno y otras razones. La elección de materiales y estructuras de protección adecuados es crucial para la seguridad del sistema de almacenamiento de hidrógeno.
Material de la botella de almacenamiento de hidrógeno: botella de almacenamiento de hidrógeno de alta presión con revestimiento de aleación de aluminio, fibra de carbono, peso ligero, alta densidad de almacenamiento de hidrógeno, excelente tenacidad y resistencia al impacto;

Protección del tanque de almacenamiento de hidrógeno: adopta un diseño integral, todo el marco integra el tanque de hidrógeno en el conjunto del marco a través de 3 vigas transversales y 2 vigas longitudinales para garantizar que el desplazamiento dinámico de la botella de almacenamiento de hidrógeno a alta presión no sea demasiado grande durante la colisión. para evitar roturas;
Tubería del sistema de hidrógeno: la mayoría de las tuberías de hidrógeno están hechas de acero inoxidable 316, que tiene excelentes propiedades de tracción, propiedades de fatiga y propiedades de extensión de grietas antiguas en el hidrógeno, y buena resistencia a la fragilización del hidrógeno;

Diseño de la tubería de gas: la dirección de la descarga de hidrógeno de la tubería de gas es a lo largo de la dirección delantera y trasera de la parte inferior del vehículo, lo que puede proteger la cabina de ser afectada por las llamas.

3.2 Vehículo de pila de combustible: con estrictas pruebas de rendimiento y un estrecho sistema de seguimiento del hidrógeno
Diversas pruebas de seguridad pueden garantizar la seguridad y la coherencia de los vehículos de pila de combustible cuando salen de fábrica: además de garantizar la seguridad del sistema de hidrógeno a bordo, se aplican pruebas de seguridad relevantes en el desarrollo de sistemas de propulsión de vehículos de pila de combustible. Los vehículos de pila de combustible deben someterse a múltiples pruebas de seguridad antes de salir de fábrica.

4. ¿El vehículo sigue siendo seguro ante accidentes y situaciones extremas?

Las botellas de almacenamiento de hidrógeno no estallan fácilmente cuando las penetra el fuego, y es poco probable que una fuga de hidrógeno en un espacio confinado provoque una explosión.

Seguridad del hidrógeno
Existen muchas pruebas prácticas sobre la seguridad de las botellas de almacenamiento de hidrógeno en diversas condiciones. La seguridad de la energía del hidrógeno está muy garantizada gracias a la tecnología de almacenamiento y uso del hidrógeno.

5. ¿Es segura la infraestructura de repostaje de hidrógeno?
Existen especificaciones técnicas relevantes para guiar y acelerar la mejora del sistema estándar de la industria.

Las estaciones de servicio de hidrógeno son una parte importante de la construcción de una futura red de vehículos de pila de combustible.

El diseño de seguridad de estaciones de servicio de hidrógeno debe establecer las especificaciones técnicas correspondientes basadas en la composición del equipo y el modo de repostaje de hidrógeno de la propia estación de repostaje de hidrógeno. Más de 10 países en el mundo han formulado regulaciones para las estaciones de servicio de hidrógeno, incluidos Japón, Estados Unidos y el Reino Unido. Mi país también promulgó las "Especificaciones técnicas para estaciones de servicio de hidrógeno" (GB50516-2010) en 2010. Las normas y requisitos allí contenidos se refieren principalmente a los estándares de las estaciones de producción de hidrógeno, combinados con el "Código de protección contra incendios de diseño de edificios" original, que en conjunto guiar la construcción de estaciones de servicio de hidrógeno domésticas.
Seguridad del dispositivo de llenado de hidrógeno: la pistola de llenado se bloquea mediante el mecanismo electromagnético después de conectarse al puerto de llenado de gas del vehículo, y su seguridad es comparable a la del conector de carga de un vehículo eléctrico. La válvula solenoide de tubería puede evitar eficazmente que entre gas en la batería al llenar el cilindro de gas.
En general: debido a la rápida difusión del hidrógeno, incluso si se produce una fuga, se difundirá principalmente verticalmente y no se extenderá a las áreas circundantes. Y en el caso de que se encienda y explote una nube de gas inflamable, siempre que la disposición de las instalaciones de la estación cumpla con las normas de distancia de seguridad y el muro a prueba de explosiones esté razonablemente instalado, se puede garantizar que el alcance y el impacto del accidente están dentro de un rango limitado, lo que indica que las especificaciones de construcción de la estación de servicio de hidrógeno son razonables y efectivas, y pueden garantizar su seguridad general.