Технология преобразования энергии в виде топливных элементов

Кинетическая энергия

Также еще один из альтернативных источников энергии, который широко используется автопроизводителями и чаще называется рекуперативным торможением. Идея проста: по мере того, как автомобиль замедляется, его энергия движения возвращается для зарядки аккумулятора, а не теряется с теплом и скрежетом при торможении.

Как и во всех формах передачи энергии, превращение кинетической энергии в накопленную никогда не бывает на 100% эффективным, поэтому вы не можете управлять автомобилем исключительно путем накопления энергии и последующего ее высвобождения при необходимости. Кроме того, для достижения разумных расстояний вам нужна большая батарея для хранения электричества, а это лишний вес. Чем тяжелее автомобиль, тем больше кинетической энергии он должен преобразовать в накопленную энергию посредством рекуперативного торможения.

Аммиак

Аммиак использовался для питания двигателей внутреннего сгорания еще в 1943 году. С тех пор он не оказал большего влияния, потому что обладал низкой плотностью энергии – где-то в два раза ниже, чем у бензина.

Однако аммиак можно производить дешево и в больших количествах, его можно использовать в качестве топлива для поршневых двигателей или в топливных элементах для выработки электроэнергии. В аммиаке нет углерода, поэтому он производит нулевые вредные выбросы углекислого газа. То, что удерживает его от использования в качестве топлива в настоящее время, касается его безопасности при хранении на автозаправочных станциях и на борту автомобилей.

Принцип действия системы топливных элементов

Для использования батареи топливных эле­ментов требуются подсистемы подачи водо­рода и кислорода (см. рис. «Электропривод с системой топливных элементов» ). В принципе, эти системы могут быть реализованы самыми различными способами. Описываемый здесь вариант используется во многих случаях.

Система подачи водорода в топливные элементы

Запас водорода хранится в баллоне высокого давления (700 бар). При помощи редуктора давление водорода понижается приблизи­тельно до 10 бар, и водород поступает в га­зовый инжектор.

Инжектор представляет собой электромаг­нитный клапан, при помощи которого дав­ление водорода устанавливается на стороне анода. В отличие от топливных форсунок двигателей внутреннего сгорания инжектор водорода должен обеспечивать постоянный массовый расход. Типичное значение рас­хода водорода при мощности 100 кВт состав­ляет 2,1 г/с. Максимальное значение давле­ния водорода составляет 2,5 бар.

Для работы батареи топливных элементов требуется постоянный сквозной поток водо­рода на стороне анода (мера гомогенизации). С этой целью в системе организована рецир­куляция водорода.

Разрушающие анод инородные газы на стороне анода непрерывно удаляются через электромагнитный спускной клапан. Это предотвращает накопление инородных газов, выходящих из баллона, или диффузионных газов (азота, водяных паров) со стороны ка­тода. Клапан установлен на выпуске батареи, на стороне анода. Для слива избытка воды в тракте анода используется клапан, открытый при нулевом электрическом токе.

Водород, неизбежно выходящий во время слива воды, либо сильно разбавляется воз­духом, либо каталитически преобразуется в воду.

Подача кислорода в топливные элементы

Требуемый для электрохимической реакции кислород берется из окружающего воздуха. Необходимый массовый расход кислорода, составляющий, в зависимости от требуемой мощности батареи, до 100 г/с, подается компрессором. Кислород сжимается компрессо­ром максимум до 2,5 бар и подается на сто­рону катода топливного элемента. Давление в топливном элементе регулируется клапаном динамического регулирования давления, установленным в тракте выпуска отходящих газов на выходе топливного элемента.

Для обеспечения достаточного увлажне­ния полимерной мембраны, подаваемый в элемент воздух увлажняется либо при помощи дополнительной мембраны, либо пу­тем впрыска сконденсированной воды.

Тепловой баланс топливных элементов

Электрический КПД топливных элементов составляет приблизительно 50%. Другими словами, в процессе преобразования химиче­ской энергии генерируется приблизительно такое же количество тепловой энергии, что и количество электрической энергии. Это тепло необходимо рассеивать. Рабочая темпера­тура топливных элементов типа РЕМ состав­ляет приблизительно 85 °С, что меньше тем­пературы двигателей внутреннего сгорания. Несмотря на более высокий КПД, радиатор и вентилятор радиатора, при использовании на автомобиле топливных элементов, должны быть увеличены.

