周少祥
氢燃料电池汽车的储气罐相关问题
2022-5-14 18:31
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氢燃料电池汽车的储气罐相关问题


3给出了氢气、作为天然气主要成分的甲烷以及作为汽油主要成分的戊烷在25°C的环境温度,不同压力的热物理性质参数。从表中可以看出,1.01325bar压力下,氢气和甲烷是气态,密度非常小,而戊烷是液态,密度为甲烷的945倍,氢气的7538倍。即便将氢气升压至700bar,氢气密度也只有39.223kg/m31.01325bar压力下的戊烷密度620.83kg/m3700bar压力下氢气的15.8倍。以家用乘用车50升容积邮箱计算,700bar压力下的氢燃料充灌量仅仅39.223×0.05 =1.96115kg。以氢燃料141.7808MJ/kg的高位热值计算,总热值只有278.05MJ,而一箱1.01325bar50升以液体戊烷(高位热值48.73MJ/kg)计算汽油的热值有48.73×620.83×0.05 =1512.65MJ50升的氢燃料热值只有汽油的18.4%,也就是说相同容积的氢燃料的续航能力会远低于汽油车。

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据称,日本丰田二代氢能源汽车充灌5kg氢气的续航里程达650km,配备122.4升容积装载这些700bar压力的氢气,容积是普通乘用车60升油箱的2.04倍。这是储气罐内部容积,由于储气罐内压力高,罐体壁厚会远大于汽油车的油箱壁厚,因此储气罐会占用乘用车更大的“有效”空间。

另外,针对700bar储气罐压力,如果从大气压至容器压力需要至少三级压缩(活塞压缩和螺杆压缩)才能实现。众所周知,压比越高、压缩级数越多,压缩过程的效率越低。因此,氢燃料压缩过程的效率要远低于天然气压缩过程。西气东输工程中,管道工作压力100bar,从大气压至工作压力需要二级压缩,中继升压站的压缩比不超过2,压缩机效率不超过85%。类比看,如果采用管道输运氢气,需要更高的工作压力。而远距离高压管道输运,泄露的可能性增大。如果采用汽车输运,能耗及成本会更高,这些都是氢燃料利用必须克服的问题。



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