Analyse de sécurité de l'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible

Analyse de sécurité de l'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible

L'énergie hydrogène, en tant que nouvelle énergie propre, efficace, sûre et durable, est considérée comme l'énergie la plus propre avec le plus grand potentiel de développement au 21e siècle et constitue l'orientation stratégique du développement énergétique.

1. L’hydrogène est-il sans danger ?

Les performances de sécurité ne sont pas inférieures à celles des carburants courants et peuvent répondre aux exigences des applications.

Les caractéristiques de l'hydrogène sont analysées comme suit.

Le taux de fuite de l’hydrogène est plus rapide que celui des carburants courants, mais l’énergie totale de fuite n’est pas élevée.

L'hydrogène a un coefficient de diffusion et une flottabilité élevés, et la concentration peut être rapidement réduite en cas de fuite.

La plage limite d’explosion de l’hydrogène est large, mais l’énergie d’explosion est très faible et ne produit pas de fumée ni de brume épaisse.

La fragilisation par l'hydrogène peut provoquer des fissures de fragilisation des métaux, qui peuvent être évitées en sélectionnant des matériaux de protection appropriés.

2. Le stockage et le transport de l’hydrogène sont-ils sûrs ?

Principalement transporté par remorques gaz-hydrogène, avec de parfaites mesures de sécurité du remplissage au stockage et au transport.

Les principaux moyens de transport de l'hydrogène sont : le transport par remorque d'hydrogène gazeux (remorque tubulaire), le transport par pipeline d'hydrogène gazeux (pipeline) et le transport par camion-citerne d'hydrogène liquide (camion liquide). De la demande actuelle de stations à hydrogène pour la distance de transport (<500 km, 200 km convient) et à l'échelle du transport (10 tonnes/jour), le meilleur moyen de transporter de l'hydrogène reste la remorque à hydrogène gazeux.

Le processus de fonctionnement du système de remorque gaz-hydrogène est le suivant :

La remorque à hydrogène gazeux vide est remplie d'hydrogène au niveau de l'usine de production centralisée d'hydrogène jusqu'à ce qu'elle soit complètement chargée, puis le véhicule se dirige vers la station d'hydrogène, décharge directement le conteneur de stockage tubulaire sur le véhicule en tant qu'équipement de stockage de la station d'hydrogène, et récupère le conteneur tubulaire « vide » initialement situé à la station d'hydrogène et le ramène à l'usine de production centralisée pour commencer une nouvelle tournée de chargement.

Méthode de remplissage d'hydrogène
Afin de comprimer de l'hydrogène de 7 kPa à température ambiante à 35 MPa ou même plus en plusieurs étapes pour le remplissage de véhicules à tube long à hydrogène, l'ensemble du processus de remplissage d'hydrogène est très compliqué, y compris les compresseurs, les systèmes de mise en conserve et autres liens dotés de mesures de sécurité correspondantes.

3. Sont pile à combustible les véhicules sont-ils sécuritaires?
La conception est complète et offre une protection complète, et le fonctionnement réel est sûr et efficace.

3.1

Système d'approvisionnement en hydrogène embarqué : conception et matériaux travaillent ensemble pour obtenir de multiples garanties de sécurité de l'hydrogène

Le système d’approvisionnement en hydrogène embarqué est un élément important des véhicules à pile à combustible. Sa fonction principale est de fournir de l'hydrogène avec une pression stable pour le système de pile à combustible, et ses mesures de sécurité reposent principalement sur la prévention et la surveillance.

Du point de vue de la conception technique : le système d'alimentation en hydrogène embarqué est principalement composé de bouteilles de stockage d'hydrogène haute pression, d'orifices de remplissage, de vannes unidirectionnelles, de soupapes de sécurité, de soupapes de trop-plein, de réducteurs de pression, d'électrovannes, de thrombus thermique, de pression et des capteurs de température, ainsi que des pipelines d'hydrogène. Il dispose non seulement de fonctions telles que la protection contre la surchauffe, l'alarme basse pression, la protection contre la surpression et la protection contre les surintensités, mais prend également en compte la sécurité contre les collisions et le contrôle des fuites d'hydrogène.