Поскольку используемая охлаждающая жидкость находится в прямом контакте с топливными элементами, она должна быть электрически непроводящей (деионизован­ной). Циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается электрическим насосом. Расход охлаждающей жидкости составляет до 12 000 л/ч. Клапан регулирования темпе­ратуры распределяет поток охлаждающей жидкости между радиатором и перепускным каналом.

В системе используется охлаждающая жидкость, представляющая собой смесь деионизованной воды и этиленгликоля. Охлаждающую жидкость необходимо деиониозировать на автомобиле. С этой целью она пропускается через ионообменник, запол­ненный специальной смолой, и очищается в процессе удаления ионов. Проводимость охлаждающей жидкости должна составлять менее 5 мкСм/см.

Коэффициент полезного действия системы топливных элементов

На рис. «Коэффициент полезного действия батареи топливных элементов и системы топливных элементов» приведено сравнение КПД ба­тареи топливных элементов с КПД всей си­стемы. Часть электроэнергии потребляется вспомогательными компонентами, такими как компрессор, что снижает общий КПД системы. Тем не менее, системы топливных элементов обладают более высоким КПД, чем двигатели внутреннего сгорания, осо­бенно при работе в диапазоне частичных нагрузок.

Безопасность топливных элементов автомобиля

В целях обеспечения безопасности на авто­мобиле установлено несколько датчиков кон­центрации водорода. Водород представляет собой газ без цвета и запаха, который при объемной концентрации порядка 4% превра­щает воздух в горючую смесь. Датчики могут определять концентрацию водорода, начиная с 1%.

Типы водородного двигателя

Хотя существует несколько модификаций водородных двигателей, все они делятся на два типа:

  • Вид агрегата с топливным элементом;
  • Доработанный ДВС, приспособленный для работы на водороде.

Рассмотрим каждый тип по отдельности: в чем их особенности.

Силовые установки на основе водородных топливных элементов

За основу работы топливного элемента взят принцип аккумулятора, в котором происходит электрохимический процесс. Единственное отличие водородного аналога – более высокий КПД (в некоторых случаях более 45 процентов).

Топливная ячейка представляет собой одну камеру, в которую помещены два элемента: катод и анод. Оба электрода покрыты платиной (или палладием). Между ними расположена мембрана. Она делит полость на две камеры. В полость с катодом подается кислород, а во вторую – водород.

В результате происходит химическая реакция, результатом которой является объединение молекул кислорода и водорода с выделением электричества. Побочный эффект от процесса – вода и выделившийся азот. Электроды топливных элементов подключены к электроцепи автомобиля, в том числе и электромотору.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

В этом случае, хотя мотор и называется водородным, он имеет идентичное строение, что и обычный ДВС. Единственное отличие – происходит сгорание не бензина или пропана, а водорода. Если заправлять баллон водородом, то есть одна проблема – этот газ снизит эффективность обычного агрегата приблизительно на 60 процентов.

Вот несколько других проблем, с которыми связан переход на водород без модернизации мотора:

  • Когда ВТС будет сжиматься, газ будет вступать в химическую реакцию с металлом, из которого изготовлена камера сгорания и поршень, а нередко это может происходить и с моторным маслом. Из-за этого в камере сгорания образуется другое соединение, которое не отличается особой способностью к качественному сгоранию;
  • Зазоры в камере сгорания должны быть идеальными. Если где-то топливная система имеет хотя бы минимальную утечку, при контакте с раскаленными предметами газ легко воспламенится.

Мотор для Honda Clarity

По этим причинам водород практичней применять в качестве топлива в роторных моторах (в чем их особенность, читайте здесь). Впускной и выпускной коллекторы таких агрегатов расположены отдельно друг от друга, поэтому газ на впуске не раскаляется. Как бы то ни было, пока моторы модернизируются так, чтобы обойти проблемы использования более дешевого и экологически чистого топлива.

Водородный двигатель: типы, устройство,принцип работы

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте. Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку»

Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. 

Маркетинговая тяга

Продолжим дальше наши следственные действия. Популярная легковая Tesla S с японской батареей Panasonic имеет плотность заряда 250 Вт·ч/ кг. Поскольку революции в изготовлении АКБ пока никто не объявил, то представим, что в грузовик попадет именно АКБ с подобными параметрами в 250 Вт·ч/кг. Тогда общую ёмкость в 1000 кВт·ч поделим на плотность 250 Вт·ч/кг и получим массу аккумулятора 4000 кг.

