Wat is een waterstofopslagsysteem?

Dewaterstofopslagsysteemis een van de drie belangrijkste componenten van een tankstation voor waterstof (waterstofopslagsysteem, compressor en waterstoftankmachine), maar de toepassing van het waterstofopslagsysteem is niet beperkt tot tankstations van waterstof. Daarom zal dit artikel het perspectief uitbreiden naar waterstofopslagknooppunten in meerdere schakels: opslag na waterstofproductie, opslag na transport naar het waterstoftankstation en aan boord waterstofopslag. Deze verschillende knooppunten stellen ook verschillende vereisten voor voor waterstofopslagcontainers.

Wat is een waterstofopslagsysteem?

Volgens de definitie van het Argonne -laboratorium in de Verenigde Staten kan het waterstofopslagsysteem worden onderverdeeld in verschillende belangrijke componenten: flessen van waterstofopslag, geïntegreerde fleskleppen, geïntegreerde drukregulerende modules, waterstofaftankpoorten, waterstofopslagsysteemcontrollers en drukverlichting en waterstofafvoerapparaten voor elk onderdeel.

Waterstofopslagfles

Flessen van waterstofopslag zijn het meest volwassen commercialiseringsveld van waterstofopslagsystemen, en een groot aantal bedrijven zijn de productie van flessen van waterstofopslag binnengegaan. De technologie van flessen voor waterstofopslag heeft vijf generaties iteraties doorlopen. Momenteel zijn de flessen van het V-type zonder binnenvoering en alleen gemaakt van vezelwikkeling nog steeds onder onderzoeks zowel in binnen- als buitenland.

De in gebruik genomen hogedruk waterstofopslagcilinders worden hoofdzakelijk verdeeld in vier typen: alle metalen cilinders (type I), metalen binnenvoering vezelhoepelgewonden cilinders (type II), metalen binnenvoering vezel volledig ingepakte cilinders (type III), niet-Metallische innerlijke liniervezel volledig ingesloten cilinders (type IV) (Type IV) (Type IV).

De vier generaties vanflessen waterstofopslagworden momenteel veel gebruikt. Dit komt omdat hun flessen van type I en II geschikt zijn als waterstofopslagcontainers voor tankstations voor waterstof vanwege hun kenmerken, en type III en IV-flessen zijn geschikter als door het voertuig gemonteerde waterstofopslagcontainers, elk met eigen gebruik.

De reden waarom waterstoftankstations en op het voertuig gemonteerde waterstofopslag verschillende flessen waterstofopslag gebruiken, is in de eerste plaats, omdat het transportveld hogere vereisten heeft voor de gewichtsopslagdichtheid van waterstof. Type I en Type II hebben een grote gewicht-tot-volumeverhouding, die moeilijk is om te voldoen aan de eisen van de waterstofopslagdichtheid van voertuigen van waterstofbrandstofcellen. Ten tweede is het eigengewicht aandeel van de waterstofopslagcontainer erg belangrijk voor de stroomprestaties van het voertuig. Type III en type IV-flessen hebben de voordelen van lage gewicht-tot-volume verhouding en hoge waterstofopslagdichtheid per massa-eenheid door de vezel vol wikkelende structuur. Ze worden momenteel veel gebruikt inwaterstofbrandstofcelvoertuigen.

De structuur van de waterstofopslagfles van binnen naar de buitenkant omvat voeringmateriaal, overgangslaag, vezelwikkellaag, buitenste beschermende laag en bufferlaag. Neem de Type IV -fles voor waterstofopslag als een voorbeeld om de structurele samenstelling ervan te zien:

Type IV waterstofopslagfles en type IV waterstofopslag flesvoering

●

   ● voering: De totale dikte van de flesmuur is ongeveer 20 ~ 30 mm. De binnenste laag in direct contact met waterstof is de gasbarrièrelaag, die ongeveer 2 ~ 3 mm dik is. Het materiaal is PA6, PA612, PA11, HDPE, enz., Die een rol speelt bij het blokkeren van waterstof.

