Sicherheitsanalyse von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge

Sicherheitsanalyse von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge

Wasserstoffenergie gilt als saubere, effiziente, sichere und nachhaltige neue Energie als die sauberste Energie mit dem größten Entwicklungspotenzial im 21. Jahrhundert und ist die strategische Richtung der Energieentwicklung.

1. Ist Wasserstoff sicher?

Die Sicherheitsleistung ist nicht geringer als die herkömmlicher Kraftstoffe und kann die Anwendungsanforderungen erfüllen.

Die Eigenschaften von Wasserstoff werden wie folgt analysiert.

Die Leckagerate von Wasserstoff ist schneller als die von herkömmlichen Kraftstoffen, aber die gesamte Leckageenergie ist nicht hoch.

Wasserstoff hat einen hohen Diffusionskoeffizienten und Auftrieb, und die Konzentration kann bei Leckagen schnell reduziert werden.

Der Explosionsgrenzenbereich von Wasserstoff ist groß, aber die Explosionsenergie ist sehr gering und es entsteht kein dichter Rauch und Dunst.

Wasserstoffversprödung kann zu Metallversprödungsrissen führen, die durch die Auswahl geeigneter Schutzmaterialien vermieden werden können.

2. Ist die Lagerung und der Transport von Wasserstoff sicher?

Der Transport erfolgt hauptsächlich mit Gas-Wasserstoff-Anhängern, mit perfekten Sicherheitsmaßnahmen von der Befüllung bis zur Lagerung und dem Transport.

Die wichtigsten Arten des Wasserstofftransports sind: Gas-Wasserstoff-Trailer-Transport (Röhrenanhänger), Gas-Wasserstoff-Pipeline-Transport (Pipeline) und Flüssigwasserstoff-Tankwagen-Transport (Flüssigkeits-LKW). Aus dem aktuellen Bedarf von Wasserstofftankstellen für die Transportentfernung (<500 km, 200 km sind angemessen) und Transportmaßstab (10 Tonnen/Tag) ist die beste Art, Wasserstoff zu transportieren, immer noch der Gas-Wasserstoff-Anhänger.

Der Betriebsprozess des Gas-Wasserstoff-Anhängersystems ist wie folgt:

Der leere Gas-Wasserstoff-Anhänger wird in der zentralen Wasserstoffproduktionsanlage mit Wasserstoff befüllt, bis er vollständig beladen ist. Anschließend fährt das Fahrzeug zur Wasserstoffstation, entlädt direkt den röhrenförmigen Speicherbehälter am Fahrzeug als Speicherausrüstung der Wasserstoffstation und holt den ursprünglich an der Wasserstoffstation befindlichen „leeren“ Röhrenbehälter ab und transportiert ihn zurück zur zentralen Produktionsanlage, um eine neue Beladungsrunde zu starten.

Wasserstoff-Füllmethode
Um 7 kPa Wasserstoff bei Raumtemperatur in mehreren Schritten auf 35 MPa oder sogar höher zu komprimieren, um Langrohrfahrzeuge mit Wasserstoff zu befüllen, ist der gesamte Wasserstoffbefüllungsprozess sehr kompliziert, einschließlich Kompressoren, Dosensystemen und anderen Verbindungen, die über entsprechende Sicherheitsmaßnahmen verfügen.

3. Sind Brennstoffzelle Fahrzeuge sicher?
Das Design ist vollständig und bietet Rundumschutz, und der tatsächliche Betrieb ist sicher und effektiv.

3.1

Bordeigenes Wasserstoffversorgungssystem: Design und Materialien arbeiten zusammen, um mehrere Garantien für die Wasserstoffsicherheit zu erreichen

Das Wasserstoffversorgungssystem an Bord ist ein wichtiger Bestandteil von Brennstoffzellenfahrzeugen. Seine Hauptfunktion besteht darin, Wasserstoff mit stabilem Druck für das Brennstoffzellensystem bereitzustellen, und seine Sicherheitsmaßnahmen basieren hauptsächlich auf Prävention und Überwachung.

Aus technischer Sicht besteht das Wasserstoffversorgungssystem an Bord hauptsächlich aus Hochdruck-Wasserstoffspeicherflaschen, Füllanschlüssen, Einwegventilen, Sicherheitsventilen, Überlaufventilen, Druckminderventilen, Magnetventilen, thermischen Thrombus und Druck und Temperatursensoren sowie Wasserstoffleitungen. Es verfügt nicht nur über Funktionen wie Übertemperaturschutz, Niederdruckalarm, Überdruckschutz und Überstromschutz, sondern berücksichtigt auch Kollisionssicherheit und Wasserstoffleckkontrolle.