Но аккумулятор – не просто куча спаянных батареек. Кроме электрохимических элементов здесь мощная изоляция, прочный металлический корпус, трубопроводы системы охлаждения и другие компоненты, которые значительно увеличивают конечный вес батареи. В паспортных значениях АКБ первого родстера Tesla указана плотность энергии в районе 211 Вт·ч/кг, но в реальности этот аккумулятор весит 450 кг, и фактическая плотность энергии опускается до скромных 118 Вт·ч/кг

Не будем идеалистами при оценке АКБ. Так батарея тягача ёмкостью в 1000 кВт·ч при её реальной плотности 118 Вт·ч/кг будет весить уже 8,5 т! Надо сказать, что это очень грубый приблизительный расчёт, ведь расход энергии может превышать заявленный. Вес корпуса и изоляции могут быть выше, чем у легкового АКБ. Но в любом случае параметры аккумулятора получились не маленькими, и они, как оказалось, коррелируются со словами специалистов моторостроительной корпорации Cummins, которые определили массу аккумуляторов в 10 т.

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)

Твердооксидные топливные элементы являются топливными элементами с самой высокой рабочей температурой. Рабочая температура может варьироваться от 600°C до 1000°C, что позволяет использовать различные типы топлива без специальной предварительной обработки. Для работы с такими высокими температурами используемый электролит представляет собой тонкий твердый оксид металла на керамической основе, часто сплав иттрия и циркония, который является проводником ионов кислорода (О2-). Технология использования твердооксидных топливных элементов развивается с конца 50-х годов ХХ века и имеет две конфигурации: плоскостную и трубчатую.

Твердый электролит обеспечивает герметичный переход газа от одного электрода к другому, в то время как жидкие электролиты расположены в пористой подложке. Носителем заряда в топливных элементах данного типа является ион кислорода (О2-). На катоде происходит разделение молекул кислорода из воздуха на ион кислорода и четыре электрона. Ионы кислорода проходят по электролиту и объединяются с водородом, при этом образуется четыре свободных электрона. Электроны направляются по внешней электрической цепи, при этом генерируется электрический ток и побочная теплота.

Рис. 8. Процессы в твердооксидном топливном элементе

Реакция на аноде: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Реакция на катоде: O2 + 4e- => 2O2-

Общая реакция элемента: 2H2 + O2 => 2H2O

КПД производства электрической энергии — самый высокий из всех топливных элементов – около 60%. Помимо этого, высокие рабочие температуры позволяют осуществлять комбинированное производство тепловой и электрической энергии для генерации пара высокого давления. Комбинирование высокотемпературного топливного элемента с турбиной позволяет создать гибридный топливный элемент для повышения КПД генерирования электрической энергии до 70%.

Твердооксидные топливные элементы работают при очень высоких температурах (600°C-1000°C), в результате чего требуется значительное время для достижения оптимальных рабочих условий, при этом система медленнее реагирует на изменение расхода энергии. При таких высоких рабочих температурах не требуется преобразователь для восстановления водорода из топлива, что позволяет теплоэнергетической установке работать с относительно нечистым топливом, полученным в результате газификации угля или отработанных газов и т.п. Также данный топливный элемент превосходно подходит для работы с высокой мощностью, включая промышленные и крупные центральные электростанции. Промышленно выпускаются модули с выходной электрической мощностью 100 кВт.

Термический реактор Росси

Итальянский изобретатель Андреа Росси при поддержке научного консультанта физика Серджо Фокарди, провели эксперимент:

В герметичную трубку поместили насколько грамм никеля (Ni) добавили 10% алюмогидрида лития, катализатор и заполнили капсулу водородом (Н2). После нагрева до температуры порядка 1100-1300оС, парадоксально, но трубка оставалась в горячем состоянии на протяжении целого месяца, а выделенная тепловая энергия, в несколько раз превышала затраченную на нагрев!

На семинаре в Российском университете дружбы народов (РУДН) в декабре 2014 года, было доложено об успешном повторении этого процесса в России:

По аналогии выполнена трубка с топливом:

Выводы по эксперименту: выделение энергии в 2,58 раза больше затраченной электрической энергии.

