Водородный поезд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вводная часть

Актуальность темы исследования:

Разрушение озонного слоя, вследствие сжигания топлива и выделения углекислого газа. Потребность в замене на «Чистое» топливо.

Личностные мотивы выбора темы:

Желание расширить свои знания в продвинутых технологий движения поездов.

Основная часть

Объект исследования: сеть железных дорог

Предмет исследования: эксплуатация на сети железных дорог водородного поезда

Гипотеза: Исходя из высокой выработки углекислого газа при использовании тепловозов, возникает потребность в современных поездах, не вредящих окружающей среде. Один из которых будет рассмотрен в данной работе.

Цели и задачи исследования:

Сократить выбросы углекислого газа посредством замены топливо на «Чистый» водород

Изучения трудностей с которыми можно столкнуться при производстве «Чистого» топлива

Сравнение производительности тепловоза и поезда использующего «Чистый» водород

Практическая значимость работы: Развитие современных технологий движения поездов без вреда для окружающей среды

Водородный поезд: реальность и перспективы

Описание и принцип работы поезда

Водородный поезд конструктивно заметно отличается от поездов другого типа

Рис. 1 Схема водородного поезда

Ниже вкратце перечислен ряд компонентов, наличие которых характерно для устройства поезда, работающего на водороде:

· Водородный топливный бак;

· Топливный элемент, с помощью которого происходит преобразование энергии водорода в электрическую энергию;

· Конвертеры DC/DC. Это преобразователи постоянного тока. С их помощью можно изменять постоянное напряжение;

· Инверторы. Эти устройства служат для того, чтобы преобразовывать постоянный ток в переменный с изменением величины напряжения;

· Тяговый электродвигатель;

· Аккумуляторная батарея.

Принцип работы водородного поезда заключается в следующем.

На специально оборудованной для этой цели заправочной станции поезд заправляется водородом. Емкости для водорода обычно располагаются на крыше состава. Затем газ поступает в водородные топливные элементы, где в результате реакции с кислородом, взятом из атмосферы, вырабатывается электрический ток.

Полученная таким образом электроэнергия, пройдя через специальные преобразователи (конвертеры DC/DC и инверторы), питает тяговые электродвигатели, которые приводят водородный поезд в движение.

Для того, чтобы лучше оптимизировать расход электричества, в этом поезде установлена система рекуперации. Вырабатываемая во время торможения поезда электроэнергия накапливается в аккумуляторных батареях. Сюда же поступают и излишки энергии, вырабатываемой топливными элементами. В нужный момент накопленное таким образом электричество тоже начинает питать тяговые электродвигатели, тем самым снижая количество водорода, необходимого для движения поезда.

водородный поезд топливо тепловоз

Аргументы и мотивации в пользу поезда на водороде

Главным аргументом в пользу применения водородных поездов является их экологическая чистота и, соответственно, безопасность для окружающей среды. Ведь хорошо известно, что обычные дизельные поезда при своей работе выделяют в атмосферу огромное количество вредных веществ. В том числе и парниковые газы, отрицательно воздействующие на тепловой баланс планеты.

Водородный поезд же содержит в своем «выхлопе» только конденсированную воду в виде пара, которая никоим образом не влияет на окружающую среду.

Еще одной мотивацией в пользу использования водородного топлива в поездах является тот факт, что запасов углеводородного сырья (нефти), из которого получают дизельное топливо, в недрах земли с каждым годом становится все меньше. И недалек тот день, когда эти запасы совсем иссякнут.

А водород - правда, пока еще условно - можно считать возобновляемым видом топлива. Но только в том случае, если его будут получать с помощью электролиза из обыкновенной воды. Ведь известно, что запасы ее на Земле неисчерпаемы! Да и побочным продуктом после получения электроэнергии в водородном топливном элементе опять же будет вода. Получается своеобразный ее круговорот.

Но, как я уже упоминала в самом начале, с получением водорода все не так просто.

Проблемы с получением «чистого» водорода

На сегодняшний день водород можно получать из разных видов сырья, применяя при этом различные технологии.

Основными способами получения водорода являются:

· Риформинг (конверсия) природного газа (метана, попутного нефтяного газа);

· Риформинг нефти и жидких нефтепродуктов;

· Газификация угля;

· Электролиз воды.

То есть, водород можно получать из природного газа (метана), нефти, угля и воды. Исходя из современных концепций борьбы за сохранение чистоты окружающей среды, первые три способа не являются экологически чистыми. В процессе получения водорода из этих видов сырья, выделяется большое количество углекислого газа, который неблагоприятно влияет на экологию, вызывая нежелательный парниковый эффект. Поэтому водород, полученный таким способом, некоторый экологи называют «нечистым».

«Чистый» же водород можно получить только четвертым способом, упомянутым выше - с помощью электролиза воды.

Абсолютно «чистым» водород будет считаться только в том случае, если он будет получен с помощью возобновляемых источников энергии. То есть, с помощью электричества, полученного от солнечных батарей, ветровых и приливных электростанций

Рис. 2 Водород - технология будущего

Реальность и перспективы

Дальше всех в этом вопросе продвинулась Германия. С 2018 здесь начал выполнять свои тестовые рейсы водородный поезд CoradiaiLint. Поезд способен развить скорость до 140 км/ч. Полной заправки хватает на преодоление около 1000 км. Заправка поезда водородом занимает примерно 15 минут. Поезд был произведен французской компанией «Альстом».

В настоящее время эта компания приступила к коммерческой реализации крупного заказа для Германии. Всего должно быть изготовлено более 40 таких поездов.

Национальная железнодорожная компания Франции SNCF тоже совсем недавно заявила о том, что заказала у «Альстом» 12 поездов на водороде. Эти поезда начнут курсировать по своим маршрутам в 2023 году.

В этом же направлении ведутся работы еще в нескольких странах мира. Кроме французской «Альстом», производством водородных поездов уже занимаются или намерены заниматься такие крупнейшие машиностроительные корпорации, как немецкая «Siemens», испанская «Talgo», китайская «CRRC», корейская «HyundaiRotem», швейцарская «Stadler» и др.

Не осталась в стороне от решения этой актуальной на сегодняшний день темы и Россия.

Не так давно ОАО «РЖД», группа «Трансмашхолдинг» и «Росатом» пришли к соглашению о том, что в России в ближайшей перспективе должен начаться выпуск поездов, работающих на водородном топливе.

Как сообщили в «РЖД», пилотным полигоном для обкатки и дальнейшей эксплуатации таких поездов станет железнодорожная инфраструктура острова Сахалин.

Заключение

Основные выводы:

Если человечество найдет недорогие способы получения в большом количестве «чистого» водорода, то в недалеком будущем поезда на водороде получат самое широкое распространение в мире.

Результаты и личная значимость проделанной работы: Расширение знаний о поездах использующих «Чистое» топливо, и не влияющие на окружающую среду

Перспективы продолжение работы:

Список используемой литературы

1. Основы водородной энергетики, Мошников В.А., Теруков Е.И., 2010

2. Водородная энергетика [Электронный ресурс]: энергетический бюллетень: электрон. журн. 2020. № 89.

3. Бокрис Дж.О'М., Везироглу Т.Н., Смит Д. Солнечно-водородная энергия. Сила, способная спасти мир

Размещено на Allbest.ru