Análise de segurança do hidrogênio para veículos com célula de combustível

Análise de segurança do hidrogênio para veículos com célula de combustível

A energia do hidrogénio, como uma nova energia limpa, eficiente, segura e sustentável, é considerada a energia mais limpa e com maior potencial de desenvolvimento no século XXI e é a direção estratégica do desenvolvimento energético.

1. O hidrogénio é seguro?

O desempenho de segurança não é inferior ao dos combustíveis comuns e pode atender aos requisitos da aplicação.

As características do hidrogênio são analisadas como segue.

A taxa de vazamento do hidrogênio é mais rápida do que a dos combustíveis comuns, mas a energia total de vazamento não é alta.

O hidrogênio tem um alto coeficiente de difusão e flutuabilidade, e a concentração pode ser rapidamente reduzida durante o vazamento.

A faixa limite de explosão do hidrogênio é ampla, mas a energia da explosão é muito baixa e não produz fumaça espessa e neblina.

A fragilização por hidrogênio pode causar rachaduras por fragilização do metal, que podem ser evitadas selecionando materiais apropriados para proteção.

2. O armazenamento e transporte de hidrogénio são seguros?

Transportado principalmente em carretas a gás hidrogênio, com perfeitas medidas de segurança desde o enchimento até o armazenamento e transporte.

As principais formas de transporte de hidrogênio são: transporte em reboque de hidrogênio a gás (reboque tubular), transporte por gasoduto de hidrogênio (gasoduto) e transporte em caminhão-tanque de hidrogênio líquido (caminhão líquido). Da demanda atual de estações de hidrogênio para distância de transporte (<500km, 200km é apropriado) e escala de transporte (10 toneladas/dia), a melhor forma de transportar hidrogênio ainda é o reboque de hidrogênio a gás.

O processo de operação do sistema de reboque de gás hidrogênio é o seguinte:

O reboque vazio de hidrogênio a gás é abastecido com hidrogênio na planta centralizada de produção de hidrogênio até que esteja totalmente carregado e, em seguida, o veículo se dirige até a estação de hidrogênio, descarrega diretamente o contêiner tubular de armazenamento no veículo como equipamento de armazenamento da estação de hidrogênio, e pega o contêiner tubular “vazio” originalmente localizado na estação de hidrogênio e o transporta de volta à planta de produção centralizada para iniciar uma nova rodada de carregamento.

Método de enchimento de hidrogênio
Para comprimir hidrogênio de 7kPa à temperatura ambiente até 35MPa ou até mais em várias etapas para encher veículos de tubo longo de hidrogênio, todo o processo de enchimento de hidrogênio é muito complicado, incluindo compressores, sistemas de enlatamento e outros links com medidas de segurança correspondentes.

3. São célula de combustível veículos seguros?
O design é completo e oferece proteção total, e a operação real é segura e eficaz.

3.1

Sistema de abastecimento de hidrogénio a bordo: o design e os materiais trabalham em conjunto para alcançar múltiplas garantias de segurança do hidrogénio

O sistema de abastecimento de hidrogénio a bordo é uma parte importante dos veículos com células de combustível. Sua principal função é fornecer hidrogênio com pressão estável para o sistema de células a combustível, e suas medidas de segurança baseiam-se principalmente na prevenção e monitoramento.

Do ponto de vista do projeto técnico: o sistema de abastecimento de hidrogênio a bordo é composto principalmente por garrafas de armazenamento de hidrogênio de alta pressão, portas de enchimento, válvulas unidirecionais, válvulas de segurança, válvulas de transbordamento, válvulas redutoras de pressão, válvulas solenóides, trombo térmico, pressão e sensores de temperatura e tubulações de hidrogênio. Ele não apenas possui funções como proteção contra superaquecimento, alarme de baixa pressão, proteção contra sobrepressão e proteção contra sobrecorrente, mas também leva em consideração a segurança de colisão e o controle de vazamento de hidrogênio.

Do ponto de vista da fabricação de componentes: garrafas de hidrogênio e tubulações de sistemas usadas para armazenar hidrogênio têm requisitos elevados devido à fragilização do hidrogênio e outros motivos. A escolha de materiais e estruturas de proteção adequados é crucial para a segurança do sistema de armazenamento de hidrogênio.
Material da garrafa de armazenamento de hidrogênio: Garrafa de armazenamento de hidrogênio de alta pressão de fibra de carbono com forro de liga de alumínio, peso leve, alta densidade de armazenamento de hidrogênio, excelente tenacidade e resistência ao impacto;

Proteção do tanque de armazenamento de hidrogênio: adota um design integral, toda a estrutura integra o tanque de hidrogênio no conjunto da estrutura através de 3 vigas transversais e 2 vigas longitudinais para garantir que o deslocamento dinâmico da garrafa de armazenamento de hidrogênio de alta pressão não seja muito grande durante a colisão para evitar quebras;
Tubulação do sistema de hidrogênio: A maioria das tubulações de hidrogênio é feita de aço inoxidável 316, que possui excelentes propriedades de tração, propriedades de fadiga e antigas propriedades de extensão de trincas no hidrogênio, e boa resistência à fragilização por hidrogênio;

Projeto do tubo de gás: A direção da descarga de hidrogênio do tubo de gás é ao longo da direção dianteira e traseira da parte inferior do veículo, o que pode proteger a cabine de ser afetada pela chama.

3.2 Veículo com célula de combustível: Com testes de desempenho rigorosos e sistema de monitoramento de hidrogênio próximo
Diversos testes de segurança podem garantir a segurança e consistência dos veículos com células de combustível quando saem da fábrica: Além de garantir a segurança do sistema de hidrogénio a bordo, testes de segurança relevantes são aplicados no desenvolvimento de sistemas de energia para veículos com células de combustível. Os veículos com célula de combustível devem passar por vários testes de segurança antes de saírem da fábrica.

4. O veículo ainda está seguro diante de acidentes e situações extremas?

As garrafas de armazenamento de hidrogênio não explodem facilmente quando penetradas pelo fogo, e é improvável que o vazamento de hidrogênio em um espaço confinado cause uma explosão.

Segurança do hidrogênio
Existem muitos testes práticos sobre a segurança das garrafas de armazenamento de hidrogênio sob diversas condições. A segurança da energia do hidrogénio é altamente garantida pela tecnologia de armazenamento e utilização do hidrogénio.

5. A infraestrutura de abastecimento de hidrogénio é segura?
Existem especificações técnicas relevantes para orientar e acelerar a melhoria do sistema padrão da indústria.

As estações de reabastecimento de hidrogénio são uma parte importante da construção de uma futura rede de veículos com células de combustível.

O projeto de segurança de estações de reabastecimento de hidrogênio necessita de estabelecer especificações técnicas correspondentes com base na composição do equipamento e no modo de abastecimento de hidrogénio da própria estação de abastecimento de hidrogénio. Mais de 10 países no mundo formularam regulamentos para estações de reabastecimento de hidrogénio, incluindo o Japão, os Estados Unidos e o Reino Unido. meu país também promulgou as "Especificações Técnicas para Estações de Reabastecimento de Hidrogênio" (GB50516-2010) em 2010. Os padrões e requisitos neles contidos referem-se principalmente aos padrões de estações de produção de hidrogênio, combinados com o "Código de Proteção contra Incêndio de Projeto de Edifício" original, que em conjunto orientar a construção de postos domésticos de abastecimento de hidrogénio.
Segurança do dispositivo de abastecimento de hidrogênio: A pistola de abastecimento é travada pelo mecanismo eletromagnético após ser conectada à porta de abastecimento de gás do veículo, e sua segurança é comparável à do conector de carregamento de um veículo elétrico. A válvula solenóide da tubulação pode impedir efetivamente a entrada de gás na bateria ao encher o cilindro de gás.
Geral: Devido à rápida difusão do hidrogénio, mesmo que ocorra uma fuga, este irá difundir-se principalmente verticalmente e não se espalhará para as áreas circundantes. E no caso de uma nuvem de gás inflamável ser inflamada e explodir, desde que o layout das instalações na estação esteja em conformidade com os regulamentos de distância de segurança e a parede à prova de explosão esteja razoavelmente instalada, pode garantir que o escopo e o impacto do acidente estão dentro de uma faixa limitada, indicando que as especificações de construção do posto de abastecimento de hidrogênio são razoáveis e eficazes e podem garantir sua segurança geral.