儲氫罐的案例
一文搞懂ANSYS_ACP復雜實體模型復合材料纏繞鋪層設計（Ⅳ型儲氫罐高精度建模及壓力作用分析） ￥99.66
氫氣因其零排放特性而被認為是能源的終極形式，氫燃料電池汽車也以其零排放的特點成為未來汽車的發展趨勢，用于存儲高壓氫氣的儲氫氣瓶是燃料電池汽車必不可少的關鍵零部件之一。根據儲氫罐的結構，它可以分為四種類型。I型儲氫罐是一種金屬氣缸，其重量大、儲存壓力低。II型的特點是在金屬襯套外部增加了環箍繞組，與I型相比，重量減輕，壓力增加。III型在金屬襯套周圍完全包裹碳纖維，并進一步加強圓頂部分，減輕重量，從而獲得更大的承壓能力。IV型和III型的區別在于，IV型儲氫罐中使用了塑料襯套，再次降低了成本和重量，其氫氣儲存壓力可高達70MPa。
ANSYS ACP是一款專用的復合材料前后處理工具，在前處理鋪層信息定義和后處理結果查看環節中都有著簡潔高效和人性化的設置操作，但限于儲氫罐的幾何模型復雜、鋪層角度多變、圓頂處不規則加厚等特點，其實體模型的復材纏繞鋪層設置較有難度，本文旨在基于ANSYS Workbench平臺建立等比例、高精度的Ⅳ型儲氫罐復合材料實體模型，并將其與Static Structural聯合使用以分析其在60MPa壓力作用下的變形、應力、應變等信息。其中詳述了ANSYS ACP在復合材料鋪層設計中的操作流程及變角度、變厚度、實體貼合碳纖維鋪層等內容，為Step by Step可復現教程文檔，借助此過程可掌握復雜實體模型的復材鋪層設計技術，另外本文所采用的儲氫罐模型來源于真實Ⅳ型儲氫罐模型，亦可為儲氫罐設計應用提供技術支撐。
付費文件包含完整仿真流程文件一套、所使用的全部幾何文件和軟件逐步操作教程文檔一個。教程文檔十分詳細，共計51頁、7000余字，用戶可根據教程文檔進行學習以及逐步操作實現對Ⅳ型儲氫罐碳纖維復合材料的鋪層設計與仿真。
文檔教程收獲：
掌握ACP變角度、變厚度的復雜形狀實體復合材料纏繞鋪層設計技術。
展開 一個350 bar的復合材料儲氫罐
基于Sika汽車法國公司、東麗碳纖維歐洲公司、MF Tech和Ullit之間的合作，一個Ullit 36L儲氫罐-350bar獲得EC/79/2009汽車應用的認可。鳳凰環氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
在依據EC 79/2009要求的所有試驗中，這種配有閥門的4型復合材料罐，在經受了1000次氫氣從20bar到350bar的不間斷循環后，又經受了500小時的滲透試驗，所得的滲透結果為0.14～0.62 Ncm3/L/h，這比EC 79/2009法規要求的6 Ncm3/L/h 要好10倍，之后，沒有發現襯里坍塌，這也很重要。
這項成功合作的下一步是依據EC 79/2009法規對36L儲氫罐-70 Mpa進行認可。
展開 復合材料終端市場：壓力容器領域
由玻纖增強復合材料制成的IV型容器要比碳纖維復合材料制成的容器成本更低，比鋼容器更輕質（圖片來自Umoe Advanced Composites）
在眾多市場大展拳腳的儲氫罐
對于挪威的Hexagon Purus公司以及荷蘭的NPROXX 公司（是康明斯公司與美國Cimmaron Composites公司50:50的合資企業，現已被韓國的韓華公司收購。該公司于2021年宣布投資1.3億美元在美國阿拉巴馬州Opelika建造一個新的生產工廠）而言，分銷也是一個重要的市場。
