ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ВОДОРОДНОГО ГАЗОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.4

DOI 10.46920/2409-5516_2022_10176_22

EDN: TCBAPF

Перспективы создания отечественного водородного газопоршневого двигателя

Prospects for the creation of a domestic hydrogen gas piston engine

Виктор ЗАЙЧЕНКО Главный научный сотрудник, д. т. н., Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН)

е-1г^к aits54@yandex.ru

Александр ЦЫПЛАКОВ Ведущий инженер, Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) е-1г^к aits54@yandex.ru

Victor ZAICHENKO Chief Researcher, Doctor of Technical Sciences, Joint Institute of High Temperatures of the Russian Academy of Sciences е-mail: aits54@yandex.ru

Alexander TSYPLAKOV Lead engineer, Joint Institute of High Temperatures of the Russian Academy of Sciences е-mail: aits54@yandex.ru

Система производства водорода на Фукусиме Источник: world-energy.org

сч

Аннотация. Мир переходит к низкоуглеродному развитию. Водородная энергетика рассматривается в качестве одного из направлений модернизации существующей энергетической системы с целью сокращения антропогенного влияния на природное равновесие. 2з С экономической точки зрения распределенное энергоснабжение является более выгодным по отношению к централизованным энергосистемам. Показано, что газопоршневые электростанции (ДВС) являются наиболее перспективным видом энергопроизводящего оборудования, использующего водород и водородосодержащие смеси в виде топлива. Рассмотрены различные методы получения водорода и обсуждаются возможные направления использования водорода и водородосодержащих смесей в качестве топлива для ДВС. Обозначены возможные пути практического решения данной проблемы. Ключевые слова: низкоуглеродная энергетика, водород, газопоршневые электростанции, ВЭИ, системы аккумулирования электроэнергии.

л

m

Abstract. The world is moving towards low-carbon development. Hydrogen energy is considered as one of the ways to modernize the existing energy system on the way to reduce the anthropogenic impact on the natural balance. From an economic point of view, distributed energy supply is more profitable in relation to centralized energy systems. It is shown that gas piston power plants (ICE) are the most promising type of energy sources using hydrogen and hydrogen-containing mixtures as fuel. Various methods for producing hydrogen are considered and possible directions for using hydrogen and hydrogen-containing mixtures as fuel for internal combustion engines are discussed. Possible ways of practical solution of this problem are considered. Keywords: carbon-free energy, hydrogen, gas piston power plants, renewable energy sources, electric power storage systems.

//

До настоящего времени проблемы, связанные с рядом ограничений при создании топливных элементов большой мощности, остаются не решенными

Введение

Энергопереход от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) и декарбонизация экономики - важнейшие глобальные тренды, формируемые Парижским соглашением по климату. Россия в 2019 году присоединилась к данному соглашению.

В Правительстве РФ есть понимание необходимости ускоренного развития возобновляемой энергетики. В принятых Правительством РФ постановлениях уделяется особое внимание снижению стоимости электроэнергии, получаемой от солнечных и ветровых станций, а также технологий производства «зеленого» водорода, в том числе и производства водородных систем аккумулирования электроэнергии для покрытия неравномерностей графика нагрузки на объекты генерации.

В России принята программа развития солнечной и ветряной энергетики до 2024 г. «Пять гигаватт». Запланировано, что к 2024 г. выработка электроэнергии на СЭС и ВЭС составит около 1 % от общего объёма производства.

Для малой, распределённой и ВИЭ-э-нергетики отдаленных районов России, не имеющих централизованного энергоснабжения, водородное аккумулирование является одним из перспективных (если не единственно возможным) способов обеспечить бесперебойное энергоснабжение при работе системы генерации в автономном режиме.

ВИЭ (солнечная, ветровая и гидроэнергия) отличаются большой степенью

сч о сч

ю

<

о с

к <

о

X

о

IX

гч о гч

ю

<

с;

о

СЦ <

нестабильности, построение надежных и устойчивых генерирующих источников оказывается практически невозможным без применения систем накопления энергии (СНЭ). СНЭ в возобновляемой энергетике часто должны обеспечивать не только многочасовое и суточное аккумулирование электроэнергии (что возможно, например, гидроаккумулирующей электростанцией -ГАЭС) но, в ряде случаев, сезонное и, даже, круглогодичное аккумулирование.

