ПРИМЕНЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИИ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

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.

судовая энергетическая установка, энергоэффективность, топливные элементы, водородное топливо, перспективы использования

1. Живлюк Г. Е. Перспективные технологии водного транспорта для ограничения парникового эффекта / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2021. - Т. 13. - № 5. - С. 730-743. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-5-730-743.

2. Иванченко А. А. Энергетическая эффективность судов и регламентация выбросов парниковых газов / А. А. Иванченко, А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 3 (31). - C. 103-112. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-3-103-112.

3. Коровин М. И. Топливные элементы и электрохимические установки / М. И. Коровин. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 280 с.

4. Сборник нормативно-методических материалов. Книга двадцать вторая. НД № 2-139902-27. - СПб.: Российский регистр судоходства, 2013. - 10 с.

5. Лебедева М. В. Топливные элементы - характеристика, физико-химические параметры, применение / М. В. Лебедева, Н. А. Яштулов. - М.: Мир науки, 2020. - 63 с.

6. Kupecki J. Modeling, Design, Construction, and Operation of Power Generators with Solid Oxide Fuel Cells /j. Kupecki. - Springer, Cham, 2018. - 261 p.

7. Липилин А. С. ТОТЭ и энергосистемы на их основе: состояние и перспективы / А. С. Липилин // Электрохимическая энергетика. - 2007. - Т. 7. - № 2. - С. 61-72.

8. Moorman C. E. Renewable Energy and Wildlife Conservation (Wildlife Management and Conservation) / C. E. Moorman, S. M. Grodsky, S.Rupp. - Johns Hopkins University Press, 2019. - 271 p.

9. Мельник Г. В. Топливные элементы / Г. В. Мельник // Двигателестроение. - 2007. - № 1 (227). - С. 50-54.

10. Staffell I. The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system / I. Staffell, D. Scamman, A. V. Abad, P. Balcombe, P. E. Dodds, P. Ekins, N. Shah, K. R. Ward // Energy & Environmental Science. - 2019. - Vol. 12. - Is. 2. - Pp. 463-491. DOI: 10.1039/C8EE01157E.

11. Лоскутников А. А. Термодинамический облик комбинированных энергоустановок на базе ГТУ и ТОТЭ / А. А. Лоскутников, И. М. Горюнов, Ф. Г. Бакиров // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королёва (Национального исследовательского университета). - 2011. - № 3-1 (27). - С. 370-379.

12. Wang J. Techno-Economic Challenges of Fuel Cell Commercialization /j. Wang, H. Wang, Y. Fan // Engineering. - 2018. - Vol. 4. - Is. 3. - Pр. 352-360. DOI: 10.1016/j.eng.2018.05.007.

13. Saito N. The economic analysis of commercial ships with hydrogen fuel cell through case studies. Master Diss. / N. Saito. - Malmö, Sweden: World Maritime University, 2018. - 97 p.

14. Кухлинг Х. Справочник по физике / Пер. с нем. - 2-е изд. - М.: Мир, 1985. - 520 с.

15. Klebanoff L. Comparison of the safety-related physical and combustion properties of liquid hydrogen and liquid natural gas in the context of the SF-BREEZE high-speed fuel-cell ferry / L. E. Klebanoff, J. W. Pratt, B. LaFleur // International Journal of Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. - Is. 1. - Pp. 757-774. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.11.024.

16. Lindstad E. Potential power setups, fuels and hull designs capable of satisfying future EEDI requirements / E. Lindstad, T. I. Bø // Transportation Research Part D: Transport and Environment. - 2018. - Vol. 63. - Pp. 276-290. DOI: 10.1016/j.trd.2018.06.001.