Aus Sicht der Komponentenfertigung stellen Wasserstoffflaschen und Systemleitungen zur Speicherung von Wasserstoff aufgrund von Wasserstoffversprödung und anderen Gründen hohe Anforderungen. Die Auswahl geeigneter Materialien und Schutzkonstruktionen ist entscheidend für die Sicherheit des Wasserstoffspeichersystems.
Material der Wasserstoffspeicherflasche: Hochdruck-Wasserstoffspeicherflasche mit Aluminiumlegierungsauskleidung und Kohlefaser, geringes Gewicht, hohe Wasserstoffspeicherdichte, hervorragende Zähigkeit und Schlagfestigkeit;

Schutz des Wasserstoffspeichertanks: Mit integriertem Design integriert der gesamte Rahmen den Wasserstofftank über 3 Querträger und 2 Längsträger in die Rahmenbaugruppe, um sicherzustellen, dass die dynamische Verschiebung der Hochdruck-Wasserstoffspeicherflasche während der Kollision nicht zu groß wird um Bruch zu vermeiden;
Wasserstoffsystempipeline: Die meisten Wasserstoffpipelines bestehen aus Edelstahl 316, der hervorragende Zugeigenschaften, Ermüdungseigenschaften und alte Rissausdehnungseigenschaften in Wasserstoff sowie eine gute Wasserstoffversprödungsbeständigkeit aufweist;

Design der Gasleitung: Die Richtung des Wasserstoffaustritts aus der Gasleitung verläuft entlang der Vorder- und Rückseite des Fahrzeugbodens, wodurch die Kabine vor einer Beeinträchtigung durch die Flamme geschützt werden kann.

3.2 Brennstoffzellenfahrzeug: Mit strenger Leistungsprüfung und engmaschigem Wasserstoffüberwachungssystem
Verschiedene Sicherheitstests können die Sicherheit und Beständigkeit von Brennstoffzellenfahrzeugen beim Verlassen des Werks gewährleisten: Neben der Gewährleistung der Sicherheit des Wasserstoff-Bordsystems werden bei der Entwicklung von Brennstoffzellen-Fahrzeugantriebssystemen auch entsprechende Sicherheitstests durchgeführt. Brennstoffzellenfahrzeuge müssen mehrere Sicherheitstests durchlaufen, bevor sie das Werk verlassen.

4. Ist das Fahrzeug auch bei Unfällen und Extremsituationen noch sicher?

Wasserstoffspeicherflaschen platzen nicht so leicht, wenn sie von Feuer durchdrungen werden, und es ist unwahrscheinlich, dass austretender Wasserstoff in einem geschlossenen Raum zu einer Explosion führt.

Wasserstoffsicherheit
Es gibt viele praktische Tests zur Sicherheit von Wasserstoffspeicherflaschen unter verschiedenen Bedingungen. Die Sicherheit der Wasserstoffenergie ist durch die Wasserstoffspeicher- und -nutzungstechnologie sehr gewährleistet.

5. Ist die Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung sicher?
Es gibt relevante technische Spezifikationen, die als Leitfaden dienen und die Verbesserung des Industriestandardsystems beschleunigen.

Wasserstofftankstellen sind ein wichtiger Bestandteil beim Aufbau eines zukünftigen Netzwerks für Brennstoffzellenfahrzeuge.

Das Sicherheitsdesign von Wasserstofftankstellen muss entsprechende technische Spezifikationen auf der Grundlage der Ausrüstungszusammensetzung und des Wasserstoffbetankungsmodus der Wasserstofftankstelle selbst festlegen. Mehr als zehn Länder auf der Welt haben Vorschriften für Wasserstofftankstellen formuliert, darunter Japan, die Vereinigten Staaten und das Vereinigte Königreich. Mein Land hat im Jahr 2010 auch die „Technischen Spezifikationen für Wasserstofftankstellen“ (GB50516-2010) veröffentlicht. Die darin enthaltenen Standards und Anforderungen beziehen sich hauptsächlich auf die Standards von Wasserstoffproduktionsstationen in Kombination mit dem ursprünglichen „Building Design Fire Protection Code“, der gemeinsam gilt den Bau von inländischen Wasserstofftankstellen leiten.
Sicherheit des Wasserstofffüllgeräts: Die Füllpistole wird nach dem Anschließen an den Gasfüllanschluss des Fahrzeugs durch den elektromagnetischen Mechanismus verriegelt und ist in ihrer Sicherheit mit der des Ladeanschlusses eines Elektrofahrzeugs vergleichbar. Das Pipeline-Magnetventil kann wirksam verhindern, dass beim Befüllen der Gasflasche Gas in die Batterie gelangt.
Insgesamt gilt: Aufgrund der schnellen Diffusion von Wasserstoff wird dieser selbst im Falle eines Lecks hauptsächlich vertikal diffundieren und sich nicht in die umliegenden Bereiche ausbreiten. Und im Falle der Entzündung und Explosion einer brennbaren Gaswolke können Umfang und Wirkung sichergestellt werden, solange die Anordnung der Anlagen in der Station den Sicherheitsabstandsvorschriften entspricht und die explosionsgeschützte Wand angemessen eingerichtet ist Die Auswirkungen des Unfalls liegen in einem begrenzten Bereich, was darauf hinweist, dass die Konstruktionsspezifikationen der Wasserstofftankstelle angemessen und effektiv sind und deren Gesamtsicherheit gewährleisten können.