氢燃料汽车级联加氢系统的综合能耗优化

氢燃料汽车级联加氢系统的综合能耗优化

近年来，欧洲和美国等相继出现许多氢燃料汽车和加氢站。绝大多数加氢站都根据汽车工程师学会制定的协议而建设，且使用级联加氢系统为氢燃料汽车加氢。由于加氢站中氢气罐的大小和压力有限，因此加氢罐必须不断地被重新加满。氢燃料汽车加满氢气后，将加氢罐放回至加氢站并恢复至原来的压力是一个完整的加氢周期。

由于加氢罐最高压力的选择受其尺寸和价格制约，因此从投资成本角度看，小的高压罐成本更低，但是级联加氢系统在加氢过程中的能耗却是未知的。级联加氢系统中加氢靠压缩机完成，在一个完整的加氢过程中，压缩机占了将近一半的能耗。通过考虑加氢过程的能耗，再综合考虑加氢罐的尺寸、压力、数量等因素，从而寻找一个最佳能耗点。

在Dymola软件中，基于热力学第一定律建立热力学模型。该模型考虑了加氢罐的传热损失、整个系统的氢气压力损失、冷却需求等因素。研究发现，①在储氢量一定的情况下，当加氢罐的数量为1个或2个时最节能，可节能18%；减少每个罐的容量，同时减小罐内氢气压力，只能略微减少整个加氢过程的能量消耗；②保持加氢罐体积为1m3不变，罐内氢气压力从35MPa开始每次增加1MPa，研究不同氢气压力下一个完整加氢过程的能耗，发现氢气压力为95MPa时能耗比40MPa时能耗降低5%。综合分析各种因素得出：级联加氢系统中最佳的储气罐数量为3～4个，为确定加氢罐中氢气的压力，必须考虑整个加氢系统的压力损失这个重要因素。而加氢站的设计应按照加满一辆车的最大压力损失量来进行。

设计加氢站可以考虑以上分析结果，但加氢罐数量、容积、压力等的具体设计还需要考虑特定的实际条件。因此，所有加氢站都必须被单独地检测，以获得级联加氢系统的最佳加氢罐数量、容量和压力等参数。

刊名：International Jurnal of Hdrogen Eergy（英）

刊期：2014年第1期

作者：E.Rothuizen et al

编译：皮恒志