В Советском Союзе работы по ХЯС велись с 1960 года в некоторых КБ и НИИ по заказу государства, но с “перестройкой” финансирование прекратилось. На сегодняшний день эксперименты успешно проводятся независимыми исследователями – энтузиастами. Финансирование осуществляется на личные средства коллективов граждан России. Одна из групп энтузиастов, под руководством Самсоненко Н.В., работает в здании «Инженерного корпуса» РУДН.

Ими был проведен ряд калибровочных тестов с электронагревательными приборами и реактором без топлива. В этом случае, как и следовало ожидать, выделяемая тепловая мощность равна подводимой электрической мощности.

Основная проблема – спекание порошка и локальный перегрев реактора, из-за чего нагревательная спираль перегорает и даже сам реактор может прогореть насквозь.

Но А.Г. Пархомову, удалось сделать длительно работающий реактор. Мощность нагревателя 300 Вт, КПД=300%.

Камерная проблема

Экология из привилегии становится повинностью. Мы в начале пути и нулевые налоги закончатся сразу, как упадёт спрос на автомобили с ДВС. Компании уже сейчас начали снижать аппетиты на разовый пробег. В восточных и северных провинциях Китая местные власти уже вводят налог на электромобили, не оборудованные системами слежения. Когда в Шанхае прошла презентация инновационной концептуальной платформы Q-Truck, чьи блоки Li–Io батарей за 2 часа могут обеспечить пробег до 150 км, прозвучал вопрос: правда ли что эта машина станет шпионом? Дело в том, что концепт оборудован камерами, фиксирующими все активные объекты в радиусе 50–150 м. Они установлены в верхней точке тягача и отслеживают рядность движения, другие транспортные средства, пешеходов, распознаёт лица и читает все дорожные знаки. По бортам автомобиля смонтированы 2 камеры с дальностью действия 40 м и углом обзора в 160°. Ужас в том, что стабильная работа систем гарантирована при любых погодных условиях и в температурном диапазоне от –35 до +60 °С.

Биодизель

Плюсом биодизельного топлива можно считать то, что его получают из восстанавливаемых органических элементов. В зависимости от поколения биодизеля (всего их три) топливо могут получать из рапса и других сельхозкультур, из жиросодержащих отходов и из липидов микроводорослей.

Промышленное производство биодизеля обходится дороже, чем получение дизельного топлива из нефти, поэтому этот вид горючего прижился слабо. Плюс к этому биодизель сложно назвать нейтральным веществом – растворяющие свойства у него получше будут, чем у обычного дизеля, поэтому фильтры нужно менять чаще, чтоб они не пришли в негодность.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз . Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году . В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль , первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор .

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Водород на задворках

Золотому миллиарду, куда входят развитые страны, требуется толчок к развитию экономики в наукоёмких сферах, что сподвигает компании идти на собственные эксперименты.

DHL Deutsche Post переделала коммерческие 0,8-тонные фургоны Ford Transit в электромобили на собственном предприятии StreetScooter GmbH. Фургон Ford Transit H2 Panel Van стал первым стандартным 4,25-тонным электромобилем с объёмом 10 кубометров (эквивалентно объёму 100 экспресс-посылок), работающим на водородных топливных элементах. Он способен преодолевать расстояния до 500 км с одной заправки. До 2021 года будет изготовлено 100 фургонов в сотрудничестве с немецким подразделением компании Ford-Werke GmbH. Проект частично финансируется Федеральным министерством транспорта в рамках Национальной инновационной программы «Технология водородных и топливных элементов (NIP II)». Литий-ионная АКБ общей ёмкостью 40 кВт·ч. Запас водорода 6 кг хранится в герметичном резервуаре под давлением 700 бар. Компания не раскрывает затрат на эксплуатацию, а они в 8–10 раз оказываются выше, чем у обычного фургона с дизелем или бензиновым двигателем.

Пропан

Важно отличать пропан от сжиженного газа. Пропан можно назвать СПГ, но не весь СПГ состоит из пропана

Немногие автомобили работают исключительно на пропане, и большинство из них используют его как биотопливо, где они работают сперва на бензине, а затем переключаются на пропан, чтобы уменьшить выбросы.

Поскольку пропан – это газ, ему нужен больший резервуар для хранения достаточного его количества. Двигатель будет сжигать на 27% больше пропана, чтобы достичь той же мощности, что и бензин. Стоит также отметить, что пропан работает наилучшим образом в холодных климатических условиях.