Использование водорода для целей аккумулирования электрической энергии заключается в том, что при производстве ВИЭ, большей по отношению к потреблению в данный момент времени, излишняя энергия используется для производства водорода на электролизных установках. При недостатке мощности, вырабатываемой ВИЭ, запасенный водород используется для генерации недостающей электрической мощности. Общепринятое название этой технологии - «электроэнергия в электроэнергию» (Power-to-Power (Р2Р).

Использование водорода в технологии Р2Р может быть осуществлено в системах с водородными топливными элементами. Однако до настоящего времени проблемы, связанные с рядом ограничений при создании топливных элементов большой мощности, не решены [1]. Подобных ограничений не возникает при использовании водорода в виде топлива на тепловых электростанциях, с последующим получением электроэнергии с помощью паротурбинных, газотурбинных или парогазовых технологий.

На малых электростанциях распределённой и автономной генерации, использующих ВИЭ в комплексе с системами водородного аккумулирования, для этих целей наиболее удобными являются элек-

Оценочные расчёты показывают, что в энергосистемах киловаттного класса водородный ГПА вполне конкурентоспособен по показателям эффективности с другими способами водородной электрогенерации

Хранение водорода Источник: аа^ / depositphotos.com

тростанции на базе газопоршневых двигателей на водородном топливе.

Газопоршневые двигатели на природном газе, а также на водородосодержащих горючих газах (доменный, коксовый), широко используются в качестве привода в электроагрегатах с единичной электрической мощностью до 5 МВт. Накоплен большой опыт их эксплуатации. Газопоршневой электроагрегат (ГПА) и его двигатель, использующий в качестве топлива чистый водород,будет отличаться по конструкции, эксплуатационным режимам, экономическим показателям от своих аналогов на природном газе.

Оценочные расчёты показывают, что на настоящее время в энергосистемах киловаттного класса водородный ГПА вполне конкурентоспособен по показателям эффективности с другими способами водородной электрогенерации. Согласно существующим оценкам, в перспективе, приведенная себестоимость электроэнергии от ГПА на водородном топливе практически не будет отличаться от аналогичных показателей для установок с топливными элементами [2]. Весьма эффективно, как показывают расчёты и финансово-коммерческие оценки, использование водородных ГПА в энергокомплексах ВИЭ мегаваттного класса с водородным аккумулированием. В этом случае [3], расчётная средняя себестоимость отпускаемой потребителю электроэнергии при его совмест-

ной работе ГПА на водороде мощностью 10 МВт с комплексом ВИЭ может быть в несколько раз меньше по отношению ктарифам 2022 г.

До настоящего времени ни у нас в стране, ни за рубежом не созданы и серийно не выпускаются газопоршневые двигатели стационарного назначения, использующие чистый водород в качестве топлива. Ведущие мировые производители газопоршневых электроагрегатов и газовых двигателей -«Caterpillar» (США), «Jenbacher» (Австрия) и ряд других, интенсивно работают над этой проблемой. Немногочисленные зарубежные работы по использованию ГПА на водороде в уже действующих системах водородного аккумулирования посвящены, как правило, демонстрационным установкам [4].

Свойства водорода как моторного топлива

Водород по своим свойствам отличается от углеводородных моторных топлив. Теплота, выделяемая при сгорании 1 м3 водородно-воздушной смеси на 10-15 % ниже, чем у природного газа или бензина, поэтому удельная мощность двигателей при переводе с углеводородного топлива на водород окажется меньше. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси - отношение общего объёма газов после сгорания рабочей смеси к объёму рабочей

Основными проблемами водородных двигателей являются: вероятность детонации водородно-воздушной смеси в камере сгорания, преждевременное самовоспламенение и охрупчивание материалов

смеси до сгорания, при сжигании водорода р = 0,85, это меньше, чем при сжигании жидких топлив.

Свойства водорода и углеводородных видов моторного топлива для поршневых двигателей представлены в таблице 1.

Водородно-воздушные смеси отличаются высокой скоростью горения, которая примерно в 3 раза выше по сравнению с бензиновым эквивалентом. При использовании «бедных» смесей высокая скорость горения водорода обеспечивает нормальную работу двигателя. Обеднение топливной смеси достигается путём увеличения коэффициента избытка воздуха, например, с 1 до 4-5.