儲氫罐的應用不僅在分銷市場獲得了增長，還在轎車、貨車、鐵路運輸和海運等領域獲得了增長。“在歐洲制造的一部分貨車將采用氫動力。”儲氫罐制造商NPROXX公司的總經理兼銷售負責人Michael Himmen表示。按照歐洲的法規要求，到2030年，貨車OEMs必須確保其制造的貨車在CO2排放上要比2019年的水平平均降低30%。按照Himmen的建議，5%的歐洲貨車可以采用氫動力，意味著每年共計將需要15000～20000 輛氫動力貨車。他確信，從2026～2027年開始，每年可能會制造出2000輛采用氫動力的貨車，并在此基礎上穩定增長。如果每輛車配5～7個IV 型儲氫罐，10年內，重型貨車每年需要的儲氫罐可能是10萬個，每年需要的碳纖維可能是6000t。
在鐵路方面，法國阿爾斯通公司的Coradia iLint氫動力火車已在德國投入使用，14列開往下薩克森州的火車已于2021年開始運行，27列開往萊茵河主要地區的火車將于2022年投入使用。此外，iLint火車目前還在奧地利與荷蘭接受測試。該列車的兩節車廂采用24個IV型儲氫罐，這些儲氫罐被放置在每節車廂頂部的車頂艙里, 其中還有燃料電池。
展開 H2傳感器在加氫站氫氣泄漏報警中的應用
目前，清潔的氫能源開發利用非常迅速，正運營中的油氫合建站儲氫罐發生氫氣泄漏如何處置？與傳統的加油站漏油著火有何不同？
十幾分鐘處置氫氣泄漏
西上海發展油氫合建站此次演練采用模擬事故發生的方式進行。場景是運營中的油氫合建站現場有少量車輛等候加油、加氫，此時位于油氫合建站儲氫區b號罐2號根閥斷裂導致氫氣大量外泄，后遇靜電發生明火，呈向上竄出火苗之勢。模擬現場還演示了一名救援人員在應急處置過程中不慎被火焰灼傷的狀況。
模擬險情開始，現場總指揮員一聲令下，油氫合建站站長啟動應急預案，立即按下緊急切斷閥，組織現場人員按分工開展應急處置行動，疏散現場無關人員、使用便攜式氫探儀判定具體泄漏點、對泄漏區域進行水霧隔離及噴淋冷卻，同時撥打“119”報消防單位增援處置。
在十幾分鐘的演練中，參練人員以實戰的狀態和標準迅速處置，各應急小組實施了相鄰罐體噴淋降溫、切斷氣源，快速疏導車輛、人員，緊急救治傷員、規范清廢及輿情管控等措施。在參練人員緊張有序的應急行動下，儲氫罐泄漏爆燃得以第一時間處置，傷員及時救醫，現場恢復正常。
數字監控+人力巡查“雙重保險”
由于儲氫罐中氫氣為氣態，具有密度低、易燃等特點，相較成品油、液化天然氣等石化產品爆炸概率低，但發生泄漏處置不當，對周邊環境及人身安全會造成嚴重威脅。
“國外曾做過一個氫氣泄漏的實驗，儲氫罐內的氫氣一旦發生泄漏，受到氣壓影響會噴射至周圍5米左右的距離，然后氣體迅速向上逃逸，幾乎難以形成氣體積壓的情況，也就缺少引發爆炸的條件。”與汽油燃燒形成橙黃色火焰不同，氫氣燃燒呈現淡藍色火焰在日光條件下難以察覺，因此更具有隱蔽性，也加大了防范的難度。
為此，油氫合建站通過“加氫站scada站控系統”，實現了從管束車到均壓管再到加氫機全鏈路的數字化監控，任何一個環節出現問題，系統都將自動報警并找出泄漏點。
展開 
總理在日本看到的這款豐田Mirai到底有多猛？
豐田設計了一大一小兩個儲氫罐，通過高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。以目前的主流儲存技術，豐田選用了700Mpa也就是7000個大氣壓高壓儲氣罐，類似我們常見的“煤氣罐”，只不過罐體更厚重。兩個儲氫罐一共的容量是122.4升，采用700個大氣壓儲存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以實際上燃料的重量并不大，反而儲氫罐特別笨重。
為了在承受700個大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性，我們可都不希望坐在兩個炸彈上面開車吧？所以儲氫罐被設計成四層結構，鋁合金的罐體內部襯有塑料內膽，外面包裹一層碳纖維強化塑料的保護層，保護層外側再增加一層玻璃纖維材料的減震保護層，并且每一層的纖維紋路都根據所處罐身位置不同而做了額外的優化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護層的效果。
燃料電池堆棧+鎳氫電池混合動力
直接驅動Mirai車輪的電動機功率是113千瓦，峰值扭矩335牛米，基本相當于一輛2.0升自然吸氣家轎的動力水平。除了燃料電池堆棧發電之外，Mirai后軸上方布置的1.6千瓦時的鎳氫電池組也有著非常重要的作用——動力電池+儲能電池。這個電池組基本上跟凱美瑞混動的電池完全一樣，在整車負載低的時候可以單獨用它供電帶動車輛前進，與此同時燃料電池堆棧發出來的電可以給電池充電，用鎳氫電池充當一個“緩存”；
當車輛有更大的動力需求的時候，鎳氫電池組很快就會耗光，所以這時候燃料電池堆棧就直接向電動機輸電，跟鎳氫電池組實現雙重供電來滿足需求；當車輛減速行駛的時候，電動機轉化為發電機來回收動能，電量直接輸送到鎳氫電池組內儲存起來。
小結：
縱觀氫燃料電池整個運行過程中，除了消耗氫氣和空氣之外，沒有其他的能源消耗，沒有加油也沒有充電。相比純電動車而言，目前充電最快的特斯拉Model S的超級充電站也需要1.25小時才能充滿電量。
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6 參與抽獎方式
活動時間：10月26日16:00開獎
參與對象：能源行業:設計人員、工程師、研發...
展開 豐田第二代氫能源汽車顛覆了人類哪些常識？
豐田設計了一大一小兩個儲氫罐，通過高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。
以目前的主流儲存技術，豐田選用了700Mpa也就是700個大氣壓的高壓儲氣罐，類似我們常見的“煤氣罐”，只不過罐體更厚重。兩個儲氫罐一共的容量是122.4升，采用700個大氣壓儲存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以實際上燃料的重量并不大，反而儲氫罐特別笨重。
氫氣儲存性能
為了在承受700個大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性，我們可都不希望坐在兩個炸彈上面開車吧？所以儲氫罐被設計成四層結構，鋁合金的罐體內部襯有塑料內膽，外面包裹一層碳纖維強化塑料的保護層，保護層外側再增加一層玻璃纖維材料的減震保護層，并且每一層的纖維紋路都根據所處罐身位置不同而做了額外的優化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護層的效果。
相比純電動車而言，目前充電最快的特斯拉Model S的超級充電站也需要1.25小時才能充滿電量。氫氣加注的速度則更快，僅需3分鐘即可充滿兩個儲氫罐，并且超過600公里的續航里程甚至比普通汽油車更優越。
雖然現在加氫站還是極度罕見，但是普通加油站改造成加氫站的成本要遠低于改造成快速充電站的成本。因此我們可以預計，如果燃料電池車能在成本控制上取得突破，實際上市場空間會比純電動車更大。
結語
當看到豐田汽車在氫燃料電池技術上的執著時，主管部門需要來一次魯茲式的反思——大規模的新能源補貼，換來了什么？
在快速增長的純電動或插電式混合動力汽車市場中，我們掌握了什么核心技術？