Применение в автомобилях

Из всех типов топливных элементов, по- видимому наилучшим кандидатом для применения в транспортных средствах стали топливные элементы на основе протонообменных мембран или будто их называют на западе- Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Основными причинами этого являются его высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура, а это в свою очередность означает, что у него не потребуется немало времени для того чтоб привести топливные элементы в пролетарий режим. Они оперативно разогреются и начнут изготовлять необходимое количество электроэнергии. В ее основе используется также одна из самых простых реакций из всех типов топливных элементов.

Первое транспортное оружие с этой технологией было сделано еще в 1994 году, когда Mercedes-Benz представил прообраз MB100 созданный на основе NECAR1 (новоиспеченный электрический автомобиль 1). Помимо малой выходной мощности (итого 50 киловатт), самый большенный недостаток этой концепции заключалась в том, что топливный элемент занимал весь объем грузового отсека фургона.

Кроме того, с точки зрения пассивной безопасности, это была ужасная идея для массового производства, принимая во внимание нужда установки на борту массивного резервуара, заполненного легковоспламеняющимся водородом под давлением. В течение следующего десятилетия технология развивалась и одна из последних концепций, созданных на топливных элементах от Мерседес имел выходную мощность 115 л.с

(85 квт) и диапазон действия возле 400 километров перед дозаправкой. Разумеется, немцы были не единственными пионерами в разработке топливных элементов будущего. Не забывайте про двух японцев, Toyota и Honda. Одним из крупнейших автомобильных игроков стала Honda, какой представил серийный автомобиль с силовой установкой на водородных топливных элементах. Продажи FCX Clarity в лизинг на территории США начались летом 2008 года, чуть позже реализация автомобиля перешла в Японию

В течение следующего десятилетия технология развивалась и одна из последних концепций, созданных на топливных элементах от Мерседес имел выходную мощность 115 л.с. (85 квт) и диапазон действия возле 400 километров перед дозаправкой. Разумеется, немцы были не единственными пионерами в разработке топливных элементов будущего. Не забывайте про двух японцев, Toyota и Honda. Одним из крупнейших автомобильных игроков стала Honda, какой представил серийный автомобиль с силовой установкой на водородных топливных элементах. Продажи FCX Clarity в лизинг на территории США начались летом 2008 года, чуть позже реализация автомобиля перешла в Японию.

Еще дальше пошла Toyota с моделью Mirai, чья прогрессивная система топливных элементов, работающая на водороде, по- видимому способна предоставить футуристичному автомобилю диапазон действия в 520 км на одном баке, какой может быть заправляемого менее чем за пять минут, этак же как обычный автомашина. Показатели расхода топлива поразят любого скептика, они невероятны даже для автомобиля с классической силовой установкой Toyota Mirai расходует 3.5 литра самостоятельно от того в каких условиях используется автомашина, в городе, на шоссе или в смешанном цикле.

Прошло восемь лет. Honda потратила это пора с пользой для своего дела. Второе поколение Honda FCX Clarity сейчас появляется в продаже. Ее батареи топливных элементов стали на 33% более компактными, чем у первой модели, удельная мощность увеличилась на 60%. Honda уверяет, что топливный элемент и интегрированный силовой агрегат в Clarity Fuel Cell по размерам сравним с двигателем V6, что оставляет довольно внутреннего пространства для пяти пассажиров и их багажа.

Предполагаемый диапазон составляет 500 км, а стартовая стоимость новинки должна закрепиться на уровне в $ 60,0000. Дорого? Навыворот, очень даже дешево. В начале 2000 автомобили с подобными технологиями стоили $ 100.000.

Учитывая ограничения присущие данной технологии в автомобилях, в связи с отсутствием заправочной инфраструктуры, являющейся наибольшим препятствием, машины на топливных элементах вряд ли смогут конкурировать с более традиционными автомобилями в ближайшие 15-20 лет, однако в долгосрочной перспективе, они могут очутиться более жизнеспособными. Налоги на загрязнение и экологические законы становятся все более и более жесткими, и наряду с непрерывным ростом потребления ископаемого топлива, это может уверить правительства разных стран и производителей автомобилей вкладываться в экологичную технологию еще активнее.

