碳纤维高压储氢气瓶系列专题论述：高压气瓶成本测算模型
摘 要
2010年前后隶属于美国能源部DOE（Department of Energe）太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory, PNNL）开展了高压储氢瓶系列研究工作，PNNL通过与美国福特、东丽公司（美国CFA）等合作，对碳纤维材质高压储氢气瓶的成本进行综合测算分析。
在本文中，主要结合PNNL实验室在高压储氢气瓶成本估算等领域开展的研究工作进行概述。
《宁波材料所新型高强高模碳纤维开发的高压储气瓶通过测试》
《碳纤维复合材料储氢气瓶发展及应用》
《详解国外碳纤维高压储气瓶的市场供需及生产链条》
《碳纤维高压储氢瓶的结构及成本分析》
《碳纤维高压储氢气瓶系列专题论述：III型、IV型气瓶成本对比》
《碳纤维高压储氢气瓶系列专题论述：碳纤维强度转换效率》
碳纤维材质高压气瓶成本测算依据
对于碳纤维材质高压气瓶的成本估算，其最重要过程是建立适当假设输入，如高压气瓶原材料成本、关键性能参数等。
在碳纤维材质高压气瓶研制初期，国内外厂商大多选择日本东丽T700S型产品作为原材料，由于碳纤维丝束规格不同，因此生产成本也存在一定差异（如下所示），总体而言，碳纤维丝束规格越大，成本越低。
对于70MPa高压储氢IV型瓶成本估算时，其关键性能参数分析依据如下：
※ 安全系数为测试理论数据的2.25倍；
※ T700S理论拉伸强度为4900MPa；
※ 碳纤维强度转换效率83%；
※ 碳纤维力学性能变异系数10%；
※ 复合材料中碳纤维体积含量60%。
高压气瓶成本测算结果
通过对储氢质量为5.6kg的碳纤维材质高压储氢IV型气瓶进行大量估算，其中气瓶为单罐，初步得到可靠的成本估算数据。
经过多轮成本估算分析，得到IV型瓶成本估算值（如下所示），其中不同成本估算之间差异主要在于碳纤维强度转换效率和碳纤维卷绕成型成本上，但总体介于2200-2500美元之间。
由于在成本估算时模型存在一定差异，因此经过设计后获得最终气瓶重量也存在差异，如有限元分析模型获得气瓶重量91kg，而经过修正净额分析时气瓶重量达99kg。
经过成本估算分析后显示，通过采用低成本树脂、树脂改性，以及碳纤维及其成型控制等可以降低成本。