Команда Технологического университета Граца проанализировала риски и потенциальные повреждения водородных транспортных средств в туннелях и выработала рекомендации. Их вывод? Любой ущерб будет значительным, но его возникновение маловероятно. Результаты они представили на 12-й Международной конференции по безопасности и вентиляции туннелей (TSV 2024), которая проходила в Граце 16–18 апреля.

Помимо электромобилей , в качестве альтернативы автомобилям с традиционными двигателями рассматриваются автомобили, работающие на водороде . Однако увеличение количества таких автомобилей с топливными элементами (электромобилей на топливных элементах — FCEV) также приведет к совершенно новым сценариям опасностей, особенно в туннелях.

В рамках проекта HyTRA Технологический университет Граца (TU Graz) исследовал, какие типы происшествий с участием водородных транспортных средств в туннелях реалистичны, какие опасности возникают для людей и конструкции туннеля и какие меры можно принять, чтобы минимизировать эти риски.

Низкая вероятность возникновения, высокий потенциал ущерба

Эмпирических данных о реальных авариях с участием водородных транспортных средств в туннелях на сегодняшний день практически нет из-за их низкой доли трафика. Таким образом, на основании опыта эксплуатации транспортных средств, работающих на газе, можно было сделать лишь приблизительную оценку вероятности возникновения, что указывало на низкую вероятность.

Для сравнения, потенциальный размер ущерба был проанализирован очень подробно на основе экспериментов проекта ЕС HyTunnel-CS, который завершился в 2022 году. Из-за высокой плотности энергии водорода и высокого давления , при котором он хранится, FCEV имеют очень высокий потенциал повреждения.

Согласно действующему стандарту, водород хранится в автомобилях под давлением 700 бар, а в грузовиках и автобусах — под давлением 350 бар. При повреждении танка быстро высвобождается большое количество энергии; если водород загорается, он горит при температуре более 2000 градусов по Цельсию. Хотя цистерны очень прочные и хорошо защищены от механических воздействий, они не выдерживают столкновения с грузовиком сзади. Поэтому этого сценария следует избегать, насколько это возможно.

Три сценария опасности

Наиболее вероятным исходом аварии с участием FCEV является то, что водород не окажет существенного воздействия. Однако в случае серьезных аварий могут возникнуть три различных сценария опасности.

В первом случае устройство теплового сброса давления (УТРД) срабатывает при повышении давления в результате теплового воздействия (например, пожара автомобиля), высвобождая водород из бака управляемой струей. Это поддерживает давление на определенном уровне и предотвращает разрыв резервуара.

Если выделившийся водород воспламеняется (что легко может произойти при смешивании с воздухом), пламя направляется к земле. Тем не менее, он остается опасным, поскольку водород горит без цвета и запаха, но опасная зона ограничена.

При выходе из строя ТПРД танк может взорваться, создав взрывную волну, которая распространится по всему тоннелю. До ок. 30 метров существует риск смерти, до ок. На расстоянии 300 метров существует риск серьезных внутренних повреждений, таких как кровотечение в легкие, а дальше все еще существует риск разрыва барабанных перепонок.

Третий сценарий наименее вероятен. Это происходит, когда водород выделяется без воспламенения. Водород, самый легкий элемент таблицы Менделеева, поднимается вверх и собирается в облако под потолком туннеля. При наличии источника воспламенения (например, раскаленных ламп или электрического импульса, запускающего вентилятор) следует взрыв водородного облака, что также вызывает взрывную волну.

Меньшая скорость и достаточное расстояние

«Наши исследования показали, что, хотя сценарии опасности, связанные с водородными транспортными средствами, относительно маловероятны, они таят в себе большой потенциал повреждения. Современные водородные резервуары построены настолько безопасно, что многое должно пойти не так, чтобы водород улетел», — говорит Дэниел Фрувирт из Институт термодинамики и устойчивых двигательных систем Технического университета Граца.

«Кроме того, транспортная инфраструктура в австрийских туннелях, вероятно, отвечает самым строгим требованиям в Европе. Поскольку у нас есть только один оператор для всех автомагистралей и автодорожных туннелей, уровень безопасности также очень однороден. С точки зрения инфраструктуры практически нет риска повреждение конструкции туннеля, но аварии будут опасны для людей».

Чтобы минимизировать риски, Фрувирт и его проектная группа рекомендовали несколько мер. Более строгие ограничения скорости, которые контролируются с помощью системы управления секциями, точные системы контроля дистанции, которые сигнализируют водителям, когда они следуют слишком близко, а также ограничения скорости, которые отображаются раньше в пробках, так что скорость уже достаточно низкая, когда вы подъезжаете к концу пробки. причинить лишь незначительный ущерб в случае наезда сзади.

«То, что уже реализовано в большинстве стран-членов ЕС в результате серьезных событий конца 1990-х — начала 2000-х годов, заключается в том, что все туннели на автомагистралях и шоссе длиной более 500 метров являются двухтрубными и как правило, больше не используются для двунаправленного трафика. Это значительно снижает риск», — объясняет Фрувирт.