Analisi della sicurezza dell'idrogeno per veicoli a celle a combustibile

Analisi della sicurezza dell'idrogeno per veicoli a celle a combustibile

L’energia dell’idrogeno, in quanto nuova energia pulita, efficiente, sicura e sostenibile, è considerata l’energia più pulita con il maggiore potenziale di sviluppo nel 21° secolo e rappresenta la direzione strategica dello sviluppo energetico.

1. L’idrogeno è sicuro?

Le prestazioni di sicurezza non sono inferiori a quelle dei comuni combustibili e possono soddisfare i requisiti dell'applicazione.

Le caratteristiche dell'idrogeno vengono analizzate come segue.

Il tasso di perdita dell’idrogeno è più veloce di quello dei combustibili comuni, ma l’energia di perdita totale non è elevata.

L'idrogeno ha un coefficiente di diffusione e una galleggiabilità elevati e la concentrazione può essere rapidamente ridotta in caso di perdite.

L'intervallo del limite di esplosione dell'idrogeno è ampio, ma l'energia di esplosione è molto bassa e non produce fumo denso e foschia.

L'infragilimento da idrogeno può causare cricche da infragilimento dei metalli, che possono essere evitate selezionando materiali di protezione adeguati.

2. Lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno sono sicuri?

Trasportato principalmente con rimorchi a gas idrogeno, con perfette misure di sicurezza dal riempimento allo stoccaggio e al trasporto.

Le modalità principali di trasporto dell'idrogeno sono: trasporto con rimorchio di idrogeno gassoso (rimorchio a tubo), trasporto di gasdotti con idrogeno (conduttura) e trasporto di cisterne di idrogeno liquido (camion liquido). Dall’attuale domanda di stazioni di idrogeno per la distanza di trasporto (<500 km, 200 km sono appropriati) e la scala di trasporto (10 tonnellate al giorno), il modo migliore per trasportare l'idrogeno è ancora il rimorchio a idrogeno gassoso.

Il processo operativo del sistema di rimorchio a gas idrogeno è il seguente:

Il rimorchio vuoto dell'idrogeno gassoso viene riempito di idrogeno nell'impianto centralizzato di produzione dell'idrogeno finché non è completamente carico, quindi il veicolo si dirige verso la stazione dell'idrogeno, scarica direttamente il contenitore tubolare di stoccaggio sul veicolo come attrezzatura di stoccaggio della stazione dell'idrogeno e preleva il contenitore tubolare “vuoto” originariamente situato presso la stazione di idrogeno e lo trasporta nuovamente all'impianto di produzione centralizzato per iniziare un nuovo giro di carico.

Metodo di riempimento dell'idrogeno
Per comprimere l'idrogeno da 7kPa a temperatura ambiente fino a 35MPa o anche più in più fasi per il riempimento con idrogeno di veicoli a tubo lungo, l'intero processo di riempimento dell'idrogeno è molto complicato, compresi compressori, sistemi di inscatolamento e altri collegamenti dotati di misure di sicurezza corrispondenti.

3. Sono cella a combustibile veicoli sicuri?
Il design è completo e fornisce una protezione completa e il funzionamento effettivo è sicuro ed efficace.

3.1

Sistema di fornitura di idrogeno a bordo: design e materiali lavorano insieme per ottenere molteplici garanzie per la sicurezza dell'idrogeno

Il sistema di fornitura di idrogeno a bordo è una parte importante dei veicoli a celle a combustibile. La sua funzione principale è fornire idrogeno con una pressione stabile per il sistema di celle a combustibile e le sue misure di sicurezza si basano principalmente sulla prevenzione e sul monitoraggio.

Dal punto di vista della progettazione tecnica: il sistema di alimentazione dell'idrogeno a bordo è composto principalmente da bombole di stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione, porte di riempimento, valvole unidirezionali, valvole di sicurezza, valvole di troppo pieno, valvole di riduzione della pressione, elettrovalvole, trombo termico, pressione e sensori di temperatura e condutture dell'idrogeno. Non solo ha funzioni come protezione da sovratemperatura, allarme di bassa pressione, protezione da sovrapressione e protezione da sovracorrente, ma tiene conto anche della sicurezza in caso di collisione e del controllo delle perdite di idrogeno.

Dal punto di vista della produzione dei componenti: le bombole di idrogeno e le tubazioni del sistema utilizzate per lo stoccaggio dell'idrogeno hanno requisiti elevati a causa dell'infragilimento da idrogeno e per altri motivi. La scelta di materiali e strutture protettive adeguate è fondamentale per la sicurezza del sistema di stoccaggio dell’idrogeno.
Materiale della bottiglia di stoccaggio dell'idrogeno: bottiglia di stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione con rivestimento in lega di alluminio e fibra di carbonio, peso leggero, elevata densità di stoccaggio dell'idrogeno, eccellente tenacità e resistenza agli urti;

Protezione del serbatoio di stoccaggio dell'idrogeno: adotta un design integrale, l'intero telaio integra il serbatoio dell'idrogeno nel gruppo telaio attraverso 3 traverse e 2 travi longitudinali per garantire che lo spostamento dinamico della bombola di stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione non sia troppo grande durante la collisione per evitare rotture;
Condutture del sistema dell'idrogeno: la maggior parte delle condutture dell'idrogeno sono realizzate in acciaio inossidabile 316, che presenta eccezionali proprietà di trazione, proprietà di fatica e proprietà di estensione delle vecchie crepe nell'idrogeno, oltre a una buona resistenza all'infragilimento da idrogeno;

Design del tubo del gas: la direzione dello scarico dell'idrogeno dal tubo del gas è lungo la direzione anteriore e posteriore del fondo del veicolo, il che può proteggere l'abitacolo dagli effetti della fiamma.

3.2 Veicolo a celle a combustibile: con severi test delle prestazioni e un attento sistema di monitoraggio dell'idrogeno
Diversi test di sicurezza possono garantire la sicurezza e l’uniformità dei veicoli a celle a combustibile quando lasciano la fabbrica: oltre a garantire la sicurezza del sistema a idrogeno di bordo, nello sviluppo dei sistemi di alimentazione dei veicoli a celle a combustibile vengono applicati test di sicurezza pertinenti. I veicoli a celle a combustibile devono essere sottoposti a numerosi test di sicurezza prima di lasciare la fabbrica.

4. Il veicolo è ancora sicuro nonostante incidenti e situazioni estreme?

Le bottiglie di stoccaggio dell'idrogeno non scoppiano facilmente se colpite dal fuoco ed è improbabile che la perdita di idrogeno in uno spazio ristretto provochi un'esplosione.

Sicurezza dell'idrogeno
Esistono numerosi test pratici sulla sicurezza delle bombole di stoccaggio dell'idrogeno in varie condizioni. La sicurezza dell’energia dell’idrogeno è ampiamente garantita dalla tecnologia di stoccaggio e utilizzo dell’idrogeno.

5. L’infrastruttura per il rifornimento di idrogeno è sicura?
Esistono specifiche tecniche pertinenti per guidare e accelerare il miglioramento del sistema standard del settore.

Le stazioni di rifornimento di idrogeno rappresentano una parte importante della costruzione di una futura rete di veicoli a celle a combustibile.

La progettazione della sicurezza di stazioni di rifornimento di idrogeno deve stabilire specifiche tecniche corrispondenti basate sulla composizione delle apparecchiature e sulla modalità di rifornimento di idrogeno della stessa stazione di rifornimento di idrogeno. Più di 10 paesi nel mondo hanno formulato normative sulle stazioni di rifornimento di idrogeno, tra cui Giappone, Stati Uniti e Regno Unito. il mio paese ha anche promulgato le "Specifiche tecniche per le stazioni di rifornimento di idrogeno" (GB50516-2010) nel 2010. Le norme e i requisiti ivi contenuti si riferiscono principalmente agli standard delle stazioni di produzione di idrogeno, combinati con l'originale "Codice di protezione antincendio sulla progettazione edilizia", che congiuntamente guidare la costruzione di stazioni domestiche di rifornimento di idrogeno.
Sicurezza del dispositivo di riempimento dell'idrogeno: la pistola di riempimento viene bloccata dal meccanismo elettromagnetico dopo essere stata collegata alla porta di riempimento del gas del veicolo e la sua sicurezza è paragonabile a quella del connettore di ricarica di un veicolo elettrico. L'elettrovalvola della tubazione può impedire efficacemente l'ingresso di gas nella batteria durante il riempimento della bombola del gas.
Nel complesso: a causa della rapida diffusione dell'idrogeno, anche se si verifica una perdita, si diffonderà principalmente verticalmente e non si diffonderà nelle aree circostanti. E nel caso in cui una nuvola di gas infiammabile venga accesa ed esploda, purché la disposizione delle strutture nella stazione sia conforme alle norme sulla distanza di sicurezza e il muro antideflagrante sia adeguatamente installato, può garantire che la portata e l'impatto dell'incidente rientrano in un intervallo limitato, indicando che le specifiche di costruzione della stazione di rifornimento di idrogeno sono ragionevoli ed efficaci e possono garantirne la sicurezza generale.