Грузовик с водородным топливным элементом, ориентировочные показатели

[altcon.livejournal.com]

     Как известно, многие страны предпринимают значительные усилия по уменьшению выбросов углекислого газа, а транспорт, работающий на ископаемом топливе,  является одним из источников эмиссии  -  как СО2, так и оксидов азота. Чисто электрические грузовики и автобусы давно производятся малыми сериями.   Ожидается крупносерийный выпуск седельного тягача компании Tesla.
    Критики отмечают недостаток магистрального грузовика с аккумуляторами повышенным весом, вследствие чего снижается полезная нагрузка автомобиля. Стоит отметить, что  для легковых электромобилей уже появились станции быстрой автоматизированной замены батарей, не исключено, что это может быть в перспективе  реализовано для грузовиков.
   В качестве альтернатив   предлагается использование водородного     Топливного Элемента, что позволило бы увеличить пробег между подзарядками, если они вообще понадобятся, уменьшить емкость батареи, а также в перспективе использовать возобновляемую энергию для получения водорода посредством электролиза воды.

Седельный тягач с водородным топливным элементом и баллонами за кабиной

Недавно были опубликованы прогнозные расчеты сравнительного стоимостного анализа грузового электротранспорта с водородным  топливным элементом

https://www.fch.europa.eu/publications/study-fuel-cells-hydrogen-trucks

На переднем плане топливные элементы

                                                                             

Двухступенчатый электромотор грузовика

                                                                   

    Как альтернатива водородному грузовику в  работе также рассматривался вариант с аккумуляторами большой емкости (пробег между подзарядками сопоставим с водородным тягачом), а также вариант  с токоприемниками.

Седельный тягач с токоприемником

                                                                           

Авторы работы приводят нижеследующие цены, основанные на серийном выпуске, для магистрального  грузовика мощностью   330 КВт.  Приведены цифры для планового гипотетического выпуска в 2023,  2027 и в 2030 годах.
   За основу взят седельный тягач мощностью 330 КВт, без двигателя он бы стоил 63000 Евро.   Далее можно прибавить стоимость либо дизеля, либо топливного элемента, для которого нужно добавить буферный аккумулятор, электромотор и выбрать один из вариантов запаса водорода — в сжатом или жидком виде ( указан также удельный вес средства хранения).  Максимальная мощность обеспечивается аккумуляторами, при полной зарядке их хватает примерно на 100 км, мощность топливного элемента принята на уровне 240 КВт.  Запас водорода обеспечивает пробег 560 км, приводится также удельный вес средств хранения водорода.  грузовика мощностью 330 КВт.  Приведены цифры для планового гипотетического выпуска в 2023,  2027 и в 2030 годах.

Расход водорода — 8 кг на 100 км в 2023 году и 7,6 кг  в 2027 году.

Таблица с ценами в Евро   

В печати уже сообщалось, что в Китае для автобусов цена батарей снизилась ниже 100 долларов за КВт час  (прим. автора блога).   По прогнозу авторов обзора общая стоимость владения при пробеге 140 тыс. км в год дизельного и альтернативного грузовика практически сравняется  к 2027  году, а в 2030 последний будут предпочтительнее по полной стоимости владения. При этом авторы принимают стоимость диз.топлива за 1,27  Евро за литр в 2023 году      и 1,37 Евро за литр в 2030 г., а стоимость  электролизного водорода за 6,90 Евро в 2023 г. и  4,50 Евро за кг в 2030 г.
    Понятно, что возникает вопрос об удобстве и экономике эксплуатации водородного грузовика, а здесь пока неясны ценовые перспективы электролизного водорода. Вполне возможно, что около крупной ГЭС и при значительном потреблении водорода стоимость будет определяться амортизацией электролизеров и компрессоров сжатия водорода.
   Но давайте посмотрим, что уже в мире есть сейчас из водородной инфраструктуры. Во первых, это установки по выпуску водорода на основе природного газа (газификацию угля оставим пока в стороне, хотя вместо угля можно газифицировать и нефтяные остатки — гудрон, асфальт или нефтяной кокс. ) Главные потребители водорода сегодня  - это аммиачные установки, нефтеперерабатывающие заводы. Для первых водород сжимается до давления 300 атм, для вторых  до 65 или до 250 атм в зависимости от технологической схемы. В Европе и США имеются газопроводы  водорода для снабжения предприятий, поэтому в теории водородные газовые заправки, получая водород при давлении 30-40 атм, могут уменьшить количество ступеней сжатия при компрессии , снижая инвестиционную стоимость оборудования.
    Сегодня ориентировочная себестоимость водорода для крупной установки парового риформинга природного газа около доллара за кг, возможно, что для США и России процентов на 10-20 ниже, поскольку газ относительно дешев.
   Есть планы  интеграции электролизного водорода с существующими установками. В Германии компания Leuna разместит на своей площадке электролизеры для известного поставщика газов -  компании     Linde  общей мощностью 24 МВт, которые будут поставлять в   магистральную и  заводскую сеть водород, полученный из возобновляемой энергии, а также сжиженный газ будет распределяться по автозаправочным станциям.
https://www.greencarcongress.com/2021/01/20210114-linde.html
   Как это ни странно звучит, традиционные поставщики топлива сегодня могут производить водород для транспорта экономично и надежно, хотя это и уменьшает продажи жидких топлив. Вполне возможно, что идея поставки водорода под большим давлением для близлежащей к аммиачному заводу или НПЗ водородной заправки покажется вышеупомянутым предприятиям неинтересной. Но  существуют приемы, с помощью которых можно заинтересовать таких поставщиков. В США это мог бы быть аналог RIN , когда предприятие покупает сертификат, что энергия поставлена из возобновляемых источников, что способствует снижению выбросов углекислого газа. Водород, пусть  даже полученный из природного  газа c абсорбцией СО2 способствует снижению выбросов углекислого газа на  транспорте
   В работе авторы также рассматривали и менее мощные автомобили, которые могут использоваться как развозные авто или шасси для мусоровозов.
если у читателей будет интерес узнать подробнее, то приведу в отдельном посте. Также можете задавать вопросы по технологиям производства водорода.