Du point de vue de la fabrication de composants : les bouteilles d'hydrogène et les conduites de systèmes utilisées pour stocker l'hydrogène ont des exigences élevées en raison de la fragilisation par l'hydrogène et d'autres raisons. Le choix des matériaux et des structures de protection appropriés est crucial pour la sécurité du système de stockage d'hydrogène.
Matériau de la bouteille de stockage d'hydrogène : bouteille de stockage d'hydrogène à haute pression en fibre de carbone avec revêtement en alliage d'aluminium, poids léger, densité de stockage d'hydrogène élevée, excellente ténacité et résistance aux chocs ;

Protection du réservoir de stockage d'hydrogène : adopte une conception intégrale, l'ensemble du cadre intègre le réservoir d'hydrogène dans l'ensemble du cadre via 3 traverses et 2 poutres longitudinales pour garantir que le déplacement dynamique de la bouteille de stockage d'hydrogène à haute pression ne sera pas trop important lors de la collision. pour éviter la casse ;
Pipeline du système d'hydrogène : la plupart des conduites d'hydrogène sont en acier inoxydable 316, qui présente des propriétés de traction, des propriétés de fatigue et d'anciennes propriétés d'extension des fissures dans l'hydrogène exceptionnelles, ainsi qu'une bonne résistance à la fragilisation par l'hydrogène ;

Conception du tuyau de gaz : la direction de décharge d'hydrogène du tuyau de gaz se fait dans le sens avant et arrière du bas du véhicule, ce qui peut protéger l'habitacle contre les flammes.

3.2 Véhicule à pile à combustible : avec des tests de performances stricts et un système de surveillance étroite de l'hydrogène
Divers tests de sécurité peuvent garantir la sécurité et la cohérence des véhicules à pile à combustible lorsqu'ils quittent l'usine : en plus de garantir la sécurité du système à hydrogène embarqué, des tests de sécurité pertinents sont appliqués lors du développement des systèmes d'alimentation des véhicules à pile à combustible. Les véhicules à pile à combustible doivent subir de nombreux tests de sécurité avant de quitter l'usine.

4. Le véhicule est-il toujours en sécurité face aux accidents et aux situations extrêmes ?

Les bouteilles de stockage d'hydrogène n'éclatent pas facilement lorsqu'elles sont pénétrées par un incendie, et il est peu probable qu'une fuite d'hydrogène dans un espace confiné provoque une explosion.

Sécurité de l'hydrogène
Il existe de nombreux tests pratiques sur la sécurité des bouteilles de stockage d’hydrogène dans diverses conditions. La sécurité de l’énergie hydrogène est très garantie dans le cadre de la technologie de stockage et d’utilisation de l’hydrogène.

5. L’infrastructure de ravitaillement en hydrogène est-elle sûre ?
Il existe des spécifications techniques pertinentes pour guider et accélérer l'amélioration du système de normes de l'industrie.

Les stations de ravitaillement en hydrogène jouent un rôle important dans la construction d’un futur réseau de véhicules à pile à combustible.

La conception de sécurité de stations de ravitaillement en hydrogène doit établir les spécifications techniques correspondantes basées sur la composition de l'équipement et le mode de ravitaillement en hydrogène de la station de ravitaillement en hydrogène elle-même. Plus de 10 pays dans le monde ont formulé des réglementations sur les stations de ravitaillement en hydrogène, notamment le Japon, les États-Unis et le Royaume-Uni. mon pays a également promulgué les « Spécifications techniques pour les stations de ravitaillement en hydrogène » (GB50516-2010) en 2010. Les normes et exigences qui y figurent font principalement référence aux normes des stations de production d'hydrogène, combinées au « Code de protection contre l'incendie de conception des bâtiments » original, qui conjointement guider la construction de stations nationales de ravitaillement en hydrogène.
Sécurité du dispositif de remplissage d'hydrogène : Le pistolet de remplissage est verrouillé par le mécanisme électromagnétique après avoir été connecté au port de remplissage de gaz du véhicule, et sa sécurité est comparable à celle du connecteur de charge d'un véhicule électrique. L'électrovanne du pipeline peut empêcher efficacement le gaz de pénétrer dans la batterie lors du remplissage de la bouteille de gaz.
Globalement : En raison de la diffusion rapide de l’hydrogène, même en cas de fuite, celle-ci se diffusera principalement verticalement et ne se propagera pas aux zones environnantes. Et dans le cas d'un nuage de gaz inflammable qui s'enflamme et explose, tant que la disposition des installations de la station est conforme aux règles de distance de sécurité et que le mur antidéflagrant est raisonnablement installé, il peut garantir que la portée et l'impact de l'accident se situent dans une fourchette limitée, ce qui indique que les spécifications de construction de la station-service d'hydrogène sont raisonnables et efficaces, et peuvent garantir sa sécurité globale.