Все ж у електроавтомобілів є багато скептиків. І тут справа навіть не в образі Ілона Маска. Тут справа в принципі.
«Якщо ми використовуємо" чистий "електромