СРАВНЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ В ЦИКЛАХ РЕКОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ ВОДОРОДА ДЛЯ КРИОГЕННЫХ СИСТЕМ ЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ

Серьезными сдерживающими факторами развития экологически чистой энергетики с применением водорода в качестве энергоносителя являются: высокая себестоимость производства водорода, несовершенные технологии транспортировки и хранения как жидкого, так и газообразного водорода, а также отсутствие логистических сетей снабжения и инфраструктуры топливных заправок. Например, транспортные расходы для сжатого газообразного водорода по стоимости сопоставимы, а иногда превышают стоимость его производства. При создании инфраструктуры производства жидкого водорода, транспортных логистических сетей его доставки, распределения и хранения вопросы безопасного бездренажного хранения жидкого водорода с минимальными потерями становятся первостепенными.

В статье рассматривались различные варианты организации конденсационных циклов с использованием холода типовых гелиевых рефрижераторов как при наличии, так и при отсутствии предварительного охлаждения жидким азотом основного потока водорода. Проведен анализ затрат работы в конденсационных и традиционных дроссельных циклах реконденсации паров водорода и выполнено их сравнение по этому показателю. Установлено, что включение второго детандера в схему гелиевого ожижителя не только приводит к росту капитальных затрат и усложняет ее технологически, но и незначительно снижает удельные затраты работы на конденсацию. Применительно к криогенным системам бездренажного хранения жидкого водорода на заправочных станциях и терминалах рассмотрены два начальных уровня температуры паров водорода, поступающих на конденсацию непосредственно из коллектора сбора при 300 К и из газового пространства криогенной емкости при 30 К. Сделан вывод о возможности и целесообразности применения типовых гелиевых рефрижераторов для организации реконденсационных циклов в системах бездренажного хранения путем включения их в общую структуру заправочных станций.

1. Сороко-Новицкий, В.И. Двигатели легкого топлива [Текст] / В.И. Сороко-Новицкий, В.А. Петров // М.: ОНТИ-НКТП, 1938. – 256 с.

2. Александров, А.А. Альтернативные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания [Текст] / А.А. Александров [и др.]. – М.: OOO НИЦ «Инженер», 2012. – 790 с.

3. Гамбург, Д.Ю. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение [Текст] / Д.Ю. Гамбург. – М.: Химия, 1989. – 672 с.

4. Домашенко, А.М. Жидкий водовод в проблеме «Водородная энергетика» [Текст] / А.М. Домашенко, Ю.В. Горбатский // Энергия: экономика, техника, экология. – 2006. – Т. 7. – С. 13–19.

5. Domashenko, A. Production, storage and transportation of liquid hydrogen. Experience of infrastructure development and operation [Text] / A. Domashenko [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2002. – Vol. 27. – No 7–8. – P. 753–755.

6. Peschka, W. Liquid Hydrogen. Fuel of future [Text] / W. Peschka. – Wien: Springer-Verlag, 1992. – 303 p.

7. Fleck, U. Liquid hydrogen – a clean energy? [Электронный ресурс] / U. Fleck, A. Kundig. – Режим доступа: http://www.linde-engineering.pt/en/ – (Дата обращения: 02.12.2107)

8. Gavrilyuk, A. Hydrogen energy for beginners [Text] / A. Gavrilyuk. – Pan Stanford, 2013. – 344 p.

9. Kinard, G.E. The commercial use of liquid hydrogen over the last 40 years [Text] / G.E. Kinard // Proceedings of the 17th International Cryogenic Engineering Conference. – Bournemouth, UK, Institute of Physics, 1998.

10. Iwamoto, K. Theoretical Calculation of the Large Hydrogen Liquefaction Process [Text] / K. Iwamoto // Proceedings of the Sixteenth International Cryogenic Engineering Conference/International Cryogenic Materials Conference. – 1997. – P. 155–158.

11. Strobridge, T.R. Cryogenic refrigerators-an updated survey / T.R. Strobridge. – U.S. Dept. of Commerce, National Bureau of Standards, 1974. – 11 p.

12. Yang, C. Determining the lowest-cost hydrogen delivery mode [Text] / C. Yang, J. Ogden // International Journal of Hydrogen Energy. – 2007. – Vol. 32. – P. 268–286.

13. Wang, Sh. CO2 reforming of methane on Ni catalysts: Effects of the support phase and preparation technique / Wang Sh., G.Q.M. Lu [Text] // Applied Catalysis B: Environmental. – 1998. – Vol. 16. – Iss. 3. – P. 269–277.

14. Ogden, J.M., Yang C, Nicolas M.A. Technical and Economic Assessment of Regional Hydrogen Transition Strategies [Электронный ресурс] / J.M. Ogden, C. Yang, M.A. Nicolas. – Режим доступа: https://escholarship.org/uc/item/46f8215p#metrics (Дата обращения: 02.11.2017).