Информационное издание: Новости гаи, дтп, штрафы пдд, ГИБДД, Испытание ПДД онлайн. Техосмотр

И где же водородный двигатель?

А теперь вернемся к началу статьи. Какой же двигатель у грузовиков Nikola? Да и вообще у автомбилей с ТЭ?

Прежде чем ответить, зададим другой вопрос: что такое двигатель? Большая Советская Энциклопедия (БСЭ) дает строгое определение: двигатель – это энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. Согласна с этим и современная Википедия – куда ж ей без БСЭ?

Так вот: в автомобилях с ТЭ в механическую работу преобразуется электрическая энергия. Двигатель у этих транспортных средств – электрический. А электричество вырабатывает электрохимический генератор – те самые водородные топливные элементы.

А коль двигатель электрический, значит, речь об электромобиле? Именно так. Это электромобиль с автономной электростанцией на борту.

Число водородных заправок будет расти

Можно представить и формальные, если хотите – юридические доказательства. Читаем внимательно Международный стандарт IEC/TS62282–1:2010 «Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология». В нем дается четкое определение транспортного средства на топливных элементах (ТСТЭ). По-английски – fuel cell vehicle (FCV).

Цитируем: «ТСТЭ представляет собой электрическое транспортное средство (электромобиль), в котором энергетическая система на топливных элементах подает питание на электродвигатель для приведения транспортного средства в движение».

Прикажете открыть национальный стандарт? Легко! Вот ГОСТ Р 54811–2011 «Электромобили. Методы испытаний на активную и пассивную безопасность». Там дается следующее определение электромобилей (снова цитируем):

• п. 3.8. «Электромобиль (ЭМ): колесное транспортное (автотранспортное) средство категорий М1 и N1 по ГОСТ Р 52051, приводимое в движение одним или несколькими электрическими двигателями, получающими энергию от аккумуляторных батарей, емкостных накопителей и (или) топливных элементов, предназначенное для эксплуатации на автомобильных дорогах общего пользования и на дорогах, специально предназначенных для ЭМ»;

• п. 3.10. «Электромобиль с топливными элементами: ЭМ, электрическая энергия для движения которого вырабатывается топливными элементами, установленными на ЭМ, и может накапливаться в тяговых аккумуляторных батареях или емкостных накопителях энергии, также установленных на ЭМ».

Так что как ни крути, Nikola One, Two и Tre – электромобили. И двигатели у них – электрические, а не водородные.

А вот у описанного выше BMW H2R двигатель действительно водородный. Потому что это ДВС, работающий на водороде. Точно так же, как ДВС, работающий на бензине, мы назовем бензиновым двигателем, на дизельном топливе – дизельным, а на метане – газовым.

Выводы и рекомендации

1. Национальные комитеты Российской Федерации и Китайской Народной Республики, работающие в международных организациях ИСО и МЭК, специализирующиеся в области водородных технологий и топливных элементов, проводят важную работу по формированию международной системы стандартизации в сфере водородных технологий и топливных элементов, а также принимают неотложные меры для имплементации международных документов по стандартизации в национальные системы своих стран, с тем чтобы максимально сблизить требования безопасности, методы испытания и оценки соответствия задачам инновационного развития.

2

Организация эксплуатации водородного транспорта с системами топливных элементов в рамках водородных транспортно-энергетических комплексов (ВТЭК), включающий парк водородных автомобилей, автобусов и водородных заправочных станций в г. Юньфу (КНР) имеет важное социально-экономическое значение для продвижения водородных технологий не только в Китае, но и в России, странах СНГ и Таможенного союза

3. С учетом накопленного опыта целесообразно в самое ближайшее время поставить вопрос о разработке и организации эксплуатации совместными усилиями водородного транспортно-энергетического комплекса, включающего водородные заправочные станции и парк водородных электробусов, со сроком окупаемости менее 3 лет.

4. Рассмотреть возможность организации совместного серийного производства беспилотных летательных аппаратов с системой топливных элементов и компримированного хранения водорода на борту с продолжительностью непрерывного полетного времени на одной заправке, превышающей 3 часа.

5. Объединить усилия сторон по совершенствованию систем производства водорода в целях оптимизации структуры производства водородного топлива в зависимости от реальных условий его применения, включая использование различных видов углеводородного топлива, а также технологий возобновляемых источников энергии.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ремонт авто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector