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低压高效,5MPa低压储氢技术到底有何优势?

来源:老路说车 更新:2019-07-17 16:36:30 作者: 浏览:626次

近几年,国内对于氢能越来越重视,给予氢能源车制造商大力政策支持,鼓励兴建加氢站。此时的氢能源有点像当年的纯电动,处于一个快速发展的阶段。而前段时间频繁发生的加氢站爆炸事件,让很多人对于氢能源的安全性产生了怀疑的态度,氢气这个能源到底能不能成为主流的新型能源?氢气的安全问题又该如何得到解决?我们一同寻找答案。

要解决氢燃料的安全问题,最关键的还是从储存这个层面攻克。国内运营的氢燃料公交车不在少数,这些公交车采用的都是高压储氢瓶。这些储氢瓶基本上都安装在公交车顶部,一方面可以节省车辆内部空间,另一个方面则是氢气比较轻,如果发生泄漏会往上空飘,减小发生危险的概率。

当今无论是氢燃料汽车还是加氢站或者储氢设施,全部采用高压储氢。但是我们需要正视一个问题,那就是高压储氢的安全性和成本问题。既然涉及到压力,就会出现过充的风险,很有可能出现超压爆炸。另外罐体在运输过程中或者是充放过程中,使用过程的热辐射很有可能产生膨胀泄漏,对安全性有一定的影响。再一方面就是储氢瓶的材质要求很高,成本也很高,氢气压缩机的成本和质量也是不可规避的问题。

既然高压无法解决的问题,那么为何不尝试低压。就在前不久,在辽宁的葫芦岛亮相了全国首台5MPa低压合金储氢公交车,车辆由佛山市的飞驰客车生产,型号为FSQ6900FCEVG1。

该车的驱动电机功率为60kW,最高时速为69km,合金装置储氢总量为16.8kg。该车的续航里程做到了大于370公里,而充氢的速度则在20-30分钟。该车还安装了一块容量为42.6kWh的电池。

与车辆配套的加氢设施和加氢站

固态合金储氢设备和高压储氢设备的不同之处在于,该系统不用担心氢气因为压力而产生超压爆炸,安全性可以有所保障。此外也省略了一系列高压储氢设备的安装,比如说加氢站的压力设备以及高压储氢设备,成本降低了不少。

上图中可以看到,国内主流的35MPa高压气态储氢设备和5MPa低压合金固态储氢设备的直接对比。在系统重量方面,5MPa低压合金固态储氢设备是35MPa高压气态储氢设备三倍左右。但是体积方面,前者储藏14.4千克的氢需要800L体积的容器,而后者储藏15千克的氢气只要300L的体积,体积减少了500L,且由于自身特性过滤功能,供氢纯度高于前者。储氢系统成本高,但是整体加氢站设备的成本却低非常多。

简单总结一下这套系统的数据优势和缺点:

优点:体积小,比较便于车辆上的实装;供氢纯度更高;减少了很多设施使得加氢站建设成本大大降低。

缺点:系统重量大,和当今轻量化的设计理念有些背道而驰;储氢系统成本贵,也就直接导致车价增加,用户会在安全与成本间权衡。(至于成本高有一部分原因是因为产品的产量小,如果产量大的话价格应该会更加竞争力)

上图中就是这一整套系统的反应公式,将氢气和钛锰合金进行反应以后形成新的氢化物,来实现氢气的储存。比较关键的是这一套系统是可逆反应,既可以将氢气和合金进行反应以后以固态的形式储存,又可以通过反应的形式将氢气和钛锰合金进行分解。分解出来的钛锰合金还可以用作储氢合金,而分解出来的氢也就是我们常见的氢气,可以驱动燃料电池工作。而以上在系统内添加的储氢金属,也是直接导致系统价格高的原因之一。

使用钛锰合金作为储氢合金的储氢容量、放氢压力和温度、放氢时间、循环寿命以及成本都是现今所有储氢材料中,综合性最适合车用的一种。所以使用钛锰合金来进行氢的储藏,也是目前最能快速实现的一种形式。

上图是5MPa低压合金固态储氢设备的安装位置,原来安装电池组的底盘仓用来安装储氢设备,车辆结构基本与纯电动客车相同。这套系统与燃料电池系统集成于一体,而氢气的充放速率通过温度来决定,如果需要使用温度,可以吸收燃料电池系统释放出的30%的余热。简单来说就是利用系统自身发出的部分热量工作,使得整套系统的平均散热功率降低0.6kW。

再来说说系统重量的问题,前面已经看到固态5MPa低压合金固态储氢设备相比传统的系统会偏重不少,很多人单纯会以为系统太重没有优势。不过接下来佳华利道合作机构有研工研院会加快开发高容量储氢材料,降低系统重量,使固态储氢更具竞争力。

当今市场上的纯电动客车采用的最多的是磷酸铁锂电池,目前市面上的主流磷酸铁锂电池客车的比能量在120-140Wh/kg;而本文介绍的5MPa低压合金固态储氢设备的比能量在138-146Wh/kg,整套系统的能力和纯电动相比基本上持平。不过电池的原材料不可以回收和重复使用,会是电动汽车未来将要面临的一大问题。而低压合金储氢的金属是可以回收的,也能平衡一些其成本较高的问题。

虽说系统价格偏高,但是低压储氢不需要额外加装氢气的压缩设备和高压储氢设备,也使得加氢站能够最大化的压缩成本。少了加压环节,供氢成本也会大幅降低,从而客户车辆使用成本会大幅降低,相对因重量而损耗的成本还是有利可图的。另外佳华利道还推出了低压流动加氢车,除了在市场推广初期可以在无加氢站地区实现演示和示范功能外,如果一些使用低压储氢设备的客车遇到了燃料不足的问题可以快速对车辆进行氢气供给。车载电池也起到了一定的保险功能。

最后对于这套系统进行以下几点的总结,分别有三个优势和三个需要待改进的方面:

优势

1. 低压储藏优势,保证了整套储藏系统储藏氢气时的安全性。

2. 可以快速储氢,时间在合理范围之内。且放氢速率受到温度控制,安全性也有提升。

3. 无需增加额外压缩设备,降低了配套设施的建设成本。

待改进层面

1. 整套系统的重量大,行驶时相比传统的储氢设备会增加一些能耗。

2. 由于储氢采用的是特殊金属,而且批量小,所以整套系统的单价会高不少。

3. 现在市面上大多数都是高压加氢站,配套设施的建设还需要跟进。

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