Водородно-воздушные смеси обладают широким диапазоном концентрационных

о

X

о

CL

Таблица 1.Сравнение теплофизических свойств водорода, пропана и бензина

Параметр Водород Пропан Бензин

Плотность, кг/м3 0,089 2,02 720-750

Теплоемкость при постоянном объеме, кДж/м3 0,904 2,675 -

Теплоемкость при постоянном давлении, кДж/м3 1,277 3,048 -

Низшая теплота сгорания:

МДж/кг 119,91 46,39 -

МДж/м3 10,79 91,27 -

Теоретическое количество воздуха в стехиометрической смеси (по объему паров), м3/м3 2,38 23,8 58

Температура воспламенения, °С 547-597 507 467-527

Теплота сгорания стехиометрической смеси, мДж/м3 3,19 3,46 3,83

Температура горения, °С 2227 1985 2197

Скорость распространения пламени (максимальная), м/с 3,1 0,39 1,2

Теплопроводность при 290К, Вт/м °С 0,178 0,017 -

Минимальная энергия зажигания, 102 Вт 0,9 3,8 -

Пределы воспламенения в стехиометрической смеси с воздухом (по объему паров),% 4-74,2 2,3-9,5 0,6-6

Коэффициент избытка воздуха по пределам воспламенения 10-0,15 1,78-0,4 1,35-0,3

сч о сч

ю

<

о с

к <

ОктановоечислопомоторномуметодуОЧМ.ед. 45-70 до 130 100 80-100

о

X

о

CL

СЧ О СЧ

IQ

<

с;

о

СЦ <

Сейчас нет однозначного определения понятия детонации в водородном двигателе и методов ее фиксации. На появление детонации влияют состав водородно-воздушной смеси и конструкция двигателя

пределов воспламенения. Весьма малое значение нижнего концентрационного предела воспламенения обеспечивает работу водородного двигателя на всех нагрузочных режимах в широком диапазоне составов смеси. Это позволяет сохранить или улучшить КПД двигателя на частичных нагрузках при использовании качественного регулирования.

Проблемы использования чистого водорода в газопоршневом двигателе

Как правило, значительная часть газопоршневых электроагрегатов малой мощности (до 1 МВт) оснащается газовыми двигателями, создаваемыми на базе быстроходных транспортных дизелей автотракторного типа. Известный научно-технический опыт использования водорода в качестве топлива для ДВС, а также последние исследования и разработки показывают, что водород и водородосодержащие газы вполне совместимы с существующей базовой конструкцией поршневого ДВС.

Рядом зарубежных производителей производятся газопоршневые электроагрегаты, рассчитанные на использование газов с высоким содержанием водорода (генераторный, коксовый газы и т. п.). Немногочисленные отечественные производители ГПА так же сообщают о возможном использовании в их двигателях в качестве топлива водородосодержащих газов: синтез- и генераторного газов. Тем не менее, газопоршневые двигатели стационарного назначения, длительно использующие чистый водород в качестве основного топлива, до настоящего времени не созданы. Это связано как с труд-

ностями организации процесса сгорания водорода в поршневом двигателе с искровым зажиганием, так и с особенностями взаимодействия водорода с конструкционными материалами.

В качестве основных проблем следует отметить вероятность возникновения детонации водородно-воздушной смеси в камере сгорания, преждевременное самовоспламенение смеси на такте сжатия, «хлопки» от воспламенения водородно-воздушной во впускном коллекторе, так называемое «внешнее водородное охруп-чивание» конструкционных материалов, из которых изготавливается двигатель.

Явление детонации в ДВС на водороде и на углеводородных топливах имеют кардинальные отличия. На данный момент нет однозначного определения понятия детонации и детонационного сгорания в водородном двигателе и методов её фиксации. На возникновение детонации оказывают влияние состав водородно-воздушной смеси и конструктивные особенности двигателя. Так, оценка по «стуку» в двигателе даёт результаты почти в два раза отличающиеся от оценки по амплитуде высокочастотных колебаний на линии сгорания индикаторной диаграммы [5]. В литературе приводятся различные данные по детонационной стойкости водорода (октановому числу по моторному методу - ОЧМ). Для водорода ОЧМ указывается от 45 до 70 и до 110 и выше при обеднении смеси [5, 6].

Генератор энергии на топливных элементах Источник: David Murphey / peopleofsaltchuk.com

Газовый двигатель КАМАЗ 820.92-300 Источник:ЫтрпЬог-геа!йши

Опасность преждевременного воспламенения и связанные с ним т. н. «обратные вспышки» во впускном коллекторе водородосодержащей смеси в двигателях с внешним смесеобразованием является существенной проблемой, что недопустимо сточки зрения надежности и безопасности эксплуатации. В работе [7], посвященной исследованиям сгорания водорода в ДВС, сообщается о надежной корреляции между границей «хлопков» во впускном коллекторе и удельным количеством теплоты, подводимой при сгорании, на единицу массы рабочего тела. Отмечено, что газопоршневой (на базе бензинового) двигатель, переведенный на водородное топливо без значительной модернизации его конструкции, может нормально работать на водородно-воздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха а не ниже значения 2, что приводит к 50 % потере мощности (в сравнении с показателями на природном газе). Эта потеря может быть скомпенсирована увеличением количества воздуха и, соответственно, водорода, поступающего в цилиндр путём увеличения давления наддува.

Наилучшие результаты даёт непосредственная подача водорода в камеру сгорания на такте сжатия. В этом случае полностью исключаются обратные вспышки во впускном тракте, поскольку во впускном коллекторе находится только воздух, а впрыскиваемый в цилиндр водород в про-

цессе смешивания с воздухом интенсивно отводит тепло от нагретых деталей камеры сгорания. Реализация внутреннего смесеобразования и качественного регулирования мощности двигателя на водороде является достаточно сложной задачей и связана с созданием системы распределенного фазированного впрыскивания непосредственно в цилиндр газообразного водорода и её ключевого элемента - электронно управляемой водородной форсунки [7].

Проблемой создания ДВС на водороде является водородное охрупчивание металлов и сплавов, из которых выполнены детали двигателя, контактирующие с водородом, и представляет собой снижение прочности и пластичности металла из-за поглощенного водорода. Водородному ох-рупчиванию, в той или иной мере, подвержены сплавы железа, меди, алюминия, титана, никеля и др., то есть практически все конструкционные материалы. Это серьёзная проблема, решение которой не найдено. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты исследований данного явления непосредственно в условиях эксплуатации газового двигателя на чистом водороде [8]. Зарубежные публикации по вопросам водородного охрупчивания в поршневых двигателях на водороде крайне малочисленны, а российские - отсутствуют.

Результаты исследований по созданию газопоршневых двигателей на водороде

Ведущие зарубежные производители газопоршневых двигателей и электроагрегатов сообщают на своих официальных сайтах об исследованиях и подготовке к производству генераторных установок,

До настоящего времени ни у нас в стране, ни за рубежом не созданы и серийно не выпускаются газопоршневые двигатели стационарного назначения, использующие чистый водород в качестве топлива

сч о гч

ю

<

о

СЦ <

способных работать на топливе с 100 % содержанием водорода.

Так, «Caterpillar» (США) имеет большой опыт моделирования и экспериментальных исследований, особенно процессов горения и распространения пламени. Производитель имеет более чем 35-летний опыт сжигания водородосодержащих промышленных газов и водорода в составе топливных смесей в генераторных установках. Выпускаемые в настоящее время двигатели могут работать на смесях природного газа с содержанием водорода от 5 до 10 %. Некоторые индивидуальные проекты имеют более 200 000 часов работы на смеси с содержанием водорода до 60 %. Ведутся

Наилучшие результаты даёт непосредственная подача водорода в камеру сгорания на такте сжатия. В этом случае полностью исключаются обратные вспышки во впускном тракте

исследования использования в поршневых двигателях топлива с 100 % содержанием водорода. Компания декларировала, что в ближайшее время начнутся продажи генераторных установок, способных работать на 100 % водороде.

Компания INNIO (в которую входит «Jenbacher» Австрия и «Waukesha» (США)) имеющая более чем 30-летний опыт исследований и эксплуатации двигателей, работающих с водородосодержащими газовыми топливами, заявила, что газовые двигатели Jenbacher Type 4 с 2022 г. будут доступны как двигатели «Ready for H2» и способны работать на 100 % водороде. С 2022 г. все другие типы двигателей предлагаются как «готовые к работе с Н2» с возможностью работы на трубопроводном природном газе с добавлением до 25 % (по объему) водорода.

Среди российских производителей только ЗАО «ПФК «Рыбинсккомплекс» (г. Рыбинск) и ООО «Производственная компания «Дизельные системы» (г. Ярославль) на своих сайтах декларируют возможность использования в ГПА водородосодержащих газов: синтез- и генераторный газы. Электроагрегаты названых производителей выполнены с использованием конвертированных на газ дизелей ЯМЗ. По сообщениям российских СМИ подразделение группы

«ГАЗ» - «Силовые агрегаты» работает над созданием водородного двигателя для автобуса с обещанием представить опытные образцы в 2023 г. Сведения о производстве отечественных газопоршневых двигателей для электроагрегатов с возможностью работы на 100 %-ном водороде отсутствуют.

Все известные отечественные производители используют для комплектации выпускаемых ГПА газовую аппаратуру и регулирующую электронику только зарубежных специализированных производителей.

Современные немногочисленные отечественные публикации касаются, в основном, проблем использования водорода в транспортных двигателях (автомобили, тепловозы) [15-17], а работы последних лет затрагивают, в основном, общие вопросы использования водорода в качестве моторного топлива.

ОИВТ РАН - одна из немногих организаций, где на протяжении ряда последних лет ведутся расчётные и экспериментальные исследования особенностей использования водорода и водородосодержащих газов в качестве топлива газопоршневых двигателей электроагрегатов.

Для экспериментальных исследований процесса сгорания водорода и водородосодержащих топливных смесей в цилиндре

Водородному охрупчиванию подвержены сплавы железа, меди, алюминия, титана, никеля ит. д., то есть практически все конструкционные материалы. Решения этой серьезной проблемы не найдено

двигателя в ОИВТ РАН создана экспериментальная установка на базе газопоршневой электростанции АГ-75 электрической мощностью 75 кВт. Электростанция оснащена двигателем Г-266, представляющим собой конвертированный на природный газ дизельный двигатель Д-266.4 (изготовитель - ОАО "УКХ "ММЗ" г. Минск, Беларусь). Для обеспечения работы на водороде без нарушений процесса сгорания (вспышки смеси в системе впуска, детонация) в двигателе был выполнен ряд доработок, а именно - снижена температура системы охлаждения до 61-65 °С, устранено так называемое «перекрытие клапанов» путем

о

X

о

CL

Источник: about.bnef.com

Хранилище водорода

о

ж

о сг

Стационарные газопоршневые двигатели, длительно использующие водород в качестве топлива, пока не созданы. Это связано с трудностями организации процесса сгорания водорода в двигателе

регулировки зазоров в приводе клапанов механизма газораспределения. Впуск водорода осуществлялся по отдельному газопроводу в впускной коллектор в зону впускного клапана. При продолжительной работе двигателя использовался состав смеси «водород - воздух» с коэффициентом избытка воздуха не менее, чем а = 2. Двигатель оснащен аппаратурой для ин-дицирования рабочего процесса (датчики давления в цилиндре, момента зажигания и положения коленчатого вала) [19, 20].

В ходе выполненного комплекса исследований в ОИВТ РАН получены следующие результаты [19-23]:

Использование чистого водорода в качестве топлива газового двигателя с внешним смесеобразованием приводит к снижению его индикаторной мощности и КПД на ~ 30 % по сравнению с получаемыми на природном газе. В меньшей мере такое снижение отмечается и при использовании водородосодер-жащего синтез-газа. Компенсация потерь мощности возможна при установке системы турбонаддува и требует дополнительных исследований.

Индикаторный КПД на исследованных режимах слабо зависит от а и для смесей «водород - воздух» составляет 30-32 %. Для смеси «метан - воздух» - 48 %. Для смесей «водород - метан - воздух» КПД выше, чем для смесей «водород - воздух». При использовании в качестве газового топлива синтез-газа (СО - 40 %, Н2-50 %, СО2 и СН4 - остальное, в процентах указано объёмное содержание компонентов) индикаторные показатели эффективности (КПД, индикаторная мощность) выше, чем при использовании чистого водорода.

Грузовик на водородном топливе

Источник: Hydrogen_Council / flickr.com

гч о гч

ю

<

о

СЦ <

Модель Toyota Mirai на водородных топливных элементах

4. При использовании внешнего смесеобразования и работе двигателя на водороде обеспечивается качественное регулирование мощности за счёт изменения состава смеси.

5. За время проведения исследований специфических нарушений процесса сгорания, характерных для водорода, отмечено не было, что является подтверждением эффективности мероприятий по адаптации газового двигателя к использованию чистого водорода в качестве топлива.