Comments

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

Да можно и на 10к атмосфер бак сделать, это не проблема. Проблема в другом - ваши расчеты учитывают ДТП?

К тому же у водорода есть и еще одно "достоинство" - он очень сильно диффундирует. И если в баке еще можно создать герметичные условия, то в топливной магистрали сделать это уже не получится, так что водородный двигатель будет фонить водородом как не в себя. И на стоянках, под капотом, в закрытых помещениях - искры будет достаточно. Причем это проявится не сразу, а через несколько лет, после того как материалы достаточно состарятся. И особенно опасен водород для стали. Термин даже такой есть - водородная коррозия.

[altcon.livejournal.com]

"Проблемы" с водородом - это распространенное заблуждение. Все вопросы давно решены в промышленности, прекрасно и продолжительно эксплуатируются компрессоры и газопроводы водорода. Сжимать его труднее вследствие низкой вязкости и молекулярного веса, но все решено, правда подороже чем с воздухом или метаном.

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

Вы какую-то заученную мантру повторяете. Сравнивать стационарные заводские газопроводы высокого давления, обвешанные датчиками как новогодняя елка шариками, и движущиеся на 100 км/ч 30-тонные механизмы с тысячами деталей... Маркетологами запахло.
Ну, не буду мешать. Успехов

[altcon.livejournal.com]

Согласен с Вами, что при боковом ударе в баллон на большой скорости, он повредится. Но удар в бак авто и аккумулятор электро автомобиля также опасны. Для баллона опаснее нагрев, когда повышение давления и снижение прочности материала приведут к внутреннему разрыву. Но если дыра от удара, то газ будет выходить струей.
Никогда не был маркетологом, компрессией газов занимался.

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

700 атм в этом баке это вовсе не тоже самое, что атмосферное давление в случае с бензином.
Даже не взорвавшись, эти 700 атм натворят бед очень нехило.
Вот вам всего лишь 9 атм:
https://www.youtube.com/watch?v=g1EQg2dc_5Q

[altcon.livejournal.com]

Нужно сравнивать с метановыми баллонами. Пропан тяжелее воздуха и при повреждении баллона опускается к земле. Метан и водород - вверх.

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

Причем тут вообще пропан?

[altcon.livejournal.com]

Если о 9 атм речь шла, то подразумевался скорее пропан?

[altcon.livejournal.com]

Понял теперь, это о шинах. В сети было много видео про пожары пропан-бутановых авто, думал это о них.

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

Ну а теперь представьте себе спецэффекты, когда рванет не обычная небольшая шина, которая разлетается в клочья, а гигантский бак (смотрим вашу прекрасную картинку из будущего) на 700 атм.
Ему даже гореть не требуется, чтобы уничтожить и грузовик, и все с чем он столкнулся.

[altcon.livejournal.com]

Мне кажется Вы зря нагнетаете страстей. Если Вам страшновато иметь баллоны 700 атм, пусть эксплуатируют 320 атм. Метановые грузовики и авто ведь эксплуатируются. В Германии даже частникам компрессор газа продавали, чтобы они газовое авто заправляли.
Привыкают люди и на легковом и на грузовом авто с баллонами. Кто-то и раньше (в 80-х годах) на передвижной заправке работал - на полуприцепе были огромные баллоны 400 или 500 атм для заправки газовых грузовиков.

[http://users.livejournal.com/_dmitrii/]

Метановые грузовики и авто это тоже забавная тема







Ну а водородные будут взрываться примерно так:

[igor-star0stin.livejournal.com]

Просто пока метановых машин не очень большой процент, они просто не успели проявить себя.

[suvorow-.livejournal.com]

пропан при разгерметизации начинает кипеть и всё охлаждать, снижая вероятность воспламенения. И снижая интенсивность перемешивания тоже.

Но речь тут идёт вовсе не об этом. При 700 атмосферах внутри баллона ударная волна при разгерметизации будет достаточно сильной и без воспламенения водорода (или метана), просто, за счёт адиабатического расширения газа.

[aso.livejournal.com]

Согласен с Вами, что при боковом ударе в баллон на большой скорости, он повредится. Но удар в бак авто и аккумулятор электро автомобиля также опасны.

За аккумулятор - не скажу, а "удар в бензобак" - давно уже опасен только утечкой жидкого топлива.
Да и то - не всегда.

[vlad (from livejournal.com)]

Страшновато насчет "решены", не так давно купил четыре титановых болта на велосипедный стем, один лопнул. Нет - не перетянул, руль - карбон, соответствующий днм ключ имеется. И нет не левак - вполне себе "британская" фирма Hope заказ с ChainReaction.
А ведь с титаном и вообще проблем быть не должно, процесс отработан и известен. Бог с ним с рулем, ну убился бы, но только я. А тут ведь трак, это не велосипед.

А статья интересная - спасибо.

[altcon.livejournal.com]

Подразумевал, что решены вопросы с "охрупчиванием" металла водородом и его хорошая диффузия. Контроль качества сосудов высокого давления должен проводиться на соответствующем уровне, можете почитать (это ведь далеко не титановые болты) http://docs.cntd.ru/document/gost-r-51753-2001

[analogthing.livejournal.com]

Ну, мошт этот "титан" у них вместо нержавки торгуют, для велогиков.
Класс прочности какой был? В крепеже важно именно это.

[vlad (from livejournal.com)]

Да кто его знает? Hope сейчас не нашел, но вот есть Ritchey

https://www.chainreactioncycles.com/ritchey-ti-bolt-set-wcs-4-axis/rp-prod182163

дело ведь не в классе. Уважаемая вроде как контора, продает stem (вроде вынос по русски) болты которые ну никак не должны лопаться при 5Nm т.к. карборуль никто не тянет выше.

[analogthing.livejournal.com]

Я примерно понимаю, о чем речь, велики с сыном собирали тоже, через заказ комплектухи.
Ну что могу сказать? Красивая комплектуха. Но хлам)

Пять нютонов даже 3.6 М6 должны держать. Ну это так, для метизов.

[vlad (from livejournal.com)]

О чем и речь. Титан на педалях, титан-болты на 3Т stem , титан на подседеле, титановые болты на клипах велотапок и в них же титановые пластины. Никогда никаких проблем.

Мало того, оставшиеся три я со всей дури уже обычным не Nm ключом крутил - хрен. а на том одном - брак, технологию не выдержали.

Что произойдет с траком? Если кто то накосячит? Я разок видел как обычный бензиновый у нас горел, в том месте пожарники в 10 минутах. На обратной с работы дороге, только каркас-скелет на обочине был.

[analogthing.livejournal.com]

Все-таки я думаю, что это совершенно разные требования к контролю качества. Если о том же крепеже - ты не обойдешь требования соответствующих НТД. А "красивый" крепеж покупают в Китае, ессна, продавая в розницу х10 минимум. Там пофиг на качество. А класс прочности, в случае такого требования, клепается на каждом болтике. Благо это, в силу технологии, как два байта переслать.)

[vlad (from livejournal.com)]

Контора отвечает за свою продукцию, мне без разницы где сделана Makita или в каком подвале клепали сверла Dewalt свое назначение по цена/качество они отрабатывают. Китай - разный. Hope за свою продукцию - не отвечает, только и всего.

[analogthing.livejournal.com]

Именно так - Норе если продается под своим брендом, а не СуньБолт, должна обеспечивать контроль качества компонентов, производимых по заказу.

[vlad (from livejournal.com)]

Брал их болты на дисковые тормоза - ОК. Народ хвалил их втулки, вроде тоже - ОК.

А тут меня выбесило, что это же сука - руль. Что было бы если он лопнул в процессе езды? В общем Hope напрочь вычеркнул из покупок

Вот поэтому и как-то стремно с этими водородными технологиями, я не спец конечно, но вот на теслы эти смотрю, а их уже у нас дохрена (как и других электричек) и думаю - что будет если сплющит? Я пару раз видел как народ доставали. Ну сидит себе чудак спокойно, копы - огородили, пожарники выкусывают/выпиливают арки. А если сплющенные акки под ногами? Как они себя поведут? Убеждают, что все зашибись? Как по мне - надо подождать, рано радоваться.