展開 車用燃料電池系統結構詳解
氫氣噴射器
冷卻系統
氫氣循環泵用逆變器
高壓儲氫罐，顧名思義，類似于傳統燃油車上的油箱，是燃料電池車上用來儲存氫氣的器件。
高壓儲氫罐
燃料電池車的底盤系統
技術分享 | 現代燃料電池汽車NEXO技術分析
09、儲氫系統
NEXO配備了3個儲氫罐加滿體積為52.2L的氫氣，儲氫系統質量111kg，提高了氫重量在整體燃料系統重量里的比率。NEXO采用的三個相同的儲氫罐設計，不但意味著NEXO儲氫系統的儲氫能力稍有提升，同時也使其布局更加靈活方便，既可以與電池等系統配合為后備箱騰出更大的空間，設計更規整的內部形狀，又能大幅度降低整個系統的制造難度；NEXO的儲氫罐使用了一種具有優異抗滲性的新材料，通過高壓氣體釋放裝置來滿足可燃性要求，當火焰接觸罐的任何部分而不只是釋放裝置時，它立即釋放所有氫。該罐體還具有耐火性，可以承受超過一個小時的火災，以保障發生事故時及時疏散。
10、總結
文章介紹了燃料電池NEXO車輛的整車、系統的基本特點和工作原理，談不上深度，只為行業愛好者普及一下先進燃料電池車輛基本知識。其實有這種想法也是看到一汽技術人員在《汽車文摘》發表的“豐田燃料電池汽車Mirai技術分析”后，感覺應該把NEXO車輛的技術特點總結一下。其實無論是豐田Mirai也好，還是現代NEXO也罷，其技術先進程度遠遠領先我國，尤其是在細節的設計上。也許這是一個系統的工程，氫燃料的安全性太重要了，國外幾臺車不僅在電堆技術有獨特之處，在整車布置、安全等方面也是全面考慮。國家能源局綜合司把氫能列入可再生能源發展“十四五”規劃，可見燃料電池車未來還是很值得期待的。
展開 我國新突破！氫氣變身“固態油箱”，用完就換，可以行駛120公里
江蘇集萃先進能源材料與應用技術研究所開發固態儲氫自行車
目前，氫氣的儲運主要分為氣態、液態和固態三種方式。
氣態儲氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。過去，街頭巷尾賣氣球的小販，會載著一個大鋼瓶，這就是低壓儲氫罐。而高壓氣態儲氫最高可在70兆帕下存儲，目前我國常見的高壓儲氫也達到35兆帕，這就對壓力容器提出極高的要求，目前高壓儲氫罐采用碳纖維制造，成本極高且要消耗較大的能源進行壓縮。
氫氣在一定的低溫下，會以液態形式存在。因此，可以將氫氣壓縮、冷卻實現液態儲氫。常溫 、常壓下液氫的密度為氣態氫的 845 倍，但低溫液態儲氫不經濟。氫氣液化要消耗較大的冷卻能量，而且必須使用超低溫用的特殊容器，目前僅在儲存空間有限的場合使用，如火箭發動機等。
與化石能源或電力能源相比，氫能由于尚未很好地解決儲運問題，所以一直處在叫好不叫座的尷尬境地。因此，開發新型高效的儲氫材料、安全的儲氫技術對氫能的開發利用至關重要。
材料突破，
儲氫技術迎來“變革者”
與高壓氣態、液態儲氫相比，固態儲氫從體積儲氫密度、經濟性和安全性等因素考慮是最具商業化發展前景的儲存方式之一。
“固態儲氫相對于高壓氣態和液態儲氫，具有體積儲氫密度高、工作壓力低、安全性能好等優勢。”據周少雄介紹，固態儲氫是未來高密度儲存和安全氫能利用的發展方向。
固態儲存需要用到儲氫材料，目前技術較為成熟的儲氫材料主要是金屬合金。
儲氫合金一般由兩部分組成，一部分為吸氫元素或與氫有很強親和力的元素，它控制著儲氫量的多少，是組成儲氫合金的關鍵元素，主要有鈦、鎂等；另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。
展開 綠色氫能仿真測試解決方案合集 I 電化學、燃料電池、輸氫管道、天然氣、Star-CCM+...
