«Зеленый гигант»
Российские ученые представили проект водородного самосвала
Ученые из Московского физико-технического института разработали проект «зеленого» самосвала и водородной автозаправочной станции. Результаты работы доложены на 12-й Всероссийской конференции с международным участием «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» и опубликованы в сборнике ее трудов.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Для развития горнодобывающей и металлургической отраслей необходима новая карьерная техника, в частности самосвалы. Их модернизируют с целью увеличить грузоподъемность и перевести с гидромеханической трансмиссии на электромеханическую.
Трансмиссия передает механическую энергию от двигателя к колесам, подъемнику кузова и другим исполнительным устройствам самосвала. Помимо трения и зацепления между агрегатами в гидромеханической трансмиссии энергия передается потоком жидкости, а в электромеханической — электромагнитным полем. Последнее позволяет в широком диапазоне варьировать крутящий момент двигателя и силу тяги, что важно для обеспечения комфортной и безаварийной эксплуатации транспортного средства.
Не менее значимый эффект от модернизации — повышение экологического класса самосвала. Принадлежность к тому или иному классу определяется содержанием в выхлопных газах вредных веществ: углеводородов, соединений серы, оксидов углерода и азота, а также твердых частиц. Образование продуктов сгорания, в свою очередь, зависит от вида топлива.
Перспективное инженерное решение — перевод самосвалов на водород. В процессе горения водород превращается в водяной пар, выделяя около 120 МДж/кг. Для сравнения: в ходе аналогичных реакций с участием дизеля или сжиженного природного газа тепла выделяется почти в три раза меньше.
Значительную долю карьерной техники наша страна закупает у Белорусского автомобильного завода (БелАЗ) — машиностроительного предприятия с более чем полувековой историей, которое выпускает самые большие самосвалы в мире. В связи с этим ученые из МФТИ взяли продукцию БелАЗа за основу и разработали проект карьерного самосвала с электромеханической трансмиссией, работающего на водородном топливе .
Опытный образец карьерного самосвала на водородном топливе. Источник: сборник трудов 12-й Всероссийской конференции с международным участием «Топливные элементы и энергоустановки на их основе»
Фото: Пресс-служба МФТИ
Опытный образец карьерного самосвала на водородном топливе. Источник: сборник трудов 12-й Всероссийской конференции с международным участием «Топливные элементы и энергоустановки на их основе»
Фото: Пресс-служба МФТИ
За текущий и следующий годы планируется изготовить и протестировать опытный образец. На самосвале БелАЗ-7530 установят генератор энергии на базе топливных элементов общей мощностью около 1 МВт, аккумуляторные батареи и суперконденсатор — электрохимическое устройство, состоящее из двух электродов и электролита между ними, которое быстро заряжается и разряжается. Наличие суперконденсатора в электрической цепи позволит даже при больших токах не терять, а аккумулировать энергию и обеспечивать ею электрооборудование самосвала, работающее в импульсном режиме.
Горючее для транспортного средства будут получать при электролизе воды, то есть разложении ее на составляющие — водород и кислород — под действием электрического тока. Кроме того, источником водорода является отходящий газ металлургического производства. Ученые предусмотрели его улавливание и очистку. Заряжать самосвал предполагается на водородной автозаправочной станции, где водород сожмут под высоким давлением и закачают в баллоны.
«Увеличение грузоподъемности карьерных самосвалов позволяет задействовать в работе меньшее число техники и водителей,— пояснил Юрий Васильев, генеральный директор инжинирингового центра “Автономная энергетика”, МФТИ.— Вместе с тем возрастают потери за каждый час простоя самосвала на ремонт или обслуживание».
«Применение нашего инженерного решения для перевода карьерной техники с дизеля на водород снизит профессиональную заболеваемость работников горно-обогатительного комбината, а также увеличит межремонтный интервал и эффективность эксплуатации транспортных средств,— добавил Владислав Карасевич, директор по научной работе инжинирингового центра “Автономная энергетика”, МФТИ.— Заправлять технику планируется низкоуглеродным водородом, который будут получать из отходящего газа металлургического производства, и, по нашим оценкам, такое топливо конкурентоспособно».
Изготовление самосвалов с нулевыми выбросами вредных веществ и одновременное создание для них заправочной инфраструктуры сократит затраты на вентиляцию карьеров, улучшит экологическую обстановку в зоне их расположения и условия труда шахтеров.