Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания

Мы побывали на опытной ветряной электростанции Hama Wing в Японии,

где производят водород для транспорта на топливных элементах. Японцы,
действительно, готовы избавить мир от ДВС!

Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания

Производитель ветряка — Vestas (Дания), высота башни ветрогенератора —

78 м, диаметр лопастей — 80 м, номинальная мощность — 1,98 МВт, годовая
выработка — около 2100 МВт ч.



«Если мы используем “чистый” электромобиль, то и электроэнергия,
которая приводит его в движение, должна вырабатываться с помощью
“чистой” энергии: солнце, вода или ветер. Однако время и
продолжительность, когда мы будем производить такую электроэнергию, не
будет совпадать с тем временем, когда мы нуждаемся в ней. Это может быть
суточная разница, погодная, сезонная и т.д. Значит, нам надо хранить
электроэнергию в батареях долгое время — понадобятся гигантские
хранилища. Это нереально, тем более, что нынешние батареи не могут долго
хранить энергию. Именно поэтому мы не мыслим будущего без водорода и
автомобилей на топливных элементах», — это слова Геральда Килманна,
вице-президента по исследованиям и разработкам Toyota.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Схема расположения основных объектов на ветряной электростанции и водородной фабрике Hama Wing


Мы уже не раз писали о том, что японский автопроизводитель видит свое
будущее в развитии технологий на топливных элементах, где основным
топливом должен стать водород. Но где и как его добывают таким способом,
чтобы весь процесс стал экологически чистым? Для ответа на этот вопрос
мы отправились в Японию на небольшую опытно-экспериментальную фабрику
Hama Wing в Иокогаме, что в 40 минутах езды от Токио. Ее начали строить в
2015 году, а уже в 2018 фабрика должна выйти на проектную мощность.
Речь идет о ветряной электростанции, расположенной на самом берегу бухты
Иокогама, которая совмещена с производством водорода путем электролиза
воды и его хранилищем.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Весь процесс производства, сжатия, хранения, транспортировки и использования водорода в одной схеме.


Электричество необходимо для электролизной установки, которая
расщепляет воду на кислород и водород, а также компрессоров, которые
сжимают водород для последующего стационарного хранения в резервуаре,
расположенном на самой станции, либо для транспортировки в
грузовиках-заправщиках до конечного потребителя. В данном случае
потребителями являются местные предприятия, использующие 2,5-тонные
вилочные погрузчики на топливных элементах. Излишки электричества,
вырабатываемые ветрогенератором, либо запасаются в хранилище с
аккумуляторами, либо отдаются в электросеть города посредством
распределительной щитовой. Это если вкратце, но самое интересное кроется
в деталях.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Сейчас погрузчики на топливных элементах используются в четырех
компаниях: на складах хранения замороженной продукции в
распределительных центрах двух логистических компаний в городе Кавасаки,
транспортировке тяжестей на пивоварне известной японской марки Kirin и в
секции фруктов и овощей на центральном оптовом рынке в городе Иокогаме —
то есть там, где нежелательно использовать технику с ДВС.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Система стабилизации производства водорода и накопления энергии
представляет собой два контейнера, в которых находятся 180 штук б/у
никель-металл-гидридных батарей от Toyota Prius. Производительность
данной системы — 150 кВт ч. Каждая батарея проходит регулярную
техническую инспекцию на пригодность. Таким образом обеспечивается не
только гибкость при производстве водорода, но и утилизация старых
батарей от гибридов.


