Безопасность как фактор технологического развития водородной заправочной инфраструктуры

    В настоящей работе выполнен системный инженерный анализ конфигураций водородных заправочных станций (ВЗС) с целью выявления факторов, определяющих надёжность, безопасность, энергетическую эффективность и целесообразность применения различных архитектур в регионально неоднородных условиях эксплуатации. Исследование основано на данных реальной эксплуатации водородных станций, результатах демонстрационных и коммерческих проектов, а также обобщении рецензируемой научной и технической литературы.
    Показано, что ключевые проблемы развития ВЗС носят преимущественно инженерный характер и связаны не с принципиальной реализуемостью технологий, а с эксплуатационной устойчивостью оборудования, высокой энергоёмкостью технологических операций и деградацией материалов в условиях циклических нагрузок и высоких давлений. Анализ отказов и показателей эксплуатационной доступности выявил, что компрессорные системы высокого давления, заправочные диспенсеры и подсистемы управления формируют основную долю внеплановых остановок станций. Характер отказов тесно связан с режимами циклирования давления и температуры, что подчёркивает определяющую роль усталостных процессов, термомеханической деградации и водородного охрупчивания металлических компонентов.
    Установлено, что процессы компримирования, предохлаждения и хранения водорода формируют до 40% совокупного энергопотребления ВЗС, существенно влияя на эксплуатационные затраты и экономическую эффективность инфраструктуры. Анализ современных инженерных решений показывает, что оптимизация протоколов заправки и управление каскадными системами хранения позволяют снизить удельную энергоёмкость процесса заправки на 9-45% в зависимости от интенсивности эксплуатации станции. При этом наибольший эффект достигается при согласовании режимов работы компрессоров и систем охлаждения с фактическим профилем спроса.
    Особое внимание в работе уделено мерам повышения надёжности ВЗС. Показано, что применение принципов модульности и резервирования критических подсистем, прежде всего компрессорных модулей и систем предохлаждения, позволяет снизить вероятность полной остановки станции на 30-50% при отказе отдельных компонентов. В сочетании с предиктивным техническим обслуживанием, основанным на мониторинге давления, температуры, вибраций и утечек, такие решения обеспечивают существенное повышение эксплуатационной устойчивости инфраструктуры. Совокупная реализация указанных мер позволяет увеличить эксплуатационную доступность ВЗС с характерных для станций первого поколения 94-95% до уровней порядка 98-99%, приближаясь к показателям зрелых газотопливных систем.
    Материаловедческие аспекты эксплуатации ВЗС рассмотрены на уровне общепринятых физических механизмов водородного охрупчивания и их инженерных последствий. Показано, что выбор аустенитных нержавеющих сталей с оптимизированной микроструктурой, а также применение композитных сосудов высокого давления типа IV при строгом контроле циклов давления и температуры позволяют увеличить ресурс элементов высокого давления в 2-3 раза по сравнению с традиционными решениями.
    Существенным результатом работы является разработка классификации инженерных ограничений ВЗС и основанной на ней матрицы принятия решений по распределению типов станций в зависимости от региональных условий эксплуатации. Показано, что попытки применения унифицированных архитектур ВЗС приводят либо к избыточным капитальным затратам, либо к снижению надёжности и доступности инфраструктуры. Выбор типа станции должен дифференцироваться по региональным условиям с учётом профиля спроса, логистики водорода, энергетической инфраструктуры, климатических факторов и квалификации персонала.
    На основе проведённого анализа сформирована поэтапная инженерная «дорожная карта» повышения технической зрелости ВЗС: от краткосрочных эксплуатационных улучшений и оптимизации режимов работы оборудования до долгосрочного перехода к концепции «умных» ВЗС с использованием цифровых двойников и адаптивного управления. Показано, что эволюционный подход позволяет обеспечить одновременное повышение надёжности, безопасности и энергетической эффективности водородной заправочной инфраструктуры без опоры на жёсткую технологическую унификацию.
Результаты работы формируют инженерно-обоснованную основу для проектирования, эксплуатации и стратегического планирования водородных заправочных станций и могут быть использованы при разработке нормативных документов и национальных программ развития водородной энергетики.

1. Kaplun A. A., Menshikov D. A., Frolova E. A., Zhdaneev O. V. Hydrogen power supply complex for isolated areas // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 11:125-143 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.11.125-143

2. Khakimov R., Moskvin A., Zhdaneev O. Hydrogen as a key technology for long-term and seasonal energy storage applications // International Journal of Hydrogen Energy. 2024; 68:374-381. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.066

3. Marin G. E., Zvereva E. R., Ilyushin P. V., Akhmetshin A. R., Novoselova M. S. The role of hydrogen in the energy supply of isolated and arctic territories // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 11:18-38 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.11.018-038

4. Salah Z., Kornyakova O. Y., Osintsev K. V., Zamaraeva V. K., Zamaraev S. A. Research on the production of clean electric energy by combining renewable energy sources and green hydrogen production // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 10:44-82 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.10.044-082

5. Gavrilov V. A., Leontiev A. V., Razakova R. I., Tsoy A. S. Development of hydrogen refueling stations: innovations and improvements in the context of global trends // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 1:173-185 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.01.173-185

6. Bazhenov S., Dobrovolsky Yu. A., Maximov A., Zhdaneev O. Key challenges for the development of the hydrogen industry in the Russian Federation // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022; 54:102867. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102867

7. Isaac N., Saha A. K. A review of the optimization strategies and methods used to locate hydrogen fuel refueling stations // Energies. 2023; 16(5):2171. https://doi.org/10.3390/en16052171

8. Thiel D. A pricing-based location model for deploying a hydrogen fueling station network // International Journal of Hydrogen Energy. 2020; 45(46):24174-24189. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.06.178

9. Kurtz J., Bradley T., Winkler E., Gearhart C. Predicting demand for hydrogen station fueling // International Journal of Hydrogen Energy, 2020; 45(56):32298-32310. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.10.014

10. Li L., Manier H., Manier M. A. Integrated optimization model for hydrogen supply chain network design and hydrogen fueling station planning // Computers & Chemical Engineering, 2020; 134:106683. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2019.106683

11. Marin G. E., Titov A. V., Akhmetshin A. R. Prospects for implementation of hydrogen filling stations in the Russian Federation // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 11:133-145 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.133-145

12. Lu X., Ren S., Cui Y., Yin X., Chen X., Zhang Y., Moghtaderi B. A novel site selection approach for co-location of petrol-hydrogen fueling stations using a game theory-based MCDM model // International Journal of Hydrogen Energy. 2025; 106:1443-1461. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.02.076

13. Zhao L., Brouwer J. Dynamic operation and feasibility study of a self-sustainable hydrogen fueling station using renewable energy sources // International Journal of Hydrogen Energy. 2015; 40(10):3822-3837. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.01.044

14. Zhang K., Zhou B., Or S. W., Li C., Chung C. Y., Voropai N. Optimal coordinated control of multi-renewable-to-hydrogen production system for hydrogen fueling stations // IEEE Transactions on Industry Applications. 2021; 58(2):2728-2739. https://doi.org/10.1109/TIA.2021.3093841

15. Genovese M., Blekhman D., Dray M., Fragiacomo P. Hydrogen losses in fueling station operation // Journal of Cleaner Production. 2020; 248:119266. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119266

16. Wu L., Zhu Z., Feng Y., Tan W. Economic analysis of hydrogen refueling station considering different operation modes // International Journal of Hydrogen Energy. 2024; 52:1577-1591. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.164

17. Agll A. A. A., Hamad T. A., Hamad Y. M., Bapat S. G., Sheffield J. W. Development of a drop-in hydrogen fueling station to support early market buildout // International Journal of Hydrogen Energy. 2016; 41(10):5284-5295. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.01.138

18. Shebeko Yu. N., Bolodyan I. A. International experience in fire safety of hydrogen refueling stations // Vesti Gazovoy Nauki. 2022; 2(51):151-159 (in Russian).

19. Shebeko Yu. N. Fire safety of hydrogen refueling stations // Pozharovzryvobezopasnost. 2020; 29(4):42-50 (in Russian).

20. Sakamoto J., Misono H., Nakayama J., Kasai N., Shibutani T., Miyake A. Evaluation of safety measures of a hydrogen fueling station using physical modeling // Sustainability. 2018; 10(11):3846. https://doi.org/10.3390/su10113846

21. Zhang X., Li Y., Wang J., Liu Z., Chen H. Hydrogen leakage simulation and risk analysis of hydrogen fueling station in China // Sustainability. 2022; 14(19):12420. https://doi.org/10.3390/su141912420

22. Veres J., Ochodek T., Kolonicny J. Safety aspects of hydrogen fuelling stations // Chemical Engineering Transactions. 2022; 91:49-54. https://doi.org/10.3303/CET2291009

23. Schaad C., Röhling J., Bubbico R., Salzano E. Quantitative risk assessment of hydrogen releases in a hydrogen fueling station with liquid hydrogen storage // International Journal of Hydrogen Energy. 2025; 112:111-120. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.02.296

24. Hienuki S., Yabe N., Oshima K., Matsumoto Y. How knowledge about or experience with hydrogen fueling stations improves public acceptance // Sustainability. 2019; 11(22):6339. https://doi.org/10.3390/su11226339

25. Fortune Business Insights Pvt. Ltd. Hydrogen fueling station global market analysis, insights and forecast, 2019-2032. Pune, India; 2019.

26. Lee Y., Pak S. B. Advancing global cooperation toward the hydrogen economy: a case study of Japan-Korea cooperation // Pacific Focus. 2025; 40(1):100-124. https://doi.org/10.1111/pafo.12270

27. Japan Hydrogen Association (JH2A). Current status and challenges of the hydrogen industry. NEDO-Mizuho Information & Research Institute. Study on byproduct hydrogen supply potential: results of survey conducted in 2019-2020. Tokyo; 2021.

28. Zhang J., Du W., Li J., Cai G., Qi X. Multisource data-based hydrogen refuelling station location optimization: a case study of Guangdong, China // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2025; 81:104426. https://doi.org/10.1016/j.seta.2025.104426

29. Stangarone T. South Korean efforts to transition to a hydrogen economy // Clean Technologies and Environmental Policy. 2021; 23(2):509-516. https://doi.org/10.1007/s10098-020-01936-6

30. Bernard M. R. European Union Alternative Fuel Infrastructure Regulation (AFIR). Policy Brief. International Council on Clean Transportation (ICCT); 2023.

31. Iordache I. Trans-European transport networks: pillars of economic cohesion and mobility in the European Union // Analele Universitatii Constantin Brancusi. 2024; (2):47-53.

32. International Energy Agency (IEA). Global Hydrogen Review 2025. Paris: IEA; 2025.

33. International Energy Agency (IEA). Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector. Paris: IEA; 2021.

34. Tereshchuk V. S. Electrolysis with non-standard electrodes // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024; 8:85-92 (in Russian). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2024.08.085-092

35. Genovese M., Blekhman D., Dray M., Fragiacomo P. Multi-year energy performance data for an electrolysis-based hydrogen refueling station // International Journal of Hydrogen Energy. 2024; 52:688-704. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.04.084

36. Galitskaya E., Khakimov R., Moskvin A., Zhdaneev O. Towards a new perspective on the efficiency of water electrolysis with anion-conducting matrix // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 8:74-86 (in Russian). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2023.08.074-086

37. Terekhov E. Yu., Elistratov V. V. Environmental and economic comparison of hydrogen production technologies under low-carbon development strategy // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 2:56-70 (in Russian). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2025.02.056-070

38. Kolesnik V. G., Urusova E. V. Plasma resonant electrolysis for industrial waste treatment and hydrogen production // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 1:146-158 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.01.146-158

39. Kuznetsov A. G., Sharapov N. A., Voronov V. A., Denshikov D. S. Method for low-tonnage hydrogen production using a plasma-chemical reactor // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 3:103-112 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.03.103-112

40. Mamedov Sh. G., Jabarov T. G., Nasirov Sh. N., et al. Convective heat transfer optimization in hydrogen production from carbohydrates // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 5:125-173. https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.05.125-173

41. Zhazhkov V. V., Politaeva N. A., Velmozhina K. A., et al. Biogas production from landfill waste and conversion to biohydrogen // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 11:99-113 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.099-113

42. Molodtsov D. V., Mikheev P. Yu., Maslikov V. I. Biohydrogen production potential during MSW landfill decarbonization // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 11:89-98 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.089-098

43. Gaydamaka S. N., Gladchenko M. A., Kornilov I. V., et al. Anaerobic digestion of pet food waste for hydrogen production // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024; 7:75-91 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.07.075-091

44. Singla M. K., Gupta J., Beryozkina S., et al. The colorful economics of hydrogen: costs and viability review // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 12:45-65. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.12.045-065

45. Treshcheva M. A., Treshchev D. A., Kolbantseva D. L., et al. Simulation of alternative fuel production complex from MSW // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 8:140-166 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.08.140-166

46. Ivanenko A. A., Kovalev A. A., Kovalev D. A., et al. Intensification of gaseous hydrogen carrier production in two-stage anaerobic digestion // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 10:18-43 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.10.018-043

47. Gusev A. L., Jabbarov T. G., Mamedov S. G., et al. Hydrogen and carbon production by hydrocarbon cracking using waste heat // International Journal of Hydrogen Energy. 2023; 48(40):14954-14963. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.12.341