● Middelste laag:Een relatief dikke drukbestendige laag, gemaakt van CFRP koolstofvezelversterkte composietmateriaal, samengesteld uit koolstofvezel en epoxyhars. Onder het uitgangspunt van het waarborgen van het drukweerstandsniveau wordt de dikte van deze laag geminimaliseerd om de efficiëntie van de waterstofopslag te verbeteren.

● Oppervlaktelaag: De dikte is ongeveer 2 ~ 3 mm en het materiaal is GFRP -glasvezelversterkte composietmateriaal, samengesteld uit glasvezel en epoxyhars.

De reden waarom Type IV-flessen waterstofopslag geschikter zijn voor waterstofopslag aan boord, is dat ze het metaalmateriaal van de binnentank veranderen, polymeermaterialen gebruiken als de binnenste tank en koolstofvezelcomposietmaterialen gebruiken als de lagerlaag. De massaverhouding van de waterstofopslag kan meer dan 6%bereiken en de hoogste kan 7%bereiken, zodat de kosten verder kunnen worden verlaagd.

Samenstelling van waterstofopslagsysteem

Hoewel de fles voor waterstofopslag de kern van het waterstofopslagsysteem is, kan het waterstofopslagsysteem alleen veilig worden gebruikt met de hulp van een reeks hulpcomponenten.

Het waterstofopslagsysteem van het tankstation van de waterstof bestaat uit een fles voor waterstofopslag, een geïntegreerde flesklep, een geïntegreerde drukregulerende module, een waterstoftankhaven, een waterstofopslagsysteemcontroller en drukverlichting en waterstofafvoerapparaten van verschillende onderdelen.

Geïntegreerde flesklep

De geïntegreerde flesklep is een belangrijk onderdeel om de veiligheid van de fles van de waterstofopslag en de soepele aflevering van waterstof te waarborgen. Het bestaat ook uit meerdere onderdelen, namelijk een filter, een stroomlimietklep, een apparaat voor warmte- en drukafgifte, een handmatige klep, een terugslagklep als de waterstoftankinlaat en een reeks temperatuur- en druksensoren.

De geïntegreerde drukregelmodule omvat meestal een automatische afsluitklep, een handmatige ventilatieventiel (voor onderhoud), een drukregelaar, een nooddrukklep en een druksensor.

De prestaties van het waterstofopslagsysteem kunnen worden geëvalueerd door verschillende belangrijke parameters, waaronder waterstofopslagcapaciteit, systeemdichtheid van het systeem waterstofopslag, systeemdichtheid van de waterstofopslag, waterstofopslagkosten per kilowattuur, laad- en laadcyclusleven en levensduur en levensduur van de minimale transport.

Aan boord waterstofopslagsysteem 

Vanwege verschillende toepassingsscenario's verschilt de samenstelling van het ingebouwde waterstofopslagsysteem van die van het waterstofopslagsysteem bij het waterstofvulstation. De structuur omvat: waterstofopslagfles met flesklep, waterstoftoevoerkop, waterstofvulpoort, hogedruk waterstofpijpleiding, druksensor, eenrichtingsklep, drukvermindering en spanten van waterstofsysteem.

70 mpa brandstofcel aan boord waterstofopslagsysteem

Het ingebouwde waterstofopslagsysteem hanteert de vorm van stapel met spanten voor het bevestigen. Het aantal flessen varieert afhankelijk van het vermogen van het voertuig en andere indicatoren. De meeste bedrijfsvoertuigen hebben 6 flessen en de plaatsingsmodus is als volgt:

In personenauto's worden twee waterstofopslagflessen voornamelijk gebruikt:

Waterstofbrandstofcelvoertuigen uitgerust met twee type IV -flessen van waterstofopslag