Сам процесс выработки водорода происходит в электролизной установке,
изготовленной компанией Toshiba. Это небольшой контейнер (длина — 6,2 м,
ширина — 2,4 м, высота — 2,9 м), в котором находятся воздушный
компрессор, электролизер, охладитель и воздушный ресивер. Рядом с
электролизной установкой расположен небольшой резервуар с азотом. Азот
нужен для работы охладителя, так как в процессе электролиза выделяется
тепло — водород находится в нагретом состоянии. Таким образом система
охлаждает всю установку и полученный газ, чтобы исключить возможность
его взрыва.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Хранилище водорода представляет собой компрессорную станцию и резервуар в
виде вертикальной колонны объемом 100 м³, где водород хранится под
давлением 0,4-0,82 МПа. Резервуар может запасать до 800 н.м³ водорода,
однако активный объем газа, который обычно отбирается и закачивается, —
400 н.м³. Этого объема достаточно для 2 дней работы 12 вилочных
погрузчиков на топливных элементах, что обеспечивает стабильность
поставок даже в случае возможных перебоев с выработкой водорода на
станции.


Для транспортировки водорода к конечному потребителю используются
дизель-электрические гибридные грузовики Hino Dutro Hybrid
последовательно-параллельной схемы, выполненной на манер Toyota Prius.
Одного грузовика хватает, чтобы заправить 6 погрузчиков на топливных
элементах. Грузовики по сути являются мобильными водородоснабжающими
АЗС: они оснащены оборудованием, позволяющим осуществлять закачку
водорода под давлением 35 МПа непосредственно в погрузчик на местах, где
отсутствует необходимая заправочная инфраструктура.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания

На борту грузовика установлены «цистерны» из композитных материалов
общим объемом 300 л, которые вмещают 270 н.м³ водорода. Для этого
используется многоступенчатая компрессорная станция производительностью
50 н.м³ в час, расположенная рядом с основным хранилищем. Водород,
подводимый к компрессору под давлением 0,4 МПа, пройдя процесс
четырехступенчатого сжатия, закачивается уже под давлением 45 МПа
непосредственно в грузовик.

В самом погрузчике используется та же система на топливных элементах,

что и в Toyota Mirai, немного адаптированная под конкретные условия
использования. С одной стороны, в топливную ячейку поступает водород под
давлением 35 МПа, а с другой, воздух, нагнетаемый специальным
компрессором. В процессе электрохимической реакции электроэнергия
поступает в аккумулятор, а вырабатываемая теплоэнергия используется в
системе охлаждения. Аккумулятор, в свою очередь, подает ток на
электромоторы, предназначенные для передвижения и перемещения
грузоподъемного устройства.

Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания

«Выхлопом» в процессе выработки электроэнергии в топливном элементе
погрузчика является обыкновенная вода, а не углекислый газ, бензопирены и
окислы азота — вредные вещества, входящие в выхлопы двигателей
внутреннего сгорания.

На заправку «полного бака» одного погрузчика, который вмещает 1,2 кг

водорода, уходит 3 минуты. Этого запаса хватает на 8 часов непрерывной
работы при температуре окружающей среды 0-40°С. Также на борту стоит
преобразователь и бытовая розетка с напряжением 100В — таким образом
погрузчик в любой момент может стать на 15 часов источником
бесперебойного питания, к которому можно подключать приборы и устройства
мощностью до 1 кВт.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания

Чтобы удовлетворить потребности клиента в водородном топливе и
осуществлять поставку «точно в срок», была внедрена система оперативного
управления, которая через облачное хранилище объединяет в единую сеть
водородную станцию, грузовики и погрузчики на местах. Она отслеживает
местоположение заправочного грузовика и давление в резервуарах, статус
производства водорода на самой станции и количество топлива, оставшегося
в каждом погрузчике. Таким образом, с помощью этой технологии
планируется перейти на круглосуточный режим производства и доставки
водорода.

У проекта Hama Wing есть несколько важных целей: первая —

продемонстрировать всю технологическую цепочку производства и реализации
низкоуглеродистого водорода от его получения и хранения до снабжения
конечного потребителя; вторая — создать простую и понятную
интегрированную систему, которая даст возможность оценить как
практическую доступность водорода в качестве вида топлива, так и
потенциал дальнейшего коммерческого использования этой системы; третья —
использовать производство водорода как эффективную меру для развития
региона и борьбы с глобальным потеплением.

Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Расчеты японских специалистов показывают, что уже сейчас вся
технологическая цепочка «производство водорода-доставка-конечное
использование» позволяет более чем на 80% сократить выбросы углекислого
газа в сравнении с привычными схемами, где используются погрузчики с ДВС
или электромоторами. Пока самым большим «загрязняющим» фактором
является процесс доставки. В будущем гибридные грузовики планируется
заменить автомобилями на топливных элементах — в этом случае выбросы
вредных веществ будут сведены к нулю.

О «социальной» значимости данного проекта говорит тот факт, что в

центре почти 4-миллионной Иокогамы в парке Ринко, где любят отдыхать
местные жители, установлено электронное табло, которое круглосуточно
показывает информацию о текущем состоянии ветряка и количестве
выработанной электроэнергии. Более того, каждый год порядка 14000
человек посещает «водородную фабрику», чтобы воочию увидеть, как
происходит выработка топлива будущего.

Как вы могли понять, фабрика Hama Wing, равно как и вышеупомянутый
автомобиль Toyota Mirai, — это лишь начало, часть глобальной идеи
японцев по переводу всего и вся на электричество и водород как
энергоноситель, получаемые из возобновляемых источников энергии.
Например, Toyota уже реализует программу строительства «зданий с
нулевыми выбросами», использующих технологию на топливных элементах.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Проект Hama Wing — это, действительно, сотрудничество между
промышленностью, правительством и научными кругами на государственном
уровне. Префектура Канагава, Japan Environment Systems и Toyota Motor
Corporation работают совместно с муниципалитетами, местными
предприятиями и продвигают весь проект при поддержке Министерства
окружающей среды, получая рекомендации от ученых Иокогамского и
Цукубского университетов.


В понимании японцев водород должен стать важной частью «разумной
энергетики» будущего при постройке интеллектуальных энергетических
сетей. И здесь действует тот же принцип, который «тойотовские» инженеры
исповедуют в случае с электромобилями: они пригодны, если речь идет о
компактных транспортных средствах, которые хранят небольшой запас
энергии и перемещаются на небольшие расстояния. А вот для больших машин и
серьезных расстояний лучше использовать водород.


Как японцы убьют двигатель внутреннего сгорания


Потенциал водорода как источника энергии достаточно велик. Во-первых,
его можно вырабатывать из различных источников первичной энергии.
Во-вторых, его можно сохранить и транспортировать в больших количествах.
В-третьих, он может компенсировать колебания в производстве
возобновляемой энергии. В-четвертых, затраты на хранение водорода в
больших объемах невелики.

promo toomth august 29, 2015 19:00 179
Buy for 100 tokens
Не смотря на дикие пробки на трассе Керчь-Симферополь, я таки выдвинулся сначала в райцентр Ленино, а потом и в город-спутник Щелкино, а уже от туда попёрся на АЭС. В дикую жару, километров через 5 я понял что зря не взял такси... Пришлось намотать километров 20. В следующий раз возьму транспорт.…
(Anonymous)
Ну?! И в чем продолжение? Алмазы золото олигархи е
В пятых - возможно, что водород будет добываться как полезное ископаемое из недр Земли.
Дай им Бог. У нефти слишком много вариантов полезного применения, чтобы её просто жечь. А вот с водородом следует хорошо разобраться, как там и что. Надеюсь, японцы это сделают честно.
Электролиз, это конечно замечательно. Только где взять столько электричества?
Ветряки столько электричества не выработают, даже если всю Японию ими обставить. А если и выработают, то лучше сразу аккумуляторы в автомобилях заряжать, без лишних потерь на производство/сжигание водорода.
Затраты на хранение водорода в больших объемах невелики? С его то летучестью и взрывоопасностью? Ню-ню...
Кто бы спорил. :)
Но в Японии сейчас эта тема не взлетит, слишком сильно накосячили с Фукусимой, так что приходится придумывать сказки про водород и зеленое электричество.
Ну стоит заметить, там практически никто не погиб.