Обнаружение утечек водорода из резервуаров хранения и систем подачи топлива к двигателям горного транспорта, работающего на водороде

В горнодобывающей промышленности система работы опирается на оборудование, которое потребляет большое количество энергии. В шахтных работах дизельная техника находит широкое применение, благодаря своей гибкости, грузоподъемности и адаптивности к различным условиям местности. Однако здесь наблюдается высокое потребление дизельного топлива и высокий уровень выбросов парниковых газов, главным образом монооксида углерода. Использование водорода в качестве топлива не только дает возможность обезуглеродить транспорт и энергетику горнодобывающей отрасли, но и значительно снизить местное загрязнение воздуха. К перечню возможных объектов использования предлагаемой водородной технологии можно отнести: дизельные электростанции, высоковольтные дизельные перегонные станции, карьерные экскаваторы, буровые установки, погрузочно-доставочные машины с дизельным приводом и другие. Использование водорода как топлива в качестве привода двигателей электростанций и объектов транспорта горнодобывающей отрасли требует разработки оборудования для контроля утечки водорода из элементов хранения и подачи топлива к двигателям. Рассмотрено решение задачи контроля утечек водорода из топливных баков горнодобывающего транспорта и энергетического оборудования, обеспечивающего работу горнодобывающих предприятий, лидаром комбинационного рассеяния света. Показано, что на длине волны лазерного излучения 532 нм можно получить минимальное время измерения концентрации водорода в воздушной среде лидаром комбинационного рассеяния света на заданном расстоянии зондирования. Получено, что лидарное зондирование с геостационарной орбиты на длине волны лазерного излучения 532 нм также дает минимальное время измерения для заданной концентрации исследуемых молекул водорода.

1. Figueiredo R. L., da Silva J. M., Ortiz C. E. A. Green hydrogen: Decarbonization in mining – Review // Cleaner Energy Systems. – 2023. – V. 5. – P. 100075.

2. Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Qi M. Mathematical Modelling of Traction Equipment Parameters of Electric Cargo Trucks // Mathematics. – 2024. – V. 12. – P. 577. DOI: 10.3390/math12040577.

3. Modina M. A., Khekert Е.V., Epikhin A. I. IOP Conf. Series: EES. – 2021. – V. 867. – P. 012072.

4. Modina M. A., Kheckert E. V., Epikhin A. I. IOP Conference Series: EES. – 2021. – V. 867. – P. 012104.

5. Filina O. A., Martyushev N. V., Malozyomov B. V., Tynchenko V. S., Kukartsev V. A., Bashmur K. A., Pavlov P. P., Panfilova T. A. Increasing the Efficiency of Diagnostics in the Brush-Commutator Assembly of a Direct Current Electric Motor // Energies. – 2024. – V. 17. – P. 17. DOI: 10.3390/en17010017.

6. Shahabuddin M., Brooks G., Rhamdhani M. A. Decarbonisation and hydrogen integration of steel industries: recent development, challenges and technoeconomic analysis // J. Clean. Prod. – 2023. – P. 136391.

7. Ahmad Z., Kaario O., Karimkashi S., Qiang C., Vuorinen V., Larmi M. Effects of Ethane Addition on Diesel-Methane Dual-Fuel Combustion in a Heavy-Duty Engine // Fuel. – 2021. – V. 289.

8. Ehrhart B. D., Brooks D. M., Muna A. B., La Fleur C. B. Risk assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels // Fire Technology. – 2020. – V. 56. – P. 891-912.

9. Shagiakhmetov A. M., Yushchenko S. Substantiation of In Situ Water Shut-Off Technology in Carbonate Oil Reservoirs // Energies. – 2022. – № 15. – P. 1-13. https://doi.org/10.3390/en15145059

10. Gridina E., Kovshov S., Borovikov D. Hazard mapping as a fundamental element of osh management systems currently used in the mining sector // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. – 2022. – V. 1. – P. 107-115. DOI: 10.33271/nvngu/2022-1/107.

11. IEA. The future of hydrogen. – Paris: International Energy Agency, 2019.

12. Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Bukhtoyarov V. V., Wu X., Tyncheko Y. A., Kukartsev V. A. Overview of Methods for Enhanced Oil Recovery from Conventional and Unconventional Reservoirs // Energies. – 2023. – V. 16. – P. 4907. DOI: 10.3390/en16134907.

13. Saychenko L., Karantharath R. Application of the CL-systems technology for water injection wells at an oil and gas field // Journal of Applied Engineering Science. – 2021. – V. 19(3). – P. 848-853. DOI: 10.5937/jaes0-31315.

14. Привалов В. Е., Туркин В. А., Шеманин В. Г. О лазерно-информационных технологиях в водородной энергетике // Лазеры. Измерения. Информация. – 2021. – № 1-2. – С. 4-11.

15. Хазин М. Л., Апакашев Р. А. Карьерные самосвалы на водородном топливе // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 1. – С. 47-59.

16. Stanley A. M. US Patent № 4826581. – 1989.

17. Привалов В. Е. Устройство для разложения воды // Лазерные информационные технологии. Труды XXVI Международной конференции. – Новороссийск: РИО ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова, 2018. – 40-41 c.

18. Gridina E. B., Borovikov D. O. Identification of the causes of injuries based on occupational risk assessment maps at the open-pit coal // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2022. – № 6-1. – P. 114-128. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_114.

19. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. – Москва: Мир, 1987. – 550 с.

20. ПриваловВ.Е., Фотиади А.Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. – Санкт-Петербург: Лань, 2013. – 288 с.

21. Лазерный контроль атмосферы. Под. ред. Э. Д. Хинкли. – Москва: Мир, 1979. – 416 с.

22. Privalov V. E., Shemanin V. G. Raman lidar system for the hydrogen molecules remote sensing in atmosphere // Optics and Spectroscopy. – 2023. – V. 131. – № 6. – P. 441-445.

23. Веремьев Р. Н., Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Оптимизация лидара с полупроводниковыми лазерами для зондирования молекулярного йода и водорода в атмосфере // Журнал технической физики. – 2000. – Т. 70. – № 5. – С. 115-118.

24. Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen Sulfide Molecules Lidar Sensing in the Atmosphere // Optical Memory and Neural Networks. – 2018. – V. 27. – № 2. – P. 120-131. DOI: 10.3103/S1060992X18020091.

25. Privalov V. E., Shemanin V. G. The Lidar Equation Solution Depending on the Laser Radiation Line Width Studies // Оptical Memory and Neural Net-works (Information Optics). – 2013. – V. 22. – № 4. – P. 244-249. DOI: 10.3103/S1060992X13040073.

26. Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Уравнение лазерного зондирования для реального аэрозольного лидара // Фотоника. – 2013. – № 2(38). – С. 72-78.

27. Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Лидарное уравнение с учетом конечной ширины линии генерации лазера // Известия Российской академии наук. Серия Физическая. – 2015. – Т. 79. – № 2. – С. 170-180.

28. Справочник по лазерам. В 2 т. Т. 2 / Под ред. А. М. Прохорова. – Москва: Советское радио, 1978. – 512 с.

29. Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen and iodine molecules lidar monitoring in atmosphere // Proceedings of SPIE. – 2000. – V. 4064. – P. 2-11.

30. Voronina E. I., Privalov V. E., Shemanin V. G. The Iodine Molecules in the Near-Earth Atmospheric Layer Fluorescence Lidar Sensing from Space Orbit // Optical Memory and Neural Networks. – 2009. – V. 18-3. – Р. 212-217.

31. Глазов Г. Н. Статистические вопросы лидарного зондирования атмосферы. – Новосибирск: Наука, 1987. – 308 с.

32. Rovnik N.A., Lushpeev V.A.,Tananykhin D. S., Shpurov I. V. Rational gas inflow restriction technologies during the development of oil rims // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources. – 2019. – V. 2020. – P. 888-900. DOI: 10.1201/9781003014638-54.

33. Gridina E. B., Borovikov D. O. Improving the safety of the working personnel of a quarry located in difficult mining and geological conditions of the Far North // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2023. – № 9-1. – P. 149-163. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_149.

34. Barykin S.E., Strimovskaya A.V., Sergeev S.M., Borisoglebskaya L. N., Dedyukhina N., Sklyarov I., Saychenko L. Smart City Logistics on the Basis of Digital Tools for ESG Goals Achievement // Sustainability. – 2023. – V. 15(6). – P. 5507.