Veiligheidsanalyse van waterstof voor brandstofcelvoertuigen

Veiligheidsanalyse van waterstof voor brandstofcelvoertuigen

Waterstofenergie wordt als schone, efficiënte, veilige en duurzame nieuwe energie beschouwd als de schoonste energie met het grootste ontwikkelingspotentieel in de 21e eeuw en is de strategische richting voor de energieontwikkeling.

1. Is waterstof veilig?

De veiligheidsprestaties zijn niet minder dan die van gewone brandstoffen en kunnen aan de toepassingseisen voldoen.

De kenmerken van waterstof worden als volgt geanalyseerd.

De leksnelheid van waterstof is sneller dan die van gewone brandstoffen, maar de totale lekenergie is niet hoog.

Waterstof heeft een hoge diffusiecoëfficiënt en drijfvermogen, en bij lekkage kan de concentratie snel worden verlaagd.

Het explosiegrensbereik van waterstof is breed, maar de explosie-energie is erg laag en produceert geen dikke rook en nevel.

Waterstofverbrossing kan metaalverbrossingsscheuren veroorzaken, die kunnen worden vermeden door geschikte beschermingsmaterialen te kiezen.

2. Is de opslag en het transport van waterstof veilig?

Voornamelijk vervoerd met gas-waterstoftrailers, met perfecte veiligheidsmaatregelen vanaf het vullen tot de opslag en het transport.

De belangrijkste manieren om waterstof te transporteren zijn: gaswaterstoftrailertransport (tubetrailer), gaswaterstofpijpleidingtransport (pijpleiding) en vloeibaar waterstoftankertransport (vloeibare vrachtwagen). Vanuit de huidige vraag van waterstofstations naar transportafstanden (<500 km, 200 km is passend) en transportschaal (10 ton/dag), de beste manier om waterstof te vervoeren is nog steeds de waterstofaanhangwagen op gas.

Het werkingsproces van het gaswaterstoftrailersysteem is als volgt:

De lege gas-waterstofaanhangwagen wordt gevuld met waterstof in de gecentraliseerde waterstofproductie-installatie totdat deze volledig is geladen, en vervolgens rijdt het voertuig naar het waterstofstation, lost de buisvormige opslagcontainer direct op het voertuig als de opslagapparatuur van het waterstofstation, en haalt de ‘lege’ buiscontainer op die oorspronkelijk bij het waterstofstation stond en transporteert deze terug naar de gecentraliseerde productiefabriek om een nieuwe laadronde te starten.

Waterstofvulmethode
Om 7kPa waterstof bij kamertemperatuur in meerdere stappen te comprimeren tot 35 MPa of zelfs hoger voor het vullen met waterstofvoertuigen met lange buizen, is het hele waterstofvulproces erg ingewikkeld, inclusief compressoren, inblikkende systemen en andere koppelingen met bijbehorende veiligheidsmaatregelen.

3. Zijn brandstof cel voertuigen veilig?
Het ontwerp is compleet en biedt rondom bescherming, en de daadwerkelijke bediening is veilig en effectief.

3.1

Waterstoftoevoersysteem aan boord: ontwerp en materialen werken samen om meerdere garanties voor de veiligheid van waterstof te realiseren

Het waterstofvoorzieningssysteem aan boord is een belangrijk onderdeel van brandstofcelvoertuigen. De belangrijkste functie ervan is om waterstof van een stabiele druk te voorzien voor het brandstofcelsysteem, en de veiligheidsmaatregelen zijn voornamelijk gebaseerd op preventie en monitoring.

Vanuit het perspectief van technisch ontwerp: het waterstoftoevoersysteem aan boord bestaat voornamelijk uit hogedruk-waterstofopslagflessen, vulpoorten, eenrichtingskleppen, veiligheidskleppen, overstroomkleppen, drukreduceerkleppen, magneetkleppen, thermische trombus, druk en temperatuursensoren, en waterstofpijpleidingen. Het heeft niet alleen functies zoals bescherming tegen oververhitting, lagedrukalarm, bescherming tegen overdruk en bescherming tegen overstroom, maar houdt ook rekening met botsveiligheid en controle op waterstoflekkage.

