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未来能源三分天下必有氢——氢燃料汽车推广的挑战(五)

导读: 燃料电池汽车不仅能够在燃料上实现对燃油的完全替代,而且具有零排放、能量转换效率高、燃料来源多样并可灵活取自于可再生能源等优势,因而被认为是实现未来汽车工业可持续发展的重要方向之一,也是解决全球能源和环境问题的理想方案之一。

燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle,FCV)不仅能够在燃料上实现对燃油的完全替代,而且具有「零排放」、能量转换效率高、燃料来源多样并可灵活取自于可再生能源等优势,因而被认为是实现未来汽车工业可持续发展的重要方向之一,也是解决全球能源和环境问题的理想方案之一。

汽车成本、氢气制备及储运、加氢站建设,依然是摆在燃料电池汽车前的三座大山。

据国际氢能源委员会估计,到2030年,全球氢能产业投资总额将达到2800亿美元。其中,大约60%的投资将用于提高氢气的生产、储存和分配效率,30%投入到系列开发、生产线和新的商业模式中。约200亿美元将用于建造全球范围内的氢能源燃料电池充电设施,约15000个充电站。

推广挑战-制取技术

氢的获取:如何获取廉价氢燃料是氢能源产业必须攻克的重点问题。工业领域的副产氢可以作为廉价氢来源的备选之一。

未来能源三分天下必有氢——氢燃料汽车推广的挑战(五)

未来能源三分天下必有氢——氢燃料汽车推广的挑战(五)

推广挑战-安全性顾虑

说起氢气或者氢能源,许多人的第一反应可能就是美国1937年悲剧的氢气飞船辛登堡号,起飞后仅仅半分钟就因为不明原因的火情,坠毁在新泽西州,事故造成36人死亡,而另一个所能想到的就是二战时期美国在日本投下的两枚重磅炸弹,“小男孩”和“胖子”。

未来能源三分天下必有氢——氢燃料汽车推广的挑战(五)

推广挑战-安全性-知识普及与技术提升一样重要

氢气是最轻的气体,在空气中扩散速度快。据中国运载火箭技术研究院十五所研究员、航天新长征电动汽车技术有限公司首席专家靳殷实介绍,氢气向上扩散速度几乎可达到20m/s,是氮气的2倍,天然气的6倍。因此,除非受到屋顶、通风差的屋子或其他充有上升气体的场所限制,氢气的特性会防止它聚集在泄漏处周围。 在开放空间,氢气的扩散系数是汽油的12倍,从危险程度上看,汽油的爆炸能量是相同体积氢气的22倍,在发生爆炸时,由于氢气密度远低于空气,爆炸会发生在气源上方,而汽油的爆炸则发生在燃料周围,汽油的危险程度远甚于氢气。

安全性-储氢设备

高压储氢瓶组是燃料电池供氢系统中的重要储能部件,也是安全隐患的根源所在。目前,储氢气瓶主要分为四类,即I金属气瓶、II金属内胆幻想缠绕气瓶、III金属内胆全缠绕气瓶和IV非金属内胆全缠绕气瓶。据了解,鉴于安全考虑,IV型氢气瓶目前在国内禁止使用,而I型、II型气瓶比较笨重,不适合在车上使用,国内在用的III型氢气瓶最多。

业内有企业针对当下氢气瓶存在的不足,研发出铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶,采用整体成型的金属内胆,在其外表面缠绕浸渍过定量树脂的高性能纤维。这种气瓶在爆破试验、常温疲劳试验、坠落试验等项目中表现不错,将为氢燃料电池的安全再添保障。国外70MPa储氢瓶技术比较成熟,在已经或即将量产的车型上搭载的多是70MPa储氢罐,比如丰田Mirai、本田Clarity等车型,续驶里程均在500km以上。国内目前已经开发出车载70MPa储氢瓶样机,据了解,上汽集团也基本掌握了70MPa高压储氢和加注系统关键技术。

除了氢瓶的研发外,氢瓶的固定程度也对氢燃料电池的安全影响重大。业内有企业在这方面比较用心,对储氢系统固定支架做了轻量化与可靠性设计,通过用足够强度的专用储氢系统固定支架将氢瓶组、氢瓶阀及高压管路集成在一起并用钢带支撑,确保高压氢瓶不因碰撞发生太大位移,从而避免连接管路断裂、变形,防止氢气发生泄漏。


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