Моделирование заправочной инфраструктуры крио-компримированным водородом тяжелой техники в условиях карьера

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. В условиях растущей потребности в экологически чистых и эффективных источниках энергии, водород показывает себя как энергоноситель с высоким показателем плотности энергии и, фактически, нулевым выбросом CO2 в атмосферу. Для стабильно развивающейся отрасли транспорта тяжелой мобильности на водородном топливе важной является проблема безопасного и высокоплотного хранения водорода.

Цель работы. Теоретический анализ возможности применения технологии быстрой заправки крио-компримированным водородом карьерной техники.

Методы. Проведено CFD-моделирование теплопритоков к сменному картриджу с крио-компримированным водородом. Смоделирован цикл компримирования газообразного водорода с последующим охлаждением до 85 К в программной среде ASPEN HYSYS.

Результаты. Оценены удельные затраты цикла, сделаны выводы о энергетической эффективности такого способа хранения относительно известных и уже испытанных способов хранения водородного топлива в том числе на борту транспортных средств.

Заключение. В ходе текущего исследования был сделан вывод о возможном перспективном использовании крио-компримированной заправки карьерной техники с использованием технологии сменных картриджей. На основе результатов моделирования можно сделать вывод о возможности реализации данного решения и его безопасной эксплуатации. Также в ходе исследования получены теоретические значения SEC для данной технологии.

Об авторах

Александр Сергеевич Кротов

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: krotov@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9671-8890
SPIN-код: 4165-8154

канд. техн. наук, доцент

Россия, Москва

Артём Александрович Нестеров

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: cryonest@cryoeng.ru
ORCID iD: 0009-0009-5721-8258
Россия, Москва

Анна Игоревна Егорова

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: egorova.ai@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1391-5002
SPIN-код: 9860-8922

канд. техн. наук

Россия, Москва

Виктория Сергеевна Климова

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: kvs16ea249@student.bmstu.ru
SPIN-код: 2823-6269
Россия, Москва

Максим Сергеевич Мазякин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: maxim.maziakin@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-7426-2176
SPIN-код: 1864-9892
Россия, Москва

Иван Викторович Щербаков

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: vanya-sherbakov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-6366-5285
Россия, Москва

Егор Андреевич Сизов

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: sizov.egor@outlook.com
ORCID iD: 0009-0008-3613-1906
Россия, Москва

Игорь Дмитриевич Шелякин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: shelyakinlife@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5205-0796
SPIN-код: 4624-5336
Россия, Москва

Список литературы

  1. Khamayev SI, Chanchikov AA, Chizh SA. Using hydrogen as a car fuel: ecology or economy. Biznes-obrazovanie v ekonomike znaniy. 2025;1(30):54–56. (In Russ.) EDN QOQRAY
  2. The first comprehensive energy law comes into effect in China. CGTN: Electronic information resource. 2025. (in Russ.) Accessed: 17.02.2025. Available from: https://russian.cgtn.com/news/2025-01-01/1874443133834665986/index.html
  3. Global Hydrogen Review 2024. International Energy Agency: Electronic information resource. 2024. Accessed: 17.02.2025. Available from: https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2024
  4. Diesel fuel price analytics. DIZELNY RYNOK: Electronic information resource. 2023. (in Russ.) Accessed: 17.02.2025. Available from: http://xn--d1acfdrboy8h.xn--p1ai/rynok_diztopliva/analitika_cen_diztopliva.php
  5. Billion-dollar investments: where large mining and beneficiation plants are being built in Russia. GORNAYE DELO: Electronic information resource. 2023. (in Russ.) Accessed: 17.02.2025. Available from: https://xn--80adahnf5bdekrm.xn--p1ai/post/milliardnye-investitsii-gde-v-rossii-stroyat-krupnye-gorno-obogatitelnye-kombinaty/
  6. Forecast of global electric vehicle market growth. POWER TECHNOLOGY: Electronic information resource. 2023. (in Russ.) Accessed: 17.02.2025. Available from: https://www.power-technology.com/news/globaldata-global-ev-growth-forecast-report/
  7. Wang HC, Zhao YX, Dong XQ. et al. Thermodynamic analysis of low-temperature and high-pressure (cryo-compressed) hydrogen storage processes cooled by mixed-refrigerants. International Journal of Hydrogen Energy. 2022;47(67):28932–28944. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.06.193
  8. Aceves SM, Espinosa-Loza F, Ledesma-Orozco E, et al. High-density automotive hydrogen storage with cryogenic capable pressure vessels. International Journal of Hydrogen Energy. 2010;35(3):1219–1226. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.11.069
  9. Patent US 2009/0308083 A1 17 December 2009. Brunner T. Method for filling a pressure vessel provided for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen.
  10. 210L Hydrogen Storage Tank for Vehicles // HFSINO POWER: electronic information resource. 2023. (in Russ.) Accessed: 17.02.2025. Available from: https://ru.hfsinopower.com/210l-hydrogen-storage-tank-for-vehicles
  11. Hirose K. Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGgaA; 2010.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Инфраструктура решения.

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема установки криогенной заправки сжатым водородом.

Скачать (298KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Картридж для хранения и транспортировки CcH2.

Скачать (81KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Расчетная сетка, сечение вдоль/поперек баллонов.

Скачать (158KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Тепловой градиент при стационарном расчете коэффициента теплопередачи α от внешней среды к внутреннему объему газа.

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости средней температуры газа и давления от времени отепления.

Скачать (98KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Значение коэффициента теплопередачи α, рассчитанное в процессе нестационарного CFD расчета в течении первых 5 секунд процесса.

Скачать (53KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости средней температуры газа и давления от времени отепления для коэффициента теплопередачи α = αпр = 0,194 Вт ∙ м-2 ∙ К-1 и α = 0,138 Вт ∙ м-2 ∙ К-1.

Скачать (133KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Ссылка на описание лицензии: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».