Hệ thống lưu trữ hydro là gì?

CácHệ thống lưu trữ hydrolà một trong ba thành phần chính của trạm tiếp nhiên liệu hydro (hệ thống lưu trữ hydro, máy nén và máy tiếp nhiên liệu hydro), nhưng việc áp dụng hệ thống lưu trữ hydro không giới hạn trong các trạm tiếp nhiên liệu hydro. Do đó, bài viết này sẽ mở rộng phối cảnh đến các nút lưu trữ hydro trong nhiều liên kết: lưu trữ sau khi sản xuất hydro, lưu trữ sau khi vận chuyển đến trạm tiếp nhiên liệu hydro và lưu trữ hydro trên tàu. Các nút khác nhau này cũng đưa ra các yêu cầu khác nhau cho các thùng chứa hydro.

Hệ thống lưu trữ hydro là gì?

Theo định nghĩa của phòng thí nghiệm Argonne ở Hoa Kỳ, hệ thống lưu trữ hydro có thể được chia thành một số thành phần chính: chai lưu trữ hydro, van chai tích hợp, mô -đun điều chỉnh áp suất tích hợp, cổng tiếp nhiên liệu hydro, bộ điều khiển hệ thống lưu trữ hydro và thiết bị giảm áp lực và giảm áp lực cho mỗi phần.

Chai lưu trữ hydro

Chai lưu trữ hydro là lĩnh vực thương mại hóa trưởng thành nhất của các hệ thống lưu trữ hydro và một số lượng lớn các công ty đã tham gia sản xuất các chai lưu trữ hydro. Công nghệ của các chai lưu trữ hydro đã trải qua năm thế hệ lặp lại. Hiện tại, các chai loại V mà không có lớp lót bên trong và chỉ làm bằng cuộn dây sợi vẫn đang được nghiên cứu cả trong và ngoài nước.

Các xi lanh lưu trữ hydro áp suất cao được sử dụng chủ yếu được chia thành bốn loại: xi lanh hoàn toàn bằng kim loại (loại I), sợi liner bằng kim loại bên trong (loại II), sợi bên trong kim loại hoàn chỉnh (loại III)

Bốn thế hệ củaChai lưu trữ hydrohiện đang được sử dụng rộng rãi. Điều này là do chai loại I và II của chúng phù hợp vì các thùng chứa hydro cho các trạm tiếp nhiên liệu hydro do đặc điểm của chúng, và chai III và IV phù hợp hơn như các thùng chứa hydro gắn trên xe, mỗi thùng có sử dụng riêng.

Lý do tại sao các trạm tiếp nhiên liệu hydro và lưu trữ hydro gắn trên xe sử dụng các chai lưu trữ hydro khác nhau, trước hết, bởi vì trường vận chuyển có yêu cầu cao hơn về mật độ lưu trữ trọng lượng của hydro. Loại I và Loại II có tỷ lệ trọng lượng trên khối lượng lớn, rất khó để đáp ứng các yêu cầu mật độ lưu trữ hydro của các phương tiện pin nhiên liệu hydro. Thứ hai, tỷ lệ tự trọng của thùng chứa hydro rất quan trọng đối với hiệu suất năng lượng của xe. Chai loại III và loại IV có lợi thế của tỷ lệ trọng lượng trên khối lượng thấp và mật độ lưu trữ hydro cao trên một đơn vị khối lượng do cấu trúc cuộn dây đầy đủ của sợi. Chúng hiện được sử dụng rộng rãi trongXe pin nhiên liệu hydro.

Cấu trúc của chai lưu trữ hydro từ bên trong ra bên ngoài bao gồm vật liệu lót, lớp chuyển tiếp, lớp cuộn dây, lớp bảo vệ bên ngoài và lớp đệm. Lấy chai lưu trữ hydro loại IV làm ví dụ để xem thành phần cấu trúc của nó:

Chai lưu trữ hydro loại IV và loại chai lưu trữ hydro loại IV

●

   ● Lớp lót: Tổng độ dày của tường chai là khoảng 20 ~ 30 mm. Lớp bên trong tiếp xúc trực tiếp với hydro là lớp rào cản khí, dày khoảng 2 ~ 3 mm. Vật liệu này là PA6, PA612, PA11, HDPE, v.v., đóng vai trò ngăn chặn hydro.

● Lớp giữa:Một lớp chống áp suất tương đối dày, được làm bằng vật liệu composite cốt sợi carbon CFRP, bao gồm sợi carbon và nhựa epoxy. Dưới tiền đề đảm bảo mức kháng áp suất, độ dày của lớp này được giảm thiểu để cải thiện hiệu suất lưu trữ hydro.

● Lớp bề mặt: Độ dày khoảng 2 ~ 3 mm, và vật liệu là vật liệu composite cốt sợi GFRP, bao gồm sợi thủy tinh và nhựa epoxy.

Lý do tại sao các chai lưu trữ hydro loại IV phù hợp hơn để lưu trữ hydro trên tàu là vì chúng thay đổi vật liệu kim loại của bể bên trong, sử dụng vật liệu polymer làm bể bên trong và sử dụng vật liệu composite sợi carbon làm lớp ổ trục. Tỷ lệ khối lượng lưu trữ hydro có thể đạt hơn 6%và cao nhất có thể đạt 7%, do đó chi phí có thể giảm thêm.

Thành phần hệ thống lưu trữ hydro

Mặc dù chai lưu trữ hydro là lõi của hệ thống lưu trữ hydro, hệ thống lưu trữ hydro chỉ có thể được sử dụng một cách an toàn với sự hỗ trợ của một loạt các thành phần phụ trợ.

Hệ thống lưu trữ hydro của trạm tiếp nhiên liệu hydro bao gồm một chai lưu trữ hydro, van chai tích hợp, mô -đun điều chỉnh áp suất tích hợp, cổng tiếp nhiên liệu hydro, bộ điều khiển hệ thống lưu trữ hydro và giảm áp lực và thiết bị xả hydro của các bộ phận khác nhau.

Van chai tích hợp

Van chai tích hợp là một phần quan trọng để đảm bảo an toàn cho chai lưu trữ hydro và phân phối hydro mượt mà. Nó cũng bao gồm nhiều bộ phận, cụ thể là bộ lọc, van giới hạn dòng chảy, thiết bị giải phóng nhiệt & áp suất, van thủ công, van kiểm tra khi đầu vào tiếp nhiên liệu hydro, và một loạt các cảm biến nhiệt độ và áp suất.

Mô-đun điều khiển áp suất tích hợp thường bao gồm van tắt tự động, van thông hơi thủ công (để bảo trì), bộ điều chỉnh áp suất, van giảm áp khẩn cấp và cảm biến áp suất.

Hiệu suất của hệ thống lưu trữ hydro có thể được đánh giá bằng một số thông số quan trọng, bao gồm dung lượng lưu trữ hydro, mật độ khối lượng lưu trữ hydro, mật độ lưu trữ hydro của hệ thống, chi phí lưu trữ hydro trên mỗi kilowatt giờ, thời gian sạc và xả và áp lực vận chuyển tối thiểu.

Hệ thống lưu trữ hydro trên tàu 

Do các kịch bản ứng dụng khác nhau, thành phần của hệ thống lưu trữ hydro trên tàu khác với hệ thống lưu trữ hydro tại trạm lấp đầy hydro. Cấu trúc của nó bao gồm: chai lưu trữ hydro với van chai, đường ống cung cấp hydro, cổng làm đầy hydro, đường ống hydro áp suất cao, cảm biến áp suất, van một chiều, bộ giảm áp và giàn hệ thống hydro.

Hệ thống lưu trữ hydro trên tàu 70MPa

Hệ thống lưu trữ hydro trên tàu áp dụng hình thức xếp chồng với các vì kèo để sửa chữa. Số lượng chai thay đổi tùy theo sức mạnh của xe và các chỉ số khác. Hầu hết các phương tiện thương mại đều có 6 chai và chế độ vị trí như sau:

Trong xe chở khách, hai chai lưu trữ hydro chủ yếu được sử dụng:

Xe pin nhiên liệu hydro được trang bị hai chai lưu trữ hydro loại IV