alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.22-27.064-078alternative-1804Research ArticleIV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономикаIV. HYDROGEN ECONOMY. 12. Hydrogen EconomyБезопасные и безотходные технологии на основе водородной электроэнергетикиSafe and Wasteless Technologies Using Hydrogen Power GenerationШульгаР. Н.ShulgaR. N.

Шульга Роберт Николаевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, ВЭИ   –   филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ».

д. 12, ул. Красноказарменная, Москва, 111250.

тел.: +7(903)248-20-56.

SPIN  РИНЦ:  5136-4188  по  РИНЦ  41

Xio РИНЦ:  5

Researcher ID: A-9321-2014

Scopus Author ID: 6506511448

Robert Shulga - Ph.D. in Engineering, Leading Researcher, VEI  – the Branch of the Federal State Unitary Enterprise RFNC – VNIITF.

12 Krasnokazarmennaya Str., Moscow, 111250.

tel.: +7 (903) 248 20 56.

SPIN  РИНЦ:  5136-4188  по  РИНЦ  41

Xio РИНЦ:  5

Researcher ID: A-9321-2014

Scopus Author ID: 6506511448

rnshulga@vei.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2494-4685ПутиловаИ. В.PutilovaI. V.

Путилова Ирина Вячеславовна - кандидат технических наук, доцент, заведующая Научно-образовательным центром «Экология энергетики» (НОЦ «Экология энергетики» МЭИ), член редакционной коллегии от России электронного журнала “Coal Combustionand Gasification Products” (www.coalcgp-journal.org).

д. 14, ул. Красноказарменная, Москва, 111250.

тел./факс: +7(495)362-79-12.

Scopus Author ID: 6505929717 

Irina Putilova - Ph.D. in Engineering, Associate Professor, Head of the Centre for Science and Education “Ecology of Power Engineering” of MPEI, Member of the Editorial Board from Russia of the Electronic Journal “Coal Combustion and Gasification Products” (www.coalcgp-journal.org).

14 Krasnokazarmennaya Str., Moscow, 111250.

tel./fax: +7 (495) 362 79 12.

Scopus Author ID: 6505929717

putilovaiv@ecopower.ruСмирноваТ. С.SmirnovaT. S.

Смирнова Татьяна Сергеевна - ведущий научный сотрудник, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ».

д. 12, ул. Красноказарменная, Москва.

Tatyana Smirnova - Leading Researcher, VEI – the Branch of the Federal State Unitary Enterprise RFNC – VNIITF.

12 Krasnokazarmennaya Str., Moscow, 111250.

ИвановаН. С.IvanovaN. S.

Иванова Наталья Сергеевна - магистр НИУ «МЭИ».

д. 14, ул. Красноказарменная, Москва, 111250.

тел./факс: +7(495)362-79-12.

Natalia Ivanova - Bachelor, MPEI.

14 Krasnokazarmennaya Str., Moscow, 111250.

tel./fax: +7 (495) 362 79 12.

Филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ»РоссияФилиал FSUE “RFNC – VNIITF”Russian FederationНИО Научно-образовательный центр «Экология энергетики» НИУ МЭИРоссияResearch Department – Scientific-Educational Center “Ecology in Power Engineering” of MPEIRussian Federation201910112019022-276478Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1804

В России остро стоит проблема отработки новых безопасных и безотходных технологий переработки отходов, в частности, она входит в задачи комплексного освоения Арктики. Решить эту проблему можно с помощью технологий водородной электроэнергетики. Проанализирована структура и методика безотходных технологий переработки отходов. Отходы делятся на наиболее распространенные твердые отходы промышленности и жизнедеятельности, включая природные и техногенные (свалки); жидкие отходы, в том числе стоки илов бытовой и дождевой канализации, нефтяных и др. промышленных отходов; фильтрат полигонов, включая свалочные газы; отходы при транспортировке и перегрузке нефтепродуктов и др. Описаны методы и устройства очистки (промышленные судовые установки), их характеристики в условиях Арктики. Данные устройства включают: инсинераторы, установки для очистки стоков и фильтрата сточных вод ТКО, опреснительные установки обратного осмоса с использованием снего- и ледоплавильных установок, установки по очистке и фильтрации дымовых газов с упором на способы электрической очистки, стендеры для погрузочно/разгрузочных работ нефтепродуктов и опасных отходов. Показаны преимущества применения водородных источников и накопителей электроэнергии с использованием СПГ в условиях Арктики как в части энергоэффективности, так и экологии, а также возможности их совместной эксплуатации с судовыми установками переработки отходов. Приведены характеристики твердооксидных и твердополимерных топливных элементов и области их применения. Для наиболее динамично развивающихся твердооксидных элементов даны характеристики в простом и когенерационном циклах, указана область их применения в малой и распределенной энергетике на мощности до 10 кВт. Перечислены характеристики традиционных источников электроэнергии на базе судовых и авиационных газотурбинных установок, работающих на СПГ, которые могут применяться в автономных сетях энергоснабжения арктических объектов. Продемонстрированы преимущества этих установок по удельной мощности по сравнению с дизельными энегоустановками и накопителями. Отмечено, что высокое потребление СПГ и экологические показатели ограничивают применение этих устройств в Арктике с учетом затрудненной логистики. Показано, что энергоэффективность водородных накопителей значительно выше традиционных источников, причем если КПД последних повышается с ростом их мощности, то КПД накопителей практически не изменяется во всем диапазоне мощностей.

In Russia, the developing new safe and non-waste technologies for processing waste is an complex issue, in particular for development of the Arctic. This problem can be solved with the help of hydrogen electric power technologies. The article analyzes the structure and method of waste-free technologies of waste processing. The waste is divided into: the most common solid waste industry and life, including natural and man-made factors (landfills); liquid waste including sewage sludge household and rainwater, oil and other industrial waste; leachate landfills, including landfill gases; waste during transportation and transshipment of oil products, etc. The methods of purification and industrial shipping equipment and their characteristics for the application at facilities of the Arctic are described. These installations include: incinerators, installations for treatment of sewage and filtrate of sewage of MSW, desalination plants of reverse osmosis and with use of snow and ice melting installations, cleaning and filtration of flue gases with an emphasis on methods of electric cleaning, standers for loading and unloading of oil products and hazardous waste. The article shows the advantages of the use of hydrogen sources and energy storage using LNG in the Arctic both in terms of energy efficiency and ecology, the possibility of their use in conjunction with the above waste treatment plants. The characteristics of solid oxide and solid polymer fuel cells and their applications are presented. For the most dynamically developing solid oxide cells, the article gives their characteristics in simple and cogeneration cycles and presents the scope of their application in small and distributed energy at power up to 10 kW. The characteristics of traditional sources of electricity on the basis of ship and aircraft gas turbine units operating on LNG, which can be used in Autonomous power supply networks of Arctic facilities. Their advantages in terms of specific power in comparison with diesel power plants and storage devices are shown, but high LNG consumption and environmental indicators limit their use in the Arctic, taking into account the difficult logistics.

Comparison of the energy efficiency of traditional sources and hydrogen storage shows significant advantages of the latter, and if the efficiency of traditional sources increases with their power, the efficiency of storage devices does not change in the entire range of capacities. This circumstance makes the use of hydrogen sources and accumulators in the field of small capacities typical for Arctic consumers uncontested, especially taking into account the possibilities for safe and waste-free technology for processing industrial and life waste.

безопасная и безотходная технологияпереработка отходовинсинераторочистка стока и фильтратаопреснительная установкаочистка дымовых газовводородный источник и накопительsafe and waste-free technologywaste treatmentincineratorpurification of runoff and filtratedesalination plantflue gas treatmenthydrogen source and storageReferencesОб утверждении основ государственной политики регионального развития Российской Федерации на период до 2025 г.: указ Президента РФ от 16 января 2017г. № 13 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://constitution.garant.ru/act/federative/71587690/ – (Дата обращения: 12.03.2019.).Approving the fundamentals of state policy of regional development of the Russian Federation for the period till 2025: the decree of the President of the Russian Federation of 16 January, 2017. No. 13 (Ob utverzhdenii osnov gosudarstvennoi politiki regional'nogo razvitiya Rossiiskoi Federatsii na period do 2025 g.: ukaz Prezidenta RF ot 16 yanvarya 2017 g. no. 1) [E-resource]. Available on: http://constitution.garant.ru/act/federative/71587690/ (03.12.2019) (in Russ.).О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 21 апреля 2014 г. № 366: постановление Правительства Российской Федерации от 31 августа 2017 г № 1064 [Электронный источник]. – http://government.ru/docs/all/113146/. – (Дата обращения: 12.03.2019.).About modification of the order of the Government of the Russian Federation of April 21, 2014 No. 366: the order of the Government of the Russian Federation of August 31, 2017 No. 1064 (O vnesenii izmenenii v postanovlenie Pravitel'stva Rossiiskoi Federatsii ot 21 aprelya 2014g. no. 366: postanovlenie Pravitel'stva Rossiiskoi Federatsiiot 31 avgusta 2017 g no. 1064) [E-resource]. Available on: http://government.ru/docs/all/113146/ (03.12.2019).Об отходах производства и потребления Федеральный Закон 1998 г, с изменениями 01.01.2019 г. № 89 [Электронный источник]. – Режим доступа: https://legalacts.ru/doc/FZ-ob-othodah-proizvodstva-i-potreblenija/. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Оn production and consumption waste Federal Law , 1998, as amended on 01.01.2009. No. 89 (Ob othodah proizvodstva i potrebleniya Federal'nyi Zakon 1998 g, s izmeneniyami 01.01.2019 g. № 89) [E-resource]. Available on:https://legalacts.ru/doc/FZ-ob-othodah-proizvodstva-i-potreblenija/ (03.12.2019).Водный кодекс Российской Федерации №282-ФЗ от 21.10 2013 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901982862. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Water code of the Russian Federation №282-FZ of 21.10 2013 (Vodnyi kodeks Rossiiskoi Federatsii №282-FZ ot 10.21.2013) [E-resource]. Available on: http://docs.cntd.ru/document/901982862 (03.12.2019).Шульга, Р.Н. Мультиагентныe системы постоянного тока с использованием ВИЭ и водородных топливных элементов / Р.Н. Шульга, И.В. Путилова // Международный научный журнал «Альтернативная электроэнергетика» (ISJAEE). – 2019. – № 1–3. – С. 65–82.Shulga R.N., Putilova I.V. DC multi-agent systems using RES and hydrogen fuel cells (Mul'tiagentnye sistemy postoyannogo toka s ispol'zovaniem VIE i vodorodnyh toplivnyh elementov). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2019;1–3:65–82 (in Russ.).Шульга, Р.Н. Арктика: экология и водородная электроэнергетика / Р.Н. Шульга, И.В. Путилова // Международный научный журнал «Альтернативная электроэнергетика» (ISJAEE). – 2019. – № 4–6. – С. 43–61.Shulga R. N., Putilova I. V. Arctic: ecology and hydrogen power engineering (Arktika: ekologiya i vodorodnaya elektroenergetika). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2019;4–6: 43–61 (in Russ.).Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок Приказ Минэнерго РФ от 22.08.2013 № 469 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901856779. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Rules of technical operation of thermal power plants, Order of the Ministry of energy of 08.22.2013 №469 (Pravila tehnicheskoi ekspluatatsii teplovyh energoustanovok Prikaz Minehnergo RF ot 08.22.2013 №469) [E-resource]. Available on: http://docs.cntd.ru/document/901856779 (03.12.2019).Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов, МАРПОЛ 73/78 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901764502. – (Дата обращения: 12.03.2019.).International Convention for the prevention of pollution from ships", MARPOL 73/78 (Mezhdunarodnaya konventsiya po predotvrashcheniyu zagryazneniya s sudov) [E-resource]. Available on: http://docs.cntd.ru/document/901764502 (03.12.2019).Судовые инсинераторы [Электронный источник]. – Режим доступа: https://incinerator.ru/technology/sudovye-insineratory. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Shipboard incinerators (Sudovye insineratory) [E-resource]. Available on: https://gyazo.com/83f8a2c12958ac008fc0926984be9876 (03.12.2019).Установка термического обезвреживания осадков серии Е-50К [Электронный источник]. – https://enviro.su/. – (Дата обращения: 12.03.2019.).The installation of thermal neutralization precipitation series E-50K (Ustanovka termicheskogo obezvrezhivaniya osadkov serii E-50K) [E-resource]. Available on: https://enviro.su/ Installation of thermal neutralization precipitation series E-50K (03.12.2019).Судовая установка для очистки стоков SWCM-50 [Электронный источник]. – Режим доступа: https://www.etwinternational.ru/5-2-marine-sewage-treatment-plant-29508.html. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Marine sewage treatment plant SWCM-50 (Sudovaya ustanovka dlya ochistki stokov SWCM-50) [E-resource]. Available on: https://www.etwinternational.ru/5-2-marine-sewage-treatment-plant-29508.html, Marine sewage treatment plant SWCM-50 (03.12.2019).Очистка фильтрата полигона ТКО [Электронный источник]. – Режим доступа: http://ntc-tbo.ru/catalog/ochistka_filtrata_poligona_tbo/. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Purification of landfill filtrate (Ochistka fil'trata-poligona TKO) [E-resource]. Available on: http://ntc-tbo.EN/catalog/ochistka_filtrata_poligona_tbo/ (03.12.2019).Обратноосмотическая опреснительная установка ПРО-0,25 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://www.sudmash.ru/produce/sudmash/watertreatment/desalination-plants/pro025.html#prettyPhoto. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Reverse osmosis desalination plant PRO-0,25 (Obratnoosmoticheskaya opresnitel'naya ustanovka PRO-0,25) [E-resource]. Available on: http://www.sudmash.EN/produce/sudmash/water-treatment/desalination-plants/pro025.html#prettyPhoto (03.12.2019).Снегоплавильные установки: виды, устройство и принцип работы машины-снеготаялки [Электронный источник]. – Режим доступа: https://rcycle.net/sneg-i-led/snegoplavilnaya-tehnika/ustanovki-vidy-ustrojstvo-i-princip-raboty. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Snow melting plants: types, device and principle of operation of the snow melting machine (Snegoplavil'nye ustanovkI: vidy, ustroistvo i princip raboty mashiny-snegotayalki) [E-resource]. Available on: https://rcycle.net/sneg-i-led/snegoplavilnaya-tehnika/ustanovki-vidy-ustrojstvo-i-principle-activity (03.12.2019).Электростатические фильтры для очистки воздуха [Электронный источник]. – Режим доступа: http://podvi.ru/elektrobytovye-pribory/elektrostaticheskij-filtr.html. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Electrostatic filters for air purification (Elektrostaticheskie fil'try dlya ochistki vozduha) [E-resource]. Available on: http://podvi.ru/elektrobytovye-pribory/elektrostaticheskij-filtr.html (03.12.2019).Очистка воды по технологии ТПУ [Электронный источник]. – Режим доступа: https://tpu.ru/research/fields/water. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Water purification by TPU technology (Ochistka vody po tehnologii TPU) [E-resource]. Available on: https://tpu.ru/research/fields/water (03.12.2019).Стендер для слива-налива в морские и речные суда С-150 [Электронный источник]. – Режим доступа: http://zavod-neftemash.ru/stender-dlya-sliva-naliva-v-morskie-i-rechnye-suda-s-150/. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Stander for loading and unloading in sea and river vessels S-150 (Stender dlya sliva-naliva v morskie i rechnye suda S-150) [E-resource]. Available on: http://zavod-neftemash.EN/stender-dlya-sliva-naliva-v-morskie-i-rechnye-suda-s-150/ (03.12.2019).Везироглу, Т.Н. Энергетическая система на основе термоядерного синтеза водорода / Т.Н. Везироглу // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 16–18. – С. 16–29; – Режим доступа: https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.016-029. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Veziroglu T.N. Energy system based on nuclear fusion of hydrogen (Energeticheskaya sistema na osnove termoyadernogo sinteza vodoroda). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology" (ISJAEE), 2017;16–18:16–29; Available on: https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.016-029 (03.12.2019.).Бокрис, Дж.О'М. Солнечно-водородная энергия. Сила, способная спасти мир. Дж.О'М. / Бокрис, Т.Н. Везироглу, Д. Смит. – Пер. с англ. Д.О. Дуников. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 164 с.Bokris J.O'M., Veziroglu T.N., Smith D. Solar-hydrogen energy. The power to save the world (Solnechno-vodorodnaya energiya: sila, sposobnaya spasti mir). Translator D.O. Dunikov. Moscow: Publishing house of MEI, 2002; 164 p.Solomin, E. Wind-hydrogen standalone uninter-rupted power supply plant for all-climate application / E. Solomin [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – Vol. 44. – Is. 7. – P. 3433–3449; – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.001. – (Дата обращения: 12.03.2019.).Solomin E., Kirpichnikova I., Amerkhanov R., Korobatov D., Lutovats M., Martyanov A. Wind-hydrogen standalone uninterrupted power supply plant for all-climate application. International Journal of Hydrogen Energy, 2019;44(7):3433–3449; Available on: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.001 (03.12.2019.).Бредихин, С.И. Стационарные энергетические установки с топливными элементами: материалы, технологии, рынки / С.И. Бредихин [др.]. – М.: НТФ «Энергопрогресс» Корпорации «ЕЭЭК», 2017. – 392 с.Bredikhin S.I., Golodnitsky A. E., Drozhzhin O. A., Istomin S.Ya., Kovalevsky V.P., Filippov S.P. Stationary power plants with fuel cells: materials, technologies, markets (Statsionarnye energeticheskie ustanovki s toplivnymi elementami: materialy, tehnologii, rynki). Moscow: NTF "Energoprogress" Corporation "EEC", 2017; 392 p.Общая информация ТОТЭ [Электронный источник]. – Режим доступа: http://sphere.ecoruspace.me/index.php?id_news=453791&tr=1. – (Дата обращения: 12.03.2019.).SOFC general information (Obshchaya informatsiya TOTEh) [E-resource]. Available on: www.powergeneration.siemens.com (03.12.2019.).Захаренков, Е.А. Исследование и оптимизация схем и параметров гибридных электростанций на основе топливных элементов и газотурбинных установок, Диссертация кандидата технических наук, МЭИ. Москва, 2009. – 120 с.Zakharenkov E.A. Study and optimization of schemes and parameters of hybrid power plants based on fuel cells and gas turbines (Issledovanie i optimizatsiya shem i parametrov gibridnyh elektrostantsii na osnove toplivnyh elementov i gazoturbinnyh ustanovok). Thesis of candidate of technical Sciences, Moscow Power Engineering Institute, Moscow, 2009;120 p. (in Russ.).Шульга, Р.Н. Автономное энергоснабжение с использованием разнородной генерации / Р.Н. Шульга // Электро. – 2015. – № 3. – С. 7–11.Shulga R.N. Autonomous power supply using heterogeneous generation (Avtonomnoye energosnabzheniye s ispol'zovaniyem raznorodnoy generatsii). Electro, 2015;3:7–11 (in Russ.).Шульга, Р.Н. К вопросу о возможности создания гибридной энергораспределительной сети ГЭРС с накоплением электроэнергии / Р.Н. Шульга // Новое в Российской электроэнергетике. – 2015. – № 12. – С. 29–44.Shulga R.N. On the possibility of creating a hybrid power distribution network of Gers with the accumulation of electricity (K voprosu o vozmozhnosti sozdaniya gibridnoi energoraspredelitel'noi seti GEHRS s nakopleniem elektroenergii). New in the Russian electric power industry, 2015;12:29–44 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.