6. Двумерное численное моделирование работы двигателя на водородо-содержащем топливе подтвердило качественные зависимости показателей эффективности работы двигателя от состава смеси и опережения зажигания, в сравнении с полученными в эксперименте. Показано, что при одинаковом содержании водорода в смеси добавление метана приводит к более эффективной работе двигателя.

7. Создана математическая модель горения и развития интенсивных динамических процессов при сжигании чистого водорода в камере сгорания поршневого двигателя. В результате проведенного в работе анализа вы-

Источник: ammza12/ depositphotos.com

делены три основных сценария развития горения водорода в камерах двигателей внутреннего сгорания: детонационное горение, дефлагра-ционное горение и режим быстрого горения с генерацией ударных волн. Последний сценарий представлен впервые и является базовым для описания нештатных режимов горения водорода в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием [15].

8. Полученные результаты по рабочему процессу водородного газового двигателя вполне согласуются с данными исследований, выполненных зарубежными авторами [16-18].

В отдаленных районах России, не имеющих централизованного энергоснабжения, технология водородного аккумулирования электроэнергии, полученной на СЭС и ВЭС, является экономически оправданной

о

X

о

CL

Проблемы, связанные с водородным охрупчиванием и вопросы ресурса двигателя на водороде, в указанных работах ОИВТ РАН не затрагивались. Очевидно, что для создания промышленных образцов ГПА необходима разработка новых видов материалов, способных к длительной работе в водородной среде. Это должна быть совместная работа материаловедов и производителей двигателей.

Заключение

Создание отечественного газопоршневого двигателя, использующего в качестве топлива чистый водород, связано с рядом достаточно серьезных проблем. За рубежом (и в меньшей мере у нас в стране) ведутся интенсивные работы по созданию газовых двигателей, способных длительно работать на топливе со 100 %-ным содержанием водорода. Получены определённые положительные результаты в данном направлении. В некоторых случаях (как правило, при использовании в качестве топлива водо-родосодержащих газовых смесей) достаточно небольшого объёма доработок традиционного газопоршневого двигателя, работающего на природном газе. Видимо, главной трудностью создания газопоршневых двигателей на водороде является процесс водородного охрупчивания. Решение проблемы водородного охрупчивания требует разработки новых видов

Водородная заправка

Источник: МопаМаке1а / Depositphotos.com

материалов, способных к длительной работе в условиях двигателя в водородной среде, с привлечением к исследованиям соответствующих специализированных организаций.

Помимо названных выше, вполне решаемых технических проблем по созданию водородного газопоршневого двигателя, существует ряд вопросов (начиная от неопределенности водородной

Использованные источники

сч о сч

IQ

<

с;

о

СЦ <

Водородные энергетические технологии: материалы семинара лаборатории ВЭТ ОИВТ РАН: сб. науч. тр. /редколл.: Д. О. Дуников (отв. ред.) [и др.]. - М.: ОИВТ РАН, 2017. Вып. 1- 190 с.

Tarasenko Alexey B., Kiseleva Sophia V., Popel Oleg S. Hydrogen energy pilot introduction - technology competition. International Journal of Hydrogen Energy 2022. V. 47 (23), P. 11991-11997. Зайченко В. М., Исьемин Р. Л., ЧернявскийА. А, Цыпла-ковА. И. Развитие водородной энергетики в России. - М., ООО «Издательский Дом «Недра». - 71 с. The wind/hydrogen demonstration system at Utsira in Norway: Evaluation of system performance using operational data and updated hydrogen energy system modeling tools. 0ystein Ulleberg, Torgeir Nakken, Arnaud Eté // March 2010. International Journal of Hydrogen Energy 35(5):1841-1852. 2009.10.077.

Водородное топливо. - URL: https://extxe.com/11839/ vodorodnoe-toplivo/#3

МищенкоА. И. Применение водорода для автомобильных двигателей.-Киев, Науковадумка, 1984. С. 57-58.

10.

Akshay Prakash Metkar, Dr. Vikas Vitthal Shinde. Design of Injector for Hydrogen Opera ted S. I. Engine International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 8, Issue 4, April-2017.

