Предметом настоящего исследования является анализ возможностей дальнейшего роста энергоэффективности судовых энергетических установок за счет использования концепции топливных элементов. Отмечается, что повышение эффективности современных энергетических установок, использующих тепловые двигатели, сдерживается ограничениями, накладываемыми на их коэффициент полезного действия теоремой Карно. В настоящее время перспективы роста КПД поршневых двигателей в качестве основных источников энергии в судовых энергетических установках рассматриваются как практически исчерпанные. В этой связи актуальной задачей совершенствования является поиск новых технических решений, не подпадающих под указанные ограничения, который, в частности, приводит к концепции топливных элементов. Технологии топливных элементов, в отличие от тепловых двигателей, предполагают использование иных способов преобразования скрытой энергии топлива, принципиально позволяя выйти на новый уровень энергоэффективности с повышением КПД на 10 % и более. В работе рассмотрены главные преимущества и недостатки основных видов топливных элементов и возможность их применения в качестве основных источников энергии в судостроении. Выделены наиболее перспективныевиды топливных элементов для судового использования, определена их инвестиционная привлекательность. В работе уделено отдельное особое внимание проблемам использования и хранения основного вида топлива для топливных элементов, которым является водород. На основе разработанных технологий использования сжиженного природного газа (LNG) выполнено сопоставление отдельных, наиболее значимых в эксплуатации свойств водорода со свойствами LNG. Дана оценка потенциальных рисков, возникающих при использовании водорода в качестве основного топлива на судах. На примерах разрабатываемых проектов энергетических установок с топливными элементами сделаны выводы о перспективах использования топливных элементов в судостроении.
The subject of this study is the analysis of the possibilities for further growth of the energy efficiency of marine power plants through the use of the fuel cells concept. It is noted that the increase in the efficiency of modern power plants using heat engines is constrained by the limitations imposed on their efficiency coefficient (efficiency) by Carnot’s theorem. Currently, the prospects for increasing the efficiency of piston engines, as the main sources of energy in marine power plants, are considered as practically exhausted. In this regard, an urgent task of improvement is the search for new technical solutions that do not fall under the mentioned restrictions, which, in particular, leads to the concept of fuel elements (TE). Fuel cell technologies, unlike heat engines, use the other ways of converting the latent energy of fuel and fundamentally allow us to reach a new level of energy efficiency with an increase in efficiency by 10 % or more. The main advantages and disadvantages of the main types of fuel and energy sources and the possibility of their use as the major sources of energy in shipbuilding are considered in the paper. The most promising types of fuel cells for marine use are identified, their investment attractiveness is determined. The special attention is paid to the problems of using and storing the main fuel for thermal power plants, which is hydrogen. On the basis of the developed technologies for the use of liquefied natural gas (LNG), the comparison of individual, most significant in operation properties of hydrogen with the properties of LNG is made. The potential risks arising from the use of hydrogen as the main fuel on ships are assessed. Based on the examples of the developed projects of power plants with fuel cells, conclusions about the prospects of using fuel cells in shipbuilding are made.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.