Разработка и внедрение нормативных требований, предъявляемых к судовым энергетическим установкам на топливных элементах Текст научной статьи по специальности «Физика»

Разработка и внедрение нормативных требований, предъявляемых к судовым энергетическим установкам на топливных элементах

А.М.Белов, М.А.Макаров

ФГУП «Крыловский государственный научный центр», научно-производственный комплекс водородной энергетики (НПКВЭ), 196158, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44

Development and implementation of regulatory standards for marine fuel cell-

based power plants.

A.M.Belov, M.A.Makarov

FSUE Krylov State Research Centre, Hydrogen R&D Branch, 196158, St. Petersburg, Moskovskoe highway, 44

e-mail: belov_alj@mail.ru

DOI 10.24412/cl-37211-FC-2024.15

В настоящее время особое внимание международного сообщества обращено на проблемы глобального потепления, загрязнения окружающей среды и поиска альтернативных источников энергетических ресурсов взамен традиционных, получаемых из природных ископаемых.

Одним из наиболее быстро развивающихся направлений в современной энергетике является водородно-ориентированная энергетика.

В этом плане актуальными являются разработка энергетических установок на топливных элементах (ЭУТЭ), проблемы получения, транспортирования и хранения водорода. Наиболее остро эти задачи стоят в отношении энергетических установок транспортных средств, в частности - судовых энергетических установок.

ФГУП «Крыловский государственный научный центр» выполняет опытно-конструкторскую работу «Создание технологии и универсального функционального модуля энергетической установки на топливных элементах для экологически чистого водного транспорта с оснащением и сертификацией водородного прогулочно-экскурсионного судна и созданием заправочной станции» по заключенному контракту с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации.

Совместные консультации с ФАУ «Российское Классификационное Общество» (ФАУ «РКО») показали необходимость дальнейшей инициализации работ по разработке соответствующих правил и требований ФАУ «РКО» к энергетическим установкам, использующим компримированный водород в качестве топлива, с последующей реализацией требований на опытном образце инновационной установки, размещаемой на пр. 00393, и их уточнению по результатам опытной эксплуатации за рамками ОКР. Такой принцип обеспечит возможность освидетельствования водородной энергетической установки и организации ее серийного производства.

Общим правилом считается, что на судах применяется топливо с температурой вспышки выше 60 °С. Исходя из этого условия сформулированы требования к конструкции и оборудованию судов.

При разработке требований к судовым ЭУТЭ было рассмотрено множество зарубежных примеров.

С принятием ИМО Международного кодекса по безопасности судов, использующих газы или иные виды топлива с низкой температурой вспышки (Кодекс МГТ), и

внесением соответствующих поправок в МК СОЛАС на судах допускается применение топлива с низкой температурой вспышки, т.е. топлива с температурой вспышки 60 °С и ниже [1]. В смысле Кодекса МГТ под топливом понимается природный газ в сжиженном либо в газообразном состоянии. К другим видам топлива, которые рассматривают как альтернативные, относят метанол, этанол, водород и аммиак. После принятия Кодекса МГТ ИМО были разработаны Временное руководство по безопасности судов, использующих метиловый/этиловый спирт в качестве топлива, Временное руководство по обеспечению безопасности судов, использующих энергетические установки на топливных элементах. В настоящее время ИМО ведется разработка аналогичного Руководства по применению аммиака в качестве топлива. Эти Руководства следует рассматривать как дополнения к Кодексу МГТ [1].

Временное Руководство ИМО «Interim Guidelines for the Safety of Ship Using Fuel Cell Power Installations» состоит из пяти частей: общие требования; принципы проектирования энергетических установок на топливных элементах; пожарная безопасность; электрооборудование; системы управления, контроля и безопасности [2]-

[4].

Правила классификационных обществ также регламентируют вопросы проектирования, постройки и применения энергетических установок на топливных элементах.

Руководство ABS «Guide for Fuel Cell Power Systems for Marine and Offshore Applications» состоит из восьми разделов и двух приложений: общие положения; требования к проектированию топливных элементов; требования к общему расположению и монтажу на судне; пожарная безопасность; электрооборудование; системы управления, контроля и безопасности; освидетельствование в процессе изготовления; освидетельствование после изготовления (в эксплуатации) [6].

Руководство BV «Ships using Fuel Cells» состоит из десяти разделов: общие положения; оценка безопасности; материалы; общее расположение; энергетическая установка на топливных элементах; пожарная безопасность; электрооборудование; системы управления, контроля и безопасности; испытания на борту; освидетельствование при изготовлении и сертификация [7].

Руководство CCS «Guidelines for Application of Fuel Cell Power Systems» состоит из восьми разделов: общие положения; общее расположение; топливные системы; противопожарная защита; защита от взрыва; системы управления, контроля и безопасности; дополнительные требования для символов класса энергетической установки на топливных элементах; освидетельствования и испытания [8].

Правила DNV: Rules for Classification. Pt. 6, Ch. 2, Sec. 3 Fuel Cell Installation - FC состоит из девяти глав: общие требования; материалы; принципы проектирования для символа FC(Power); требования к энергетическим системам на топливных элементах; принципы проектирования помещений для топливных элементов; пожарная безопасность; электрооборудование; системы управления, контроля и безопасности; производство, качество изготовления и испытания [9].

Руководство KR «Guidance for Fuel Cell Systems on Board of Ships» состоит из двух частей: часть 1 «Общие положения» содержит один одноименный раздел; часть 2 «Изготовление и монтаж» состоит из 7 разделов: общие требования; принципы проектирования энергетических установок на топливных элементах; пожарная безопасность; электрооборудование; топливные элементы и сопутствующие компоненты; производство, качество изготовления и испытания [10].

Руководство LR «Guidance Notes on the Installation of Fuel Cells on Ships» состоит из четырех частей: часть 1 «Общие требования» состоит из 3 разделов: общие требования; термины; технология топливных элементов; часть 2 «Концептуальное проектирование» состоит из 4 разделов: общие требования; размещение установки на борту; помещение установки и расположение; интерфейс между судовыми системами; часть 3

«Руководство по детализированному проектированию» состоит из 3 разделов: общие требования; энергетическая установка на топливных элементах; пожаро-взрывобезопасность; часть 4 «Эксплуатация» состоит из одного раздела - техническое обслуживание и освидетельствование [11].

Руководство NK «Guidelines for Fuel Cell Systems on Board of Ships» состоит из трех частей: часть 1 «Общие требования»; часть 2 «Вопросы безопасности, связанные с использованием водорода [12], [13].

Несмотря на отличие в структуре и объеме перечисленных документов, общим для них являются: требования к размещению элементов ЭУТЭ на судне; требования по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности; требования к электрооборудованию; требования к системам управления, контроля и безопасности; требования к освидетельствованиям при изготовлении и при эксплуатации. Следует отметить большое количество отсылочных норм к инструментам ИМО и стандартам МЭК.

В результате тесной работы специалистов научно-производственного комплекса водородной энергетики ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и ЦКБ «Балтсудопроект» были разработаны «Требования к энергетическим установкам на топливных элементах (ЭУТЭ)», которые согласно приказу №84-п от 02.10.2023 ПКПС была дополнена частью XV, в которой отражены требования к судовым ЭУТЭ.

Литература

1 International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-Flashpoint Fuels (IGF Code), Resolution MSC.391(95) 11.06.2015.

2 Interim Recommendation for Carriage of Liquefied Hydrogen in Bulk, Resolution MSC.420(97) 25.11.2016.

3 Interim Guidelines for the Safety of Ships using methyl/ethyl Alcohol as Fuel, MSC.1/Circ.1621 07.12.2020.

4 Interim Guidelines for the Safety of Ship Using Fuel Cell Power Installations, MSC.1/Circ.1647 15.06.2022.

5 Draft global technical regulation on hydrogen and fuel cell vehicles, ECE/TRANS/WP.29/2013/41.

6 ABS: Guide for Fuel Cell Power Systems for Marine and Offshore Applications, November 2019.

7 BV: Ships using Fuel Cells, January 2022.

8 CCS: Guidelines for Application of Fuel Cell Power Systems, July 2015.

9 DNV: Rules for Classification. Pt. 6, Ch. 2, Sec.3 Fuel Cell Installation - FC.

10 KR: Guidance for Fuel Cell Systems on Board of Ships, 2020.

11 LR: Guidance Notes on the Installation of Fuel Cells on Ships, April 2023.

12 NK: Guidelines for Fuel Cell Systems on Board of Ships, June 2019.

13 NK: Guidelines for Ships Using Alternative Fuels (Edition 2.0) (Methyl/Ethyl Alcohol /LPG /Ammonia), June 2022.