Findings of Hydrogen Internal Combustion Engine Durability Final Technical/Scientific Report Project Period: 3/7/0712/31/2010 Garrett P. Beauregard March 31, 2011DE-FC26-06NT43027Electric Transportation Engineering Corporation 430 S. 2ndAvePhoenix, AZ 85003

ХрипачН. А. и др. Разработка водородной энергоустановки новой генерации. Известия Московского государственного технического университета МАМИ, 2012. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-vodorodnoy-energoustanovki-novoy-generatsii

БабковЮ. В., КотяевД. В., Прохор Д. И., Воронков А. Г., Журавлев С. Н. Особенности использования водорода на железнодорожном транспорте - выбор агрегатного состояния и способы экипировки локомотива водородом // Бюллетень результатов научных исследований. Вып. 2., 2021. С. 107-118.

повестки в нашей стране и заканчивая сегодняшним состоянием российской двигателестроительной отрасли), которые могут создать впечатление, что острой необходимости в нашей стране в таком двигателе нет. Согласно последним документам Правительства РФ, касающимся водородной энергетики и малоуглеродного развития РФ, основным показателем решения задачи водородной энергетики назван экспорт водорода, причем данные по перспективам спроса водорода, в том числе и в России, пока неясны, а сам глобальный рынок водорода отсутствует [19].

С другой стороны, в упомянутых постановлениях правительства в составе стратегических инициатив и ключевых мер для решения задач развития водородной энергетики в Российской Федерации указана необходимость создания научно-технологической инфраструктуры для разработки и внедрения отечествен-ныхтехнологий водородной энергетики, в том числе и водородного аккумулирования в системах генерации с ВИЗ.

В России, в связи с ускоренным развитием отдаленных районов страны, не имеющих централизованного энергоснабжения, расширяется использование ВЭС и СЭС. В таких регионах технология водородного аккумулирования электроэнергии с использованием ГПА на водородном топливе является одним из немногих и, как показывают оценоч-

Для исследований процесса сгорания водорода и водородных смесей в цилиндре двигателя в ОИВТ РАН создана экспериментальная установка на базе газопоршневой электростанции мощностью 75 кВт

ные расчёты, экономически оправданных способов обеспечить бесперебойное энергоснабжение потребителей.

Нам действительно необходимо создание отечественных двигателей, и газопоршневых электроагрегатов, работающих на 100 %-ном водороде, в существенной мере определяющих эффективность использования ВИЗ. Для успешного решения задачи в сроки, обозначенные постановлениями Правительства РФ, уже сейчас требуется серьезная государственная поддержка, значительные инвестиции и организационная подготовка работ по созданию и внедрению отечественных технологий водородной энергетики, в том числе и одного из ключевых элементов системы водородного аккумулирования -отечественного газопоршневого электроагрегата на водородном топливе.

о

X

о

CL

7 7, Козлов С. И., Фатеев В. И., Люгай С. В. Автомобили с водородными поршневыми двигателями. Транспорт на альтернативном топливе. №4, 2014. С. 15-23.

12. ЗайченкоВ. М., КиверинА. Д., СмыгалинаА. Е, Цыпла-ковА. И. Гзрение обедненных смесей на основе водорода в двигателе с искровым зажиганием. Известия Академии наук. Энергетика. №4, 2018. С. 87-99.

13. ЗайченкоВ. М., КиверинА. Д., СмыгалинаА. Е., Цыпла-ковА. И. Об эффективности использования водорода и синтез-газа в двигателе с искровым зажиганием // Инженерно-физический журнал. Т. 95. № 7, 2022. С. 160-177.

14. PetrovA. Е, TsyplakovA. /,, Zaichenko V. М. Piston engine on pure hydrogen. XXXII International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter March 7-6, 2017, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia.

15. КиверинА. Д., СмыгалинаА. E. Механизмы развития интенсивных динамических процессов при сжигании водорода в камерах сгорания ДВС, ТВТ, 60:1 (2022). С. 103-107.

16. Shudo Т. Improving thermal efficiency by reducing cooling losses in hydrogen combustion engines//Intern. J. Hydrogen Energy. 2007 V. 32(17). P. 4285-4293.

17. Shudo T. A new eguation to describe cooling loss in hydrogen combustion engines which was developed from the eguation for turbulent heat transfer ofpipe flows // 6th World Conf. on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics. April 17-21, 2005. Matsushima, Miyagi, Japan.

18. С. B. Sinivasana, D. R. Subramanian. Hydrogen as a spark ignition engine fuel technical review. International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering, IJMME-IJENS, Vol:14 No:05. P. 111-117.

19. Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года // Распоряжение Правительства РФ от09.06.2020г. № 1523-р.

сч о сч

ю

<

о с

к <