48. Salah Z., Kornyakova O. Yu., Osintsev K. V., Zamaraeva V. K., Zamaraev S. A. Review of hydrogen production using renewable and low-potential energy sources // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 7:63-82 (in Russian). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2025.07.063-082

49. Ivanenko A. A., Laikova A. A., Zhuravleva E. A., et al. Biological hydrogen production: fundamentals and advances // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023; 10:103-141 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.10.103-141

50. Rogalev A. N., Kindra V. O., Komarov I. I., et al. Combined electricity and hydrogen production without harmful emissions // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 7:83-101 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.07.083-101

51. Gusev A. L., Gafarov A. M., Suleymanov P. H., et al. Trans-Adriatic cryogenic liquid hydrogen pipeline: reliability and operational aspects // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024; 7:121-182. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.07.121-182

52. ISO 19880-1:2020. Gaseous hydrogen – Fuelling stations – Part 1: General requirements. Geneva: International Organization for Standardization; 2020.

53. SAE International. J2601_202005: Fueling protocols for light-duty gaseous hydrogen surface vehicles. Warrendale (PA): SAE International; 2020. https://doi.org/10.4271/J2601_202005

54. EN 17127:2024. Outdoor hydrogen refuelling points dispensing gaseous hydrogen. Brussels: CEN; 2024.

55. H2ME Consortium. Hydrogen Mobility Europe (H2ME) Project. Available from: https://h2me.eu/ (Accessed 25 January 2026).

56. European Commission. Hydrogen Mobility Europe. Community Research and Development Information Service (CORDIS), Project No. 700350. Available from: https://cordis.europa.eu/project/id/700350 (Accessed 25 January 2026).

57. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Hydrogen and Fueling Infrastructure Research. Golden (CO): NREL. Available from: https://www.nrel.gov/ (Accessed 25 January 2026).

58. Japan Hydrogen Association (JH2A). Hydrogen Station Safety and Standardization Activities. Available from: https://www.jh2a.jp/C00 (Accessed 25 January 2026).

59. Ishkov A. G., Zhdaneev O. V., Romanov K. V., et al. Hydrogen degradation of materials and operational risks in compressor stations // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 2:100-120 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.02.100-120

60. Li X., Ma X., Zhang J., et al. Review of hydrogen embrittlement in metals // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2020; 33:759-773. https://doi.org/10.1007/s40195-020-01039-7

61. Fu Z. H., Yang B. J., Shan M. L., et al. Hydrogen embrittlement behavior of SUS301L-MT stainless steel welded joints // Corrosion Science. 2020; 164:108337. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108337

62. Tzioutzios D., Liu Y., Sato H., et al. From accidents to safer hydrogen systems: failures and safety barriers at HRS in Japan // International Journal of Hydrogen Energy. 2025; 171:151309. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.151309

63. Kim J. H., Lee H. Y., Lee M. K., Ha S. J. Predictive maintenance strategies for hydrogen refueling station pressure vessels // Journal of Energy Storage. 2024; 97:112860. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.112860

64. Mokhtari B., Guessab A., Rekiouk Y., Hamza B. Fast filling of hydrogen tanks: CFD-based analysis. Numerical Heat Transfer, Part A, 2025;1-19. https://doi.org/10.1080/10407782.2025.2527400

65. Armenta-Déu C. New protocol for hydrogen refueling station operation. Future Transportation, 2025;5(3):96. https://doi.org/10.3390/future-transp5030096

66. Yatsenko E. A., Wensheng L., Izvarin A. I., et al. Protective coatings for pipelines: a review // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025; 2:86-99 (in Russian). https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.02.086-099

67. Long D. J., Tarleton E., Cocks A. C., Hofmann F. Microstructural heterogeneity and hydrogen embrittlement // Arxiv. 2025; 2502.13793. https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.13793

68. Sadiq M., Saeed M., Mayyas A. T., Mezher T. El Fadel M. Pre-cooling systems for hydrogen fueling stations: techno-economic analysis // Energy Conversion and Management: X. 2023; 18:100369. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2023.100369

69. An N. Y., Yang J. H., Song E., et al. Digital twin-based hydrogen refueling station safety model // Sustainability. 2024; 16(21):9482. https://doi.org/10.3390/su16219482

70. Privalov V. E., Turkin V. A., Shemanin V. G. Detection of hydrogen leaks in storage tanks and fuel systems // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024; 8:74-84 (in Russian). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2024.08.074-084

71. Galitskaya E., Gorbunov A., Kuptsova O., Zhdaneev O. A full-scale hydrogen testbed as a key element in hydrogen technology development // International Journal of Hydrogen Energy. 2025; 189:152161. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.152161