АНАЛІЗ ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ ВИТОКУ ВОДНЮ З ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ НА ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТАХ

Abstract

Постановка проблеми. Передумови бурхливого розвитку різного роду електромобілів (зокрема за останнєдесятиліття) наведено у низці наукових праць. Дослідженнями проблем електромобілів в тому числі і безпековимизаймаються багато наукових і науково-дослідних установ провідних країн світу. Серед яких Національна асоціаціяпротипожежного захисту (NFPA) міжнародна організація пожежно-рятувальних служб (CTIF).Особливу увагу привертають електромобілі на водневих паливних елементах. Електромобіль з водневимипаливними елементами (Fuel Cell Electric Vehicle FCEV) – транспортний засіб, у якому обертовий момент,необхідний для забезпечення руху, створюється електричними двигунами, які живляться електроенергією зводневих паливних елементів. Академічна зацікавленість до FCEV різко зростає. Приміром якщо у 1999 роцібуло лише 13 наукових праць, та вже у 2018 їх кількість зросла до 171.Особливість цих автомобілів (FCEV) із нульовим викидом шкідливих речовин під час експлуатації полягаєу швидкому відновленні запасу пробігу, тобто у швидкому заправленні воднем. Час заправлення орієнтовнотакий самий, як час заправлення автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Це створює FCEV значнуперевагу з точки зору відновлення запасу ходу у порівнянні із електричними транспортними засобами, щообладнанні силовою акумуляторною батареєю (АКБ) (BEV-battery electric vehicle), час відновлення 60% запасуходу при швидкому заряді може становити 45-60 хв. Крім цього, у Європейському стратегічному планіенергетичних технологій технології використання водню та паливних елементів визначено як ключові технологіїдля досягнення цілей скорочення викидів парникових газів до 2050 року.Мета дослідження полягає у розкритті особливостей впливу чинників (діаметра отвору, об’єму та тиску) на часаварійного викиду водню з електромобілів на паливних елементах, які використовують водень. Це створить підґрунтядля подальших досліджень особливостей розвитку та гасіння пожеж FCEV за участю горіння водню.Опис матеріалу. Проведено дослідження часу витоку водню залежно від діаметра отвору внаслідок аварійноїрозгерметизації системи при тисках 70 МПа та 35 МПа. Викид водню може відбуватись внаслідок стравленнянадлишкового тиску з клапана стравлення або внаслідок порушення герметичності системи, що може бутиспричинене дорожньо-трансопртною пригодою чи механічною дією інших чинників.Дослідження проведено на прикладі автомобілів Toyota Mirai, з потужністю електродвигуна 154 к.с.,крутним моментом 335 Нм та заявленим пробігом 650 км. Об’єм баків для водню становить 122,4 л та автомобіляBMW iX5 Hydrogen потужністю 170 к.с., крутним моментом 380 Нм та об’ємом баків для водню 160 л. А такождля елетротягача на прикладі тягача Mercedes-Benz GenH2 потужністю 449 к.с., крутним моментом 2071 Нм зпробігом без дозаправки 1000 км та вантажопідйомністю 25 тонн з об’ємом баків для водню 1000 л. Результатидослідження наведено у вигляді графічних залежностей.Висновки. Окреслено передумови, тенденції розвитку та зацікавленість наукової спільноти дослідженняхелектромобілів на паливних елементах, які використовують водень. Прокласифіковано електромобілі напаливних елементах та описано принцип їхньої роботи. Досліджено витікання водню із електромобілів напаливних елементах залежно від діаметра отвору, тиску та об’єму паливних баків. Результати чисельнихекспериментів наведено у вигляді графічних залежностей. При діаметрі отвору 1 мм час викиду водню дляавтомобіля Toyota Mirai з об’ємом баків для водню 122,4 л становитеме 26,6 хв. та 34,7 хв для BMW iX5 Hydrogenз обємом баків 160 л. При збільшені діаметра отвору час викиду різко зменшується і вже при діаметрі 5 ммстановить близько 1 хв для обох автомобілів. При зменшенні тиску вдвічі - до 35 МПа, час викиду зменшуєтьсялише на 10 % у порівнянні з повністю заправленим баком. Для вантажних електромобілів час викиду водню всередньому у 7-9 разів більший ніж у легкових автомобілів при однаковому діаметрі отвору пошкодження. Наприкладі тягача Mercedes-Benz GenH2 для приведеного діаметра отвору 5 мм, при тиску 35 МПа і 70 МПа, часвикиду водню становитиме 7,8 і 8,6 хв відповідно. Аналізуючи результати дослідження витоку водню з різного роду електромобілів на паливних елементах, які використовують водень та час прибуття пожежно-рятувальнихпідрозділів на місце виклику, стає очевидним, що рятувальникам доведеться стикатись з витоком чи горіннямводню на пожежах чи ДТП за участю FCEV. Це потребує розроблення нових методів та способів реагування напожежі такого роду, що може стати предметом подальших досліджень