Создание поездов на водороде
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире нарастают экологические проблемы. Основной вклад в загрязнение атмосферы нашей планеты вносит транспорт выбросом выхлопных газов в атмосферу от двигателей внутреннего сгорания. Человечество стало пробовать решить проблему переходом на электрический транспорт. Однако контактный транспорт имеет сниженную маневренность и гибкость применения в условиях быстро меняющихся потребностей перевозок. Применение же аккумуляторного электрического транспорта загрязняет почву захоронением в ней отработанных батарей. И со всё большим распространением электромобилей, электробусов и электросамокатов это проблема будет становиться серьёзнее. Аккумуляторы содержат токсичные металлы, которые могут проникать в почву и воду, загрязняя их и создавая опасность для живых организмов.
Утилизация аккумуляторов также может причинить вред окружающей среде, если она не проводится правильно.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ7
1 Способы получения водорода 9
1.1Пути и источники получения водорода9
1.2Конверсия природного газа.11
1.3Получение водорода методом электролиза воды14
1.4 Выводы к главе16
2 Зарубежный и отечественный опыт создание водородного транспорта17
2.1История развития водородного транспорта17
2.2Водородный топливный элемент. Устройство и принцип действия21
2.3Преимущества и недостатки водородных топливных элементов24
2.4Выводы к главе 27
3 Водородный поезд28
3.1Отечественный и зарубежный опыт создания водородных поездов28
3.2Конструкция и устройство водородного поезда31
3.3Заправочная инфраструктура на основе ВИЭ и электролиза35
3.4Сферы применения водородных поездов. Сравнение с дизельными и электрическими аналогами36
3.5Выводы к главе39
4 Тяговые расчёты водородного электропоезда40
4.1Принципиальные силовые схемы40
4.3Пусковые и тяговые характеристики42
4.4Тормозные характеристики44
4.5Кривые движения44
4.6Вывод к главе46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ49
Приложение А Тяговые расчёты51
А.1 Исходные данные51
А.2 Построение кривых удельного основного сопротивления движению52
А.3 Построение электромеханических характеристик52
А.4 Построение пусковых и тяговых характеристик60
А.5 Построение пусковых и тяговых характеристик63
А.7 Построение кривых движения68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Аналитический доклад ИПЕМ: «Водород: формирование рынка и перспективы России» // 2022
Шпильрайн Э. Э Введение в водородную энергетику. - М: Энергоатомиздат, 1984. - 264 с.
Радченко Р. В., Макрушин А. С., Тюльпа В. В. Водород в энергетике. - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2014. - 229 с.
Богославский А. Е. Водородное топливо. Перспективы применения на подвижном составе // Транспорт Российской Федерации. - 2019. - №6. - С. 40-45.
Шаяхметов А. Б. Перспективы перехода на водородное топливо // Наука и техника Казахстана. - 2017. - №3-4. - С. 106-114.
Ефремов А. Альтернативные средства тяги моторвагонных поездов // Железные дороги мира. - 2023. - №4
Бабков Ю. В., Котяев Д. В., Прохор Д. И. Особенности использования водорода на железнодорожном транспорте: выбор агрегатного состояния и способы экипировки локомотива водородом // Бюллетень результатов научных исследований. – 2021. – Вып. 2. – С. 107–118
Лосев Л. Г., Марусева И. В., Пушкарёв А. В. Заправочная станция на возобновляемых источниках энергии для водородного и электрического транспорта // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – №3. – С. 15-18.
Фомин В. М., Шевченко Д. В. Водородная энергетика и современный транспорт // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - №2. - С. 56-60.
Байрыева Л. С., Прокопович А. В. Методическое пособие "Теория электрической тяги". - М: Издательство МЭИ, 2004. - 40 с.
Герасимов В. Г. Электротехнический справочник Т. 3 Кн. 2. - 7-е изд. - М: Энергоатомиздат, 1988. - 616 с.
Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы // РБК URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/6048e0629a794750974c67a7
Сергей Ф., Голодницкий А., Кашин А. Топливные элементы и водородная энергетика // Энергетическая политика. - 2020. - №11. - С. 28-39.
Водородная тяга: мировой опыт. // Vgudok URL: https://vgudok.com/gorod/vodorodnaya-tyaga-mirovoy-opyt-obzor-topovyh-proektov-v-sfere-podvizhnogo-s
У топливных элементов высокая энергоёмкость. Она превышает таковую у аккумуляторных батарей, что позволяет снизить массу системы в 1,5 – 5 раз. Энергоёмкость водородного топливного элемента не меняется при разных температурных условиях.
Возможность быстрой заправки. Заправка водородных баков занимает в среднем от нескольких до 15 минут. Этим водородный топливный элемент выгодно отличается от аккумуляторных батарей, которым нужно от 20 минут (при ультрабыстрой зарядке) до нескольких часов (при ночной зарядке) для восполнения заряда. Это позволяет использовать меньшее количество подвижного состава при том же уровне перевозок и интервалах движения.
Водород является возобновляемым. Из полученной в результате реакции воды с помощью электролиза можно снова получить водород.
Высокий КПД. КПД топливных элементов достигает 80%.