Система генерации водородного топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей

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.

1. . 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.

2. . 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

3. . 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.

4. . 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.

5. . 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.

6. . 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.

7. . 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.

8. . Андриянов А. И., Булохов Н. М., Михальченко Г. Я. Управление динамикой импульсных преобразователей постоянного напряжения. – Электричество, 2013. – № 8. – С. 41-49.

9. . 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.

10. .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.

11. .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.

12. .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.

13. .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.

14. .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.

15. .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

16. . 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

17. . 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.

18. . 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

19. . 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

20. . 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

21. . 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.

22. . 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