Безопасность водородного электромобиля: техническое регулирование и стандартизация
ГОСТ Р 56188.1–2014/IEC/TS 62282–1:2010 «Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология», п. 3.51. «Транспортное средство на топливных элементах, ТСТЭ (fuel cell vehicle): Электрическое транспортное средство, в котором энергетическая система на топливных элементах подает питание на электродвигатель для приведения транспортного средства в движение». Следует обратить внимание, что указанный национальный стандарт идентичен IEC/TS 62282–1:2010.
Переход к массовому производству транспортных средств на топливных элементах (ТСТЭ) создает предпосылки для создания системы безопасности, позволяющей максимально минимизировать риски связанные с производством и эксплуатацией таких электромобилей.
Мировой автопром и инфраструктура эксплуатации транспорта по праву является одной из наиболее сложных объектов правовых отношений, в том числе в области безопасности. Десятки технических комитетов ИСО, МЭК и других организаций участвуют в формировании международной нормативно-правовой базы, регулирующей весь цикл создания, испытания, производства, реализации, эксплуатации и утилизации автомобилей.
Уровень подготовки производства водородных электромобилей таков, что в самое ближайшее время ТСТЭ могут оказаться не только одними из самых чистых с точки зрения токсичности отработавших газов, но и автомобилями, занимающими самую высокую оценку в рейтинге безопасности.
Одним из наиболее эффективных методов оценки безопасности автомобиля является испытание на краш-тест. В Российской Федерации такие испытания проводятся в соответствии с ГОСТ Р 41.94–99. «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты водителя и пассажиров в случае лобового столкновения». Следует иметь в виду, что ГОСТ Р 41.94–99 идентичен Правилам ЕЭК ООН № 94.
В мире существует несколько организаций, способных произвести такие сложные в техническом отношении испытания. К таким относятся: ARCAP (Россия); EuroNCAR (Евросоюз); ADAC (Германия); NHTSA (США); IIHS (США); Latin NCAP (Латинская Америка); C-NCAP (Китайская Народная Республика); JNCAP (Япония); ANCAP (Австралия); AMРKCAР (Россия).
В частности IIHS провела уникальные испытания водородного ТСТЭ из Кореи. Кроссовер Hyundai Nexo дебютировал в начале года и уже в самое ближайшее время может быть доступен на некоторых европейских рынках.
Водород, горючий газ в смеси с кислородом воздуха может быть взрывоопасен. Кроме того, система хранения водорода на борту автомобиля содержит компримированный водород при давлении 70 МПа. В связи с этим кинетическая энергия сжатого газа при разрыве баллона может быть также опасна. Важно, чтобы при аварии водородного ТСТЭ не было взрыва водорода и чтобы сосуд высокого давления не получил серьезных механических повреждений.
Хорошей новостью является то, что водородный автомобиль на топливных элементах Hyundai Nexo получил наивысшую оценку безопасности, которую может присудить Институт безопасности дорожного движения (IIHS). Награда «Top Safety Pick +» – это высокая оценка для любого автомобиля. Таким образом можно смело говорить, что водородные газобаллонные электромобили на топливных элементах, готовы к массовому производству и имеют все основания считаться безопасными в реальных условиях эксплуатации ТСТЭ.
С профессиональной точки зрения успешные испытания водородного Hyundai Nexo в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 94 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты водителя и пассажиров в случае лобового столкновения» свидетельствуют, что все требования безопасности, которые международные организации предъявляют к конструкции ТСТЭ выполнены в полном объеме.
Международные организации в области стандартизации ввели целую серию стандартов в сфере безопасности водородных технологий и топливных элементов. Большинство этих документов имплементированы в российскую систему национальной стандартизации в формате идентичных стандартов.
Например, ГОСТ IСО 23273–2015 «Дорожные транспортные средства на топливных элементах. Требования безопасности. Защита от опасностей, связанных с применением водорода в качестве автомобильного топлива», идентичный ISO 23273:2013 «Fuel cell road vehicles – Safety specifications – Protection against hydrogen hazards for vehicles fuelled with compressed hydrogen», устанавливает требования к конструкции и характеристикам топливной системы, которая состоит из участка высокого давления, с внутренним давлением таким же, как в топливном резервуаре, а также участка среднего и низкого давления, в которых внутреннее давление ниже, чем давление в секции высокого давления. Топливная система должна быть оснащена системой противопожарной защиты, включающей одно или несколько температурных предохранительных устройств, а также отсечной клапан водорода, который должен быть закрыт при отсутствии напряжения или когда энергоустановка на топливных элементах не работает. Должны быть установлены система отключения подачи водорода, клапан ограничения расхода или система, выполняющая эту функцию.
Компоненты топливной системы должны разрабатываться, монтироваться и обслуживаться так, чтобы они могли безопасно работать в предельных условиях, определенных производителем.
Любые части, расположенные на участке среднего или низкого давления, должны выдерживать или быть защищены от чрезмерного повышения давления вследствие единичного отказа.
Компоненты должны размещаться внутри транспортного средства так, чтобы снизить вероятность случайного их повреждения или иметь достаточную защиту.
Топливные трубопроводы должны быть размещены и защищены таким образом, чтобы в нормальных рабочих условиях, определенных производителем, не могло возникнуть повреждений, вызванных вибрацией транспортного средства.
Анализ опасности, связанной с использованием водорода, должен выполняться, учитывая прежде всего безопасность компонентов и соединений транспортного средства. При проведении такого анализа может использоваться анализ характера и последствий отказов (FMEA), анализ дерева отказов (FTA) или другой аналогичный метод. В ходе анализа должны быть определены возможные единичные отказы аппаратного и программного обеспечения или состояния, которые могут создать опасную ситуацию для людей в транспортном средстве или вблизи него.
Важное значение имеет соответствие системы хранения водорода международным требованиям безопасности сосудов высокого давления, установленным ISO/TS15869:2009 «Gaseous hydrogen and hydrogen blends – Land vehicle fuel tanks». В нашей стране действует стандарт ГОСТ Р 55891–2013 «Водород газообразный и водородные смеси. Бортовые системы хранения топлива для транспортных средств», идентичный ISO/TS 15869:2009. Указанные стандарты распространяются на следующие типы конструкций топливных систем хранения водорода и его смесей с другими газами.
– Тип 1: металлические баллоны.
– Тип 2: композитные баллоны с металлическим лайнером и кольцевой обмоткой.
– Тип 3: композитные баллоны с металлическим лайнером и полной обмоткой.
– Тип 4: композитные баллоны с полной обмоткой без металлического лайнера.
В табл. 1 представлены минимальные значения коэффициента запаса прочности и разрушающего давления по ISO/TS 15869:2009 и ГОСТ Р 55891–2013.
Международная организация ИСО по стандартизации ввела целую систему специальных стандартов в обрасти водородных технологий, регулирующих требования безопасности и оценки соответствия для ТСТЭ.
Надо отметить, что национальная законодательная и нормативно-правовая база в области безопасности водородных автомобилей, опирающаяся на технический регламент Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011), который принят решением Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 № 877, позволяет эксплуатировать водородный автомобильный транспорт на топливных элементах на таможенной территории Евразийского экономического союза без существенных ограничений.
Следует иметь в виду, что требования технического регламента гармонизированы с требованиями Правил Организации Объединенных Наций (Правил ООН), принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах, и об условиях взаимного признания официальных утверждений, выдаваемых на основе этих предписаний», заключенного в Женеве 20 марта 1958 года. Предписаний, принимаемых на основании «Соглашения о введении Глобальных технических правил для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах», заключенного в Женеве 25 июня 1998 года, и Предписаний ООН, принимаемых на основании «Соглашения о принятии единообразных условий для периодических технических осмотров колесных транспортных средств и о взаимном признании таких осмотров», заключенного в Вене 13 ноября 1997 года.
Визитная карточка
Александр Юрьевич Раменский, к.т.н.
Президент Национальной ассоциации водородной энергетики (НАВЭ РФ)
Вице-президент Международной ассоциации водородной энергетики (IAHE)
Председатель технического комитета РОССТАНДАРТА «Водородные технологии» (ТК 029)
h2org.ru
