这是一个温暖的春天下午，在国家可再生能源实验室（NREL），但空气中充满了兴奋。作为创新高通量氢气站（IHS）项目两年工作的高潮，NREL研究人员已成功证明，作为综合能源系统环境高级研究的一部分，NREL的能源系统集成设施使用最先进的能力，将高流速氢燃料添加到重型（HD）车辆系统中。
这一成就有助于美国能源部（DOE）和HD燃料电池电动汽车（FCEV）和基础设施的行业目标，从而支持运输行业的脱碳进展。十多年来，NREL一直支持轻型FCEV氢燃料实践的前沿研究。然而，高清卡车和机械是一项规模完全不同的事业。
项目负责人肖恩·奥诺拉托（ShaunOnorato）表示：“设计和建造这些同类系统中的第一个，这是一项重大的技术成就。”。“这项研究有助于描述氢HD燃料的特性，并为塑造脱碳运输未来的新协议打开了大门。”
IHS项目鈥攁 与液化空气集团、本田、壳牌和丰田的合作鈥攁解决开发高流量氢燃料系统的研究挑战和技术差距，包括8级半卡车、船舶、铁路和采矿应用。该项目部分由DOE的氢和燃料电池技术办公室资助，以支持DOE的H2@Scale跨多个应用和经济部门的清洁氢气愿景。最终目标是与柴油车的常规燃油加注时间（大约10分钟）竞争，这意味着基于100kg氢气的最大车载存储潜力，氢气质量流率将达到平均10 kg/min（峰值20 kg/min）。该流量大约是目前轻型FCEV使用的平均质量流量的10倍。
2022年4月26日，IHS团队超过了这一质量流率目标，证明平均质量流率为14 kg/min（峰值21 kg/min），向一组8个储氢罐中加注40.3 kg鈥攕与HD车辆使用的类似鈥攊n 2.87分钟。这一中间里程碑将为项目铺平道路，以达到最终里程碑，即在10分钟内以快速质量流率完成60-80kg的填充。
建设更大的氢燃料系统
为了设计一个全新的氢气燃料站，研究人员首先研究了NREL的氢气填充模拟（H2FillS）模型。H2FillS是一种快速、灵活且可自由使用的热力学模型，用于模拟从氢气站到轻型FCEV的氢气供应。2021，研究人员对H2FillS模型进行了重大升级，以符合HD要求和IHS项目。最新版本优化了模型的计算速度，使其现在是20倍鈥?0x比以前的版本快，并对压力斜坡速率参数进行了优化。此外，H2FillS现在探索了完整的氢燃料加注过程，以计算HD车辆的最佳加注速率。
为了了解车辆储氢罐内的温度分布（开发新的燃料协议所必需的），研究人员使用NREL的超级计算机Eagle进行了3D计算流体动力学建模，以确定潜在热点并优化混合特性。在整个项目过程中，团队通过计算流体动力学建模完成了大量的完全和部分填充，以探索储罐尺寸、喷射器直径和喷射器角度对气体混合的影响。研究人员将这些结果与实验测试相平衡，以不断验证其过程，并进一步增强HD应用中的H2FillS。
这一综合过程为能源系统集成设施氢气基础设施的扩展提供了信息，为大规模设备安装和评估创造了新的研究空间。这些升级包括一个新的隔离混凝土垫，固定在下面的基岩上，以适合具有振动特性的大型研究组件，如氢压缩系统。为了确保与HD FCEV和卡车的兼容性，研究人员增加了约300公斤的高压氢气固定存储装置，并设计和建造了新的中高压气体管理面板、HD氢气加油机、新的氢气预冷系统和HD车辆存储模拟装置。
新的重型电站能力
NREL对高流量氢燃料的演示为HD氢系统的扩展研究打开了大门，包括燃料协议（目前尚不存在）和安全、规范和标准。作为同类设备中的第一个，NREL的HD站允许研究人员评估HD氢燃料的硬件设备鈥攕如高流量喷嘴、插座、软管和断路器鈥攁控制现场，以确保这些设备的安全性和可靠性，这些设备目前在市场上尚不存在。未来的合作将利用新电站的能力，协助开发HD FCEV的燃料基础设施。
Onorato说：“我们看到重型燃料电池汽车有着光明的前景，尤其是在公司面临复杂物流的情况下，这些物流需要严格的工作周期、远距离和快速加油。”。“这一里程碑标志着开发和验证氢燃料最佳实践的新机会，以支持重型燃料电池卡车的采用。”