alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.02.134-146alternative-2361Research ArticleVII. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 17. Энергетика и экологияVII. ENVIRONMENTAL ASPECTS OF ENERGY.17. Energy and EcologyСистема генерации водородного топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилейHydrogen fuel generation system for petrol internal combustion engines passenger carsФилинаО. А.FilinaO. A.

Филина Ольга Алексеевна, ассистент кафедры электротехнических комплексов

г. Казань, 420059

г. Новосибирск, 630073

Filina Olga Alexeevna, assistant at the Department of Electrical Engineering Complexes

Kazan

Novosibirsk

МалозёмовБ. В.MalozyomovB. V.

Малозёмов Борис Витальевич, доцент кафедры электро-технических комплексов

г. Новосибирск, 630073

Malozyomov Boris Vitalievich, Associate Professor, Department of Electrical Engineering Complexes

Kazan

borisnovel@mail.ruЩуровН. И.ShhurovN. I.

Щуров Николай Иванович, Д.т.н., профессор, заведующий кафедры электротехнических комплексов

г. Новосибирск, 630073

Shhurov Nickolay Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Electrical Engineering Complexes

Kazan

Казанский государственный энергетический университет; Новосибирский государственный технический университетРоссияKazan State Energy University; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationНовосибирский государственный технический университетРоссияKazan State Energy UniversityRussian Federation20241505202402134146Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2361

В данной статье рассматриваются достижения в области проектирования двигателей на водородном топливе; исследуются основные характеристики гибридного двигателя; намечаются перспективы дальнейших исследований; разработки и совершенствования конструкций двигателей, исследование процессов в двигателях, работающих на природном газе и водороде. Транспорт является одним из ключевых элементов современной цивилизации. Его состояние и перспективы развития в большей степени зависят от возможностей снабжения транспортных энергоустановок топливом. Истощение запасов жидких углеводородных топлив и проблемы загрязнения окружающей среды могут поставить человечество перед выбором – либо сокращать транспортные перевозки, либо найти новые пути энергоснабжения транспорта. ЦЕЛЬ – рассмотреть используемые электрохимические технологии для производства водорода на автозаправочных станциях и функционирования двигателей гибридных электромобилей на аккумуляторных батареях с топливными элементами. Провести сравнительный анализ производства и использования энергии электрохимическими и традиционными методами на автотранспорте. МЕТОДЫ основаны на анализе литературных данных и проведении математических расчетов. Для легкового электромобиля было рассчитано количество электричества, которое можно получить в топливном элементе при переработке 1 кг водорода. Показано, что удельный расход топлива для водородного электромобиля составляет в среднем 1 кг водорода на 100 км. Водород может стать экологически безопасным топливом будущего, снизить глобальную зависимость от ресурсов ископаемого топлива и уменьшить выбросы углекислого газа в транспортной отрасли.

This article reviews advances in hydrogen fuel engine design; the main characteristics of the hybrid engine are studied; prospects for further research are outlined; development and improvement of engine designs, research of processes in engines running on natural gas and hydrogen. Transport is one of the key elements of modern civilization. Its condition and development prospects largely depend on the ability to supply transport power plants with fuel. The depletion of liquid hydrocarbon fuel reserves and problems of environmental pollution may present humanity with a choice – either to reduce transport transportation or to find new ways to supply energy to transport. OBJECTIVE: To review the electrochemical technologies used for the production of hydrogen at gas stations and the operation of hybrid electric vehicle engines using fuel cell batteries. Conduct a comparative analysis of the production and use of energy by electrochemical and traditional methods in vehicles. METHODS are based on analysis of literature data and mathematical calculations. For a passenger electric vehicle, the amount of electricity that can be obtained in a fuel cell by processing 1 kg of hydrogen was calculated. It has been shown that the specific fuel consumption for a hydrogen electric vehicle averages 1 kg of hydrogen per 100 km. Hydrogen has the potential to be the sustainable fuel of the future, reducing global dependence on fossil fuel resources and reducing carbon emissions from the transportation industry.

транспорт на водородеальтернативное топливоводородная энергетикатопливные элементыводородные автозаправочные станцииэлектрохимические технологииэкологияhydrogen transportalternative fuelhydrogen energyfuel cellshydrogen filling stationselectrochemical technologiesecologyReferences. Malyshenko S. P., Borzenko V. I., Dunikov D. O., Nazarova O. V. Metal hydride technologies of hydrogen energy storage for independent power supply system’s constructed on the basis of renewable sources of energy // Thermal Engineering (English translation of Teploenergetika). – 2012. – Т. 59. – № 6. – C. 468-478.. Malyshenko S. P., Borzenko V. I., Dunikov D. O., Nazarova O. V. Metal hydride technologies of hydrogen energy storage for independent power supply system’s constructed on the basis of renewable sources of energy // Thermal Engineering (English translation of Teploenergetika). – 2012. – T. 59. – No. 6. – P. 468-478.. Шустров, Ф. А. Особенности использования водородного топлива в двигателях внутреннего сгорания для автономных гибридных энергетических систем https://science-education.ru/pdf/2013/5/127.pdf. Shustrov, F. A. Features of the use of hydrogen fuel in internal combustion engines for autonomous hybrid energy systems https://science-education.ru/pdf/2013/5/127.pdf. Aneke M., Wang M. Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review // Applied Energy. – 2016. – Т. 179. – C. 350-377.. Aneke M., Wang M. Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review // Applied Energy. – 2016. – T. 179. – P. 350-377.. Zhang X., Chan S. H., Ho H. K., Tan S. -C., Li M., Li G., Li J., Feng Z. Towards a smart energy network: The roles of fuel/electrolysis cells and technological perspectives // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – Т. 40. – № 21. – C. 6866-6919.. Zhang X., Chan S. H., Ho H. K., Tan S. -C., Li M., Li G., Li J., Feng Z. Towards a smart energy network: The roles of fuel/electrolysis cells and technological perspectives // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – T. 40. – No. 21. – P. 6866-6919.. Emonts B., Schiebahn S., Görner K., Lindenberger D., Markewitz P., Merten F., Stolten D. Re-energizing energy supply: Electrolytically-produced hydrogen as a flexible energy storage medium and fuel for road transport // Journal of Power Sources. – 2017. – Т. 342. – C. 320-326.. Emonts B., Schiebahn S., Görner K., Lindenberger D., Markewitz P., Merten F., Stolten D. Re-energizing energy supply: Electrolytically-produced hydrogen as a flexible energy storage medium and fuel for road transport // Journal of Power Sources. – 2017. – T. 342. – P. 320-326.. Oliveira D. S. A Three-Phase High-Frequency Semicontrolled Rectifier for PM WECS / D. S. Oliveira, M. M. Reis, C. Silva, L. B. Colado, F. Antunes, B. L. Soares // IEEE Transactions on Power Electronics. – Vol. 25. – № 3. – P. 677-685.. Oliveira D. S. A Three-Phase High-Frequency Semicontrolled Rectifier for PM WECS / D. S. Oliveira, M. M. Reis, C. Silva, L. B. Colado, F. Antunes, B. L. Soares // IEEE Transactions on Power Electronics. – Vol. 25. – No. 3. – P. 677-685.. Ершов М. И., Прокофьев В. Е., Янович К. В. Расчет основных параметров инвертора для электроустановок на твёрдооксидных топливных элементах //ВА МТО, Санкт-Петербург. – 2019. – № 3(4). – С. 110-116.. Ershov M.I., Prokofiev V.E., Yanovich K.V. Calculation of the main parameters of an inverter for electrical installations using solid oxide fuel cells //VA MTO, St. Petersburg. – 2019. – No. 3(4). - WITH.110- 116.. Андриянов А. И., Булохов Н. М., Михальченко Г. Я. Управление динамикой импульсных преобразователей постоянного напряжения. – Электричество, 2013. – № 8. – С. 41-49.. Andriyanov A. I., Bulokhov N. M., Mikhalchenko G. Ya. Control of the dynamics of pulsed DC voltage converters. – Electricity, 2013. – No. 8. – P. 41-49.. Фаддеев Н. А., Беличенко М. А., Серик А. В., Соколова В. А., Смирнова Н. В. Исследование влияния изменения профиля нагрузки на производительность стека на основе топливных элементов с протонообменной мембраной. // [https://elektromekhanika.npi-tu.ru/index.php/electromeh/article/view/2277] doi.org/10.17213/0136-3360-2022-4-25-30.. Faddeev N. A., Belichenko M. A., Serik A. V., Sokolova V. A., Smirnova N. V. Study of the influence of changing the load profile on the performance of a stack based on fuel cells with a proton exchange membrane. //[https://elektromekhanika.npi-tu.ru/index.php/electromeh/article/view/2277]doi.org/10.17213/0136-3360-2022-4-25-30..Wang Y., Diaz D. F.R., Chen K. S., Wang Z., & Adroher X. C. Materials, technological status, and fundamentals of PEM fuel cells–a review // Materials today. – 2020. – Т. 32. – С. 178-203.. Wang Y., Diaz D. F. R., Chen K. S., Wang Z., & Adroher X. C. Materials, technological status, and fundamentals of PEM fuel cells—a review // Materials today. – 2020. – T. 32. – P. 178-203..Васюков И. В., Павленко А. В., Батищев Д. В. Обзор и анализ топологий преобразователей систем электропитания на водородных топливных элементах для беспилотных летательных аппаратов киловаттного класса мощности // Изв. вузов. Электромеханика. – 2022. – Т. 65. – № 2. – С. 19.. Vasyukov I.V., Pavlenko A.V., Batishchev D.V. Review and analysis of topologies of converters of power supply systems based on hydrogen fuel cells for unmanned aerial vehicles of the kilowatt power class. Izv. universities Electromechanics. – 2022. – T. 65. – No. 2. – P. 19..Borup, R., Meyers, J., Pivovar, B., Kim, Y. S., Mukundan, R., Garland. Scientific aspects of polymer electrolyte fuel cell durability and degradation // Chemical reviews. – 2007. – Т. 107. – № 10. – С. 3904-3951.. Borup, R., Meyers, J., Pivovar, B., Kim, Y. S., Mukundan, R., Garland. Scientific aspects of polymer electrolyte fuel cell durability and degradation // Chemical reviews. – 2007. – T. 107. – No. 10. – P. 3904-3951..Ferreira H. L., Garde R., Fulli G., Kling W., Lopes J. P. Characterisation of electrical energy storage technologies // Energy. – 2013. – Т. 53. – C. 288-298.. Ferreira H. L., Garde R., Fulli G., Kling W., Lopes J. P. Characterisation of electrical energy storage technologies // Energy. – 2013. – Т. 53. – C. 288-298..Aarhaug T. A., Svensson A. M. Degradation rates of PEM fuel cells running at open circuit voltage // ECS Transactions. – 2006. – Т. 3. – № 1. – С. 775.. Aarhaug T. A., Svensson A. M. Degradation rates of PEM fuel cells running at open circuit voltage // ECS Transactions. – 2006. – Т. 3. – № 1. – С. 775..Anastasiadis A. G., Konstantinopoulos S. A., Kondylis G. P., Vokas G. A., Papageorgas P. Effect off uelcell units in economic and environmental dispatch of a Microgrid with penetration of photovoltaic and microturbine units // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Т. 42. – № 5. – C. 3479-3486. [16].Мартюшев Н. В., Малоземов Б. В., Сорокова С. Н., Ефременков Е. А., Валуев Д. В., Ци М. Обзор моделей и методов определения и прогнозирования надежности технических систем и транспорта. Математика, 2023, 11, 3317. doi: 10.3390/math11153317. Anastasiadis A. G., Konstantinopoulos S. A., Kondylis G. P., Vokas G. A., Papageorgas P. Effect off uelcell units in economic and environmental dispatch of a Microgrid with penetration of photovoltaic and microturbine units // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Т. 42. – № 5. – C. 3479-3486.. Мартюшев Н. В., Малоземов Б. В., Филина, О. А., Сорокова С. Н., Ефременков Е. А., Валуев Д. В., Ци М. Стохастические модели и обработка вероятностных данных для решения задачи повышения надежности грузового электрического транспорта. Математика, 2023, 11, 4836. doi: 10.3390/math11234836. Martyushev N.V., Malozemov B.V., Sorokova S.N., Efremenkov E.A., Valuev D.V., Tsi M. Review of models and methods for determining and predicting the reliability of technical systems and transport. Mathematics, 2023, 11, 3317. doi: 10.3390/math11153317. Кукарцев В. В., Гозбенко В. Е., Конюхов В. Ю., Михалев А. С., Кукарцев В. А., Тынченко Ю. А. Определение надежности автономной работы городского электротранспорта по диагностическим параметрам. Мировой Электр. Вех. Дж. 2023, 14, 334. doi: 10.3390/wevj14120334.. Martyushev N. V., Malozemov B. V., Filina O. A., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Tsi M. Stochastic models and processing of probabilistic data for solving the problem of increasing reliability of electric freight transport. Mathematics, 2023, 11, 4836. doi: 10.3390/math11234836. Бойчук И. П., Гринек А. В., Мартюшев Н. В., Клюев Р. В., Малоземов Б. В., Тынченко В. С., Кукарцев В. А., Тынченко Ю. А., Кондратьев С. И. Методический подход к моделированию корабельной электроэнергетической системы. Энергии 2023, 16, 8101. doi: 10.3390/en16248101. Kukartsev V.V., Gozbenko V.E., Konyukhov V.Yu., Mikhalev A.S., Kukartsev V.A., Tynchenko Yu.A. Determination of the reliability of autonomous operation of urban electric transport using diagnostic parameters. World Electr. Weh. J. 2023, 14, 334. doi: 10.3390/wevj14120334.. Филина О. А., Тынченко В. С., Кукарцев В. А., Башмур, К. А., Павлов П. П., Панфилова, Т. А. Повышение эффективности диагностики щеточно-коллекторного узла электродвигателя постоянного тока. Энергии 2024, 17, 17. doi: 10.3390/en17010017. Boychuk I. P., Grinek A. V., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Malozemov B. V., Tynchenko V. S., Kukartsev V. A., Tynchenko Yu. A., Kondratyev S. . I. Methodological approach to modeling the ship’s electrical power system. Energies 2023, 16, 8101. doi: 10.3390/en16248101. Сорокова С. Н., Ефременков Е. А., Валуев Д. В., Ци М. Анализ прогнозной математической модели изменений погоды на основе нейронных сетей. Математика 2024, 12, 480. doi: 10.3390/math12030480. Filina O. A., Tynchenko V. S., Kukartsev V. A., Bashmur, K. A., Pavlov P. P., Panfilova, T. A. Increasing the efficiency of diagnostics of the brush-commutator unit of a DC electric motor. Energies 2024, 17, 17. doi: 10.3390/en17010017. Кукарцев В. В., Конюхов В. Ю., Опарина, Т. А., Севрюгина Н. С., Гозбенко В. Е., Кондратьев, В. В. Определение эксплуатационных характеристик тяговой батареи электромобиля. Мировой Электр. Вех. Дж. 2024, 15, 64. doi: 10.3390/wevj15020064.. Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Tsi M. Analysis of a predictive mathematical model of weather changes based on neural networks. Mathematics 2024, 12, 480. doi: 10.3390/math12030480. Сорокова С. Н., Ефременков Е. А., Валуев Д. В., Ци М. Математическое моделирование параметров тягового оборудования электрических грузовых автомобилей. Математика 2024, 12, 577. doi: 10.3390/math12040577. Kukartsev V.V., Konyukhov V.Yu., Oparina, T.A., Sevryugina N.S., Gozbenko V.E., Kondratiev, V.V. Determination of the operational characteristics of an electric vehicle traction battery. World Electr. Weh. J. 2024, 15, 64. doi: 10.3390/wevj15020064.. Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Tsi M. Mathematical modeling of the parameters of traction equipment of electric trucks. Mathematics 2024, 12, 577. doi: 10.3390/math12040577. Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Tsi M. Mathematical modeling of the parameters of traction equipment of electric trucks. Mathematics 2024, 12, 577. doi: 10.3390/math12040577

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