直播時間：9月21 19:30
講師：薛志杰 | 高級技術顧問，西門子數字化工業軟件
☆第四期 Simcenter STAR-CCM+氫能仿真解決方案
Simcenter STAR-CCM+ 作為一款專業的多物理場仿真平臺，在氫能行業有著廣泛的應用
直播內容：將介紹電解水制氫仿真儲氫罐加氣仿真、泵閥仿真、氫泄露環境安全性仿真、氫燃料電池仿直等案例，示 STAR-CCM+ 在氫能行業的仿真解決方案
直播時間：10月19日 19:30
講師：王韶華 | 高級技術顧問，西門子數字化工業軟件
☆第五期 基于纖維增強復合材料的高壓儲氫容器端到端解決方案
直播內容：西門子提供基于連續纖維增強復合材料的儲氫罐端到端解決方案，分別從設計端生產端和最終產品驗證等環節利用多學科多目標優化，制造工藝仿真及專利的多尺度材料建模方法幫助客戶研發制造高壓儲氫容器。
展開 
CFD專欄丨氣體存儲一維CFD仿真
仿真結果和實驗的對比：
HTC隨時間的變化
氣體壓力隨時間的變化
罐內氫氣質量隨時間的變化
溫度仿真趨勢基本和實驗一致，產生微小偏差的原因可能是溫度傳感器的測量誤差以及仿真模型的罐體厚度，材料熱屬性和實驗模型不完全一致造成。
氫氣溫度隨時間的變化
4
大型儲氫罐的加注案例
氫氣在長距離輸送過程中，需要考慮管路和環境的換熱。Flow Simulator采用流動網格和熱網絡耦合的方法模擬管內氣體和外部的換熱。
大型儲氫罐的管路圖
計算條件：環境溫度40℃，氫氣預冷到零下33℃，初始壓力2Mpa, 每分鐘升高25Mpa。
氫氣傳感器用于加氫站的H2 泄露報警檢測
儲存系統
根據氫的3種不同狀態，可將儲氫方式分為高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態材料儲氫3類。目前全球加氫站普遍采用前2種儲氫方式。
高壓氣態儲氫簡單易行、成本低、相對成熟、充放氣速度快，是一種較為成熟的儲氫方式。因此，也是加氫站中采用最多的儲氫方式。國內加氫站常用2種儲氫裝置：儲氫罐和儲氫瓶組。在GB 50516—2010中，推薦加氫站選用同一規格的固定式儲氫罐或儲氣瓶組，并應符合國家現行標準《鋼制壓力容器——分析設計標準》的有關規定。在安全規定方面，要求儲氫系統設置：安全泄壓裝置；氫氣放空管及切斷閥和取樣口；壓力測量儀表、壓力傳感器；泄漏報警裝置；氮氣吹掃置換接口；儲氣瓶組臥式存放及距離不小于1.5m；設置安全防護欄或其他防撞措施等。
與高壓氣態儲氫相比，低溫液態儲氫具有體積密度高和儲氫量大等優點。在常溫常壓下，液態氫的密度是氣態的845倍。因此，對于氫氣需求量比較大的加氫站，采用液態儲氫是一種不錯的方式，也是加氫站發展重要方向之一。在GB 50516—2020的征求意見稿中意見亦已增加了液氫儲存相關技術的標準和要求。
ISO 19880-1對于氣氫儲存系統，未有明確對儲氫容器的使用種類提出建議或要求，但要求每一組儲氫容器例如當使用儲氫鋼瓶或長管拖車儲存氫氣時，都應配置一套獨立的安全裝置，包括熱屏蔽系統、排氣系統、手動或自動的分離閥等。另外，也對儲存容器布置場所提出安全要求：地面放置時應擺放在戶外，擺放儲存容器的地基應采用阻燃材料；地下室放置時，要求墻體高于儲存容器，且應保證通風以防氫氣泄漏；要求氫氣系統的屋頂設有提供維護人員施工的工作平臺，要求防火防爆防過壓等。
加注系統
加氫站的加注系統由單臺或多臺加氫機構成，加氫機是燃料電池汽車加注氫燃料的核心設備，加注壓力是其主要參數。
展開 氫燃料電池汽車成本高？未來：不存在的
汽車制造商早就放棄了在乘用車上使用液氫的想法，因為如此之小的儲氫罐無法保持液氫在－253°C以下，其中一半的確可能在兩周內蒸發。
燃料電池汽車中使用的氫氣是加壓的，而不是液體，它不會逸出。然而，如果氫氣想從現在的儲氫罐中逃脫可能至少需要13年時間。
另一方面，大規模儲存氫采用液態儲氫確實是非常實用的，在日本的種子島空間站，足夠的液態氫為多個火箭發射提供動力儲存數月，蒸發量小于1％。即便是少量的增發也可以不浪費用于發電或其他應用。
電池的重量一直是電池無法逃避的短板。重量是里程的大敵，通過增加電池來提高續航，讓越來越多的能量被電池重量所抵消和浪費。電動重型卡車的失敗嘗試就充分證明了這一點。請加微信公眾號：工業智能化(robotinfo) 馬云都在關注
40噸電池動力卡車，500公里續航需要8噸電池。這個數字確實有點荒謬，你想要運輸的是貨物，而不是一個巨大的電池。而燃料電池組卻更輕，更易于操作。氫燃料電池動力傳動系統的重量可與柴油發動機相媲美，豐田的專家甚至說，可以更輕。而單位重量氫氣的能量是柴油燃料的三倍。
自Ulf Bossel寫論文以來，時代和技術發生了變化，他自己早已不做純粹的電池信仰的傳教士。Ulf Bossel現在是瑞士Almus AG的所有者，該公司出售UBOCELL，一種將燃料轉化為電能的小型SOFC燃料電池。
到目前為止，燃料電池對電池陣營的最大威脅一直保持不變，燃料電池車將很快比豐田自己的混合動力汽車便宜，而且有一天它們可能比普通汽車便宜。雖然我們提及燃料電池汽車非常昂貴，那是因為它們使用了大量的鉑金。
Hirose說：“當第一批燃料電池車耗資一百萬美元時，我們就使用了100克鉑金。你要花3000美元購買。現在我們用量......“他停頓了一下。“已經很少了，甚至可以不使用。”
展開 可再生能源電解水制氫儲能應用前景廣闊
丹麥1.2MW項目采用就地制氫的方案，在風電場附近建立制氫、儲氫、氫氣管道輸出一體化電解水制氫站，用于制取綠氫及配合可再生能源風電消納，同樣采用的質子交換膜電解水制氫技術。
因此，本文建議：我國應重視質子交換膜電解水制氫技術的發展，重點突破質子交換膜電解槽的催化劑技術、雙極板材料、膜電極等關鍵技術和部件的研發和制造技術，通關提高催化劑效率降低質子交換膜電解水制氫成本，通過研發制造更高性能的雙極板材料提高質子交換膜電解槽的使用壽命。
目前，我國電解水裝置的安裝總量在 1500-2000套左右，電解水制氫年產量約9億m3，堿性電解水技術占絕對主導地位。
目前，國內堿性電解水設備的單臺產能最大可達1000m3/h，電解水設備制造廠家主要有中國船舶重工集團公司第七一八研究所、天津市大陸制氫設備有限公司及蘇州競立制氫設備有限公司等。
可再生能源制氫技術分類
傳統的電解水制氫在發電環節多采用火電，伴隨著大量碳排放，而可再生能源制氫采用的是風電、光電等能源，是真正意義上的綠氫制取技術。
下面分別以2類典型可再生能源制氫技術展開，介紹其基本原理與系統架構，并總結國內外學者研究現狀，對我國可再生能源制氫技術進一步發展提供借鑒和參考。
1）風電制氫技術
風力發電制氫系統根據與電網連接情況可以分為并網型風電制氫系統和離網型風電制氫系統，目前我國離網條件下風電耦合制氫技術尚處于起步階段，大多采用并網型風電耦合制氫系統，整體系統結構如圖1所示，包括風力發電機組、儲能變流器(PCS)能量轉換及控制系統、電解槽制氫模塊、氫氣壓縮機、高壓儲氫罐等部分。
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