Vanuit het perspectief van de productie van componenten: waterstofflessen en systeempijpleidingen die worden gebruikt om waterstof op te slaan, stellen hoge eisen vanwege waterstofverbrossing en andere redenen. Het kiezen van geschikte materialen en beschermende structuren is cruciaal voor de veiligheid van het waterstofopslagsysteem.
Materiaal waterstofopslagfles: voering van aluminiumlegering, koolstofvezel hogedrukwaterstofopslagfles, licht van gewicht, hoge waterstofopslagdichtheid, uitstekende taaiheid en slagvastheid;

Bescherming van waterstofopslagtanks: heeft een integraal ontwerp, het hele frame integreert de waterstoftank in het framesamenstel via 3 dwarsbalken en 2 langsbalken om ervoor te zorgen dat de dynamische verplaatsing van de hogedrukwaterstofopslagfles tijdens de botsing niet te groot zal zijn om breuk te voorkomen;
Waterstofsysteempijpleiding: De meeste waterstofpijpleidingen zijn gemaakt van 316 roestvrij staal, dat uitstekende trekeigenschappen, vermoeiingseigenschappen en oude scheuruitbreidingseigenschappen in waterstof heeft, en een goede weerstand tegen waterstofverbrossing;

Gasleidingontwerp: De richting van de waterstofafvoer uit de gasleiding loopt langs de voor- en achterwaartse richting van de onderkant van het voertuig, wat de cabine kan beschermen tegen invloed van de vlam.

3.2 Brandstofcelvoertuig: met strikte prestatietests en een nauwgezet waterstofmonitoringsysteem
Diverse veiligheidstests kunnen de veiligheid en consistentie van brandstofcelvoertuigen garanderen wanneer ze de fabriek verlaten: naast het garanderen van de veiligheid van het waterstofsysteem aan boord, worden relevante veiligheidstests toegepast bij de ontwikkeling van aandrijfsystemen voor brandstofcelvoertuigen. Brandstofcelvoertuigen moeten meerdere veiligheidstests ondergaan voordat ze de fabriek verlaten.

4. Is het voertuig nog steeds veilig bij ongevallen en extreme situaties?

Waterstofopslagflessen barsten niet gemakkelijk wanneer ze door brand worden gepenetreerd, en het is onwaarschijnlijk dat waterstoflekkage in een besloten ruimte een explosie zal veroorzaken.

Waterstof veiligheid
Er zijn veel praktijktesten over de veiligheid van waterstofopslagflessen onder verschillende omstandigheden. De veiligheid van waterstofenergie is zeer gegarandeerd onder waterstofopslag- en gebruikstechnologie.

5. Is de infrastructuur voor het tanken van waterstof veilig?
Er zijn relevante technische specificaties die de verbetering van het industriestandaardsysteem kunnen begeleiden en versnellen.

Waterstoftankstations zijn een belangrijk onderdeel van het opbouwen van een toekomstig netwerk van brandstofcelvoertuigen.

Het veiligheidsontwerp van waterstoftankstations moet overeenkomstige technische specificaties vaststellen op basis van de samenstelling van de apparatuur en de waterstoftankmodus van het waterstoftankstation zelf. Meer dan tien landen in de wereld hebben regelgeving opgesteld voor waterstoftankstations, waaronder Japan, de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk. Mijn land heeft in 2010 ook de "Technische specificaties voor waterstoftankstations" (GB50516-2010) uitgevaardigd. De normen en vereisten daarin hebben voornamelijk betrekking op de normen van waterstofproductiestations, gecombineerd met de oorspronkelijke "Building Design Fire Protection Code", die gezamenlijk begeleiden van de bouw van binnenlandse waterstoftankstations.
Veiligheid van het waterstofvulapparaat: het vulpistool wordt vergrendeld door het elektromagnetische mechanisme nadat het is aangesloten op de gasvulpoort van het voertuig, en de veiligheid ervan is vergelijkbaar met die van de laadconnector van een elektrisch voertuig. De magneetklep van de pijpleiding kan effectief voorkomen dat gas de batterij binnendringt bij het vullen van de gasfles.
Globaal: Door de snelle diffusie van waterstof zal waterstof, zelfs als er een lek ontstaat, voornamelijk verticaal diffunderen en zich niet verspreiden naar de omliggende gebieden. En in het geval dat een brandbare gaswolk ontbrandt en explodeert, kan deze, zolang de inrichting van de voorzieningen in het station voldoet aan de veiligheidsafstandsregels en de explosieveilige muur redelijk is opgesteld, ervoor zorgen dat de omvang en impact van het ongeval binnen een beperkt bereik liggen, wat erop wijst dat de constructiespecificaties van het waterstoftankstation redelijk en effectief zijn en de algehele veiligheid ervan kunnen garanderen.