15. Krasaein, S. Development of large-scale hydrogen liquefaction processes from 1898 to 2009 [Text] / S. Krasaein, J. Stang, P. Neksa // International Journal of Hydrogen Energy. – 2010. – Vol. 35. – P. 4524–4533.

16. Bischoff, S. First operating results of a dynamic gas bearing turbine in an industrial hydrogen liquefier [Text] / S. Bischoff, L. Decker // Advances in Cryogenic Engineering. – 2017. – Vol. 55. – P. 887–894.

17. Ohira, K. A Summary of liquid hydrogen and cryogenic technologies in Japan’s [Text] / K. Ohira // WE-NET Project. Proc. of the Cryogenic Engineerring Conference. – 2004. – Vol. 49. – P. 27–34.

18. Leachman, J. Fundamental EOS for Parahydro-gen, Normal Hydrogen and Orthohydrogen [Text] / J. Leachman [et al.] // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 2009. – Vol. 38. – No 3. – P. 721–748.

19. Streett, W. Liquid Phase Separation and Liquid—Vapor Equilibrium in the System Neon— Hydrogen [Text] / W. Streett, C. Jones // J. Chem. Phys. – 1965. – Vol. 42. – No 11. – P. 3989–3994.

20. Heck, C. Liquid-vapor phase equilibria of the neon-normal hydrogen system [Text] / C. Heck, P. Barrick // Cryogenic Engineering. – 1965. – Vol. 11. – P. 349–355.

21. Quack, H. Conceptual design of a high efficiency large capacity hydrogen liquefier [Text] / H. Quack // Proc. of the Cryogenic Engineering Conference Madi-son. – 2001. – Vol. 47A. – P. 255–263.

22. Integrated Design for Efficient Advanced Liquefaction of Hydrogen [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fch.europa.eu/project/integrated-design-efficient-advanced-liquefaction-hydrogen – (Дата обращения: 01.10.2017).

23. Couper, J. Process Engineering Economics [Text] / J. Couper, М. Dekker. – New York: CRC Press, 2003. –P. 384.

24. Cardella, U. Economically viable large-scale hydrogen liquefaction [Электронный ресурс] / U. Cardella, L. Decker, H. Klein. – Режим доступа: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/171/1/012013/pdf – (Дата обращения: 15.09.2017).

25. Russell, B.S. Cryogenic engineering. Princeton: Met Chemical Research [Text] / B.S. Russell. – 1988. – 368 p.

26. Архаров, И.А. Теория и расчёт циклов криогенных систем [Текст] / И.А. Архаров, А.А. Александров, Е.С. Навасардян. – M.: МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2009. – 159 с.

27. Архаров, И.А. Примеры и задачи по циклам криогенных систем [Текст] / И.А. Архаров, А.А. Александров, Е.С. Навасардян. – M.: МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2009. – 47 с.

28. Александров, А.А. Машины и аппараты криогенных систем [Текст] / А.А. Александров, И.А. Архаров, Е.С. Навасардян. – M.: МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2014. – 48 с.

29. Александров, А.А. Машины и аппараты криогенных систем [Текст] / А.А. Александров, И.А. Архаров, Е.С. Навасардян. – M.: МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2009. – 124 с.

30. Frederking, T.H.K. Cryogenics: low temperature engineering and applied science [Text] / T.H.K. Frederking. – Santa Monica, Calif.: Yutopian Enterprises, 2005. – 202 p.

31. Arkharov, A.M. Cryogenic systems: 2 vols. [Text] / A.M. Arkharov [et al.]. – Bauman Moscow State Technical University Press, 2000, 2001. – 518 p.

32. Timmerhaus, K.D. Cryogenic engineering [Text] / K.D. Timmerhaus, R.P. Reed. – Wien: Springer-Verlag. 2007. p. 379. (in Eng.)

33. Патент F25J1/02; F25J5/00 РФ (№2309342). Морковкин И.М., Кузьменко И.Ф., Кашонкова Е.А., Духанин Ю.И., Гуров Е.И. Способ ожижения водорода с гелиевым холодильным циклом и устройство для его осуществления. 27.10.2007.

34. Ожижитель водорода. Криогенные гелиевые установки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.geliymash.ru/products/124/540/ – (Дата обращения: 22.11.2017).

35. Range of automatic hydrogen liquefiers [Элек-тронный ресурс]. – Режим доступа: https://advancedtech.airliquide.com/sites/abt_at/files/201 7/10/20/hylial_brochure_en_09.17_sd.pdf – (Дата об-ращения: 22.11.2017).

36. West, J.E. The economics of small to medium liquid hydrogen facilities [Text] / J.E. West // CryoGas International. – 2003. – May. – P. 28–33.