作为首个此类设施，NREL的重型加氢站打开了通往氢储存和加氢研究新前沿的大门

这一成果有助于美国能源部(DOE)和HD燃料电池电动汽车(FCEV)以及基础设施的行业目标，从而支持运输行业的脱碳进步。十多年来，NREL 一直支持轻型FCEV氢燃料实践的前沿研究。然而，重型卡车和重型机械是一项规模完全不同的领域。

设计和建造这些首创系统，这是一项重大的技术成就，这项研究有助于表征HD氢燃料的特性，并为塑造未来脱碳交通工具的新协议打开了大门。

IHS项目——与液化空气、本田、壳牌和丰田合作——解决了开发高流量氢燃料系统的研究挑战和技术差距，其中包括8类半卡车、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 在多个应用和经济领域实现清洁氢的H2@Scale愿景。最终目标是与传统的柴油车(大约10分钟)竞争，根据最大车载储存100kg氢气的潜力，这意味着氢气质量流量平均为10公斤/分钟(峰值为20 公斤/分钟)。这个速率大约是目前用于轻型 FCEV 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量目标，在2.87分钟内，向8个氢储罐(类似于重型车辆使用的储罐)中注入40.3 kg的氢，平均质量流量为14公斤/分钟(峰值21公斤/分钟)。这一中间里程碑将为该项目实现最终里程碑——在10分钟内用快速质量流量完成60-80kg的填充铺平道路。

建设更大的氢燃料系统

为了设计一个全新的加氢站，研究人员首先研究了 NREL 的加氢模拟 (H2FillS)模型。H2FillS 是一种快速、灵活且免费使用的热力学模型，可模拟从氢气站到轻型 FCEV 的氢气供应。2021 年，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，使其现在比以前的版本快20倍至40倍，并优化了压力斜坡率参数。此外，H2FillS 现在探索完整的加氢过程，以计算 HD 车辆的最佳加氢率。

为了了解车辆储氢罐内的温度分布（开发新的加油协议所必需的），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，以查明潜在的热点并优化混合特性。在项目过程中，该团队使用计算流体动力学建模完成了许多完全和部分填充，以探索罐尺寸、喷射器直径和喷射器角度对气体混合的影响等方面。研究人员平衡了这些结果与实验测试，以不断验证他们的工艺并进一步增强H2FillS用于高清应用。

这一集成过程为能源系统集成设施的氢基础设施的扩展提供了信息，为大型设备安装和评估创造了一个新的研究空间。这些升级包括一个新的隔离混凝土垫，该垫锚定在下面的基岩上，以适应具有振动特性的大型研究组件，例如氢压缩系统。为确保与HD-FCEV和卡车的兼容性，研究人员增加了约 300 公斤的额外高压氢气固定存储，并设计和建造了新的中高压气体管理面板、HD 氢燃料分配器、新的氢预冷系统，以及高清车载存储模拟装置。

新的重型站功能

NREL的高流量氢燃料示范为扩大对HD氢系统的研究打开了大门，包括燃料协议（目前不存在）和安全、规范和标准。作为同类设施中的第一个，NREL 的 HD 站允许研究人员在受控地点评估 HD氢燃料的硬件设备，例如高流量喷嘴、容器、软管和分离器，以确保这些设备的安全性和可靠性。未来的合作将利用新站的能力来协助开发 HD-FCEV 的加油基础设施。

研究人员表示：“我们看到重型燃料电池汽车拥有光明的未来，特别是在公司面临复杂的物流，需要严苛的工作周期、长距离和快速加油的情况下，这一里程碑标志着开发和验证氢燃料最佳实践的新机遇，以支持重型燃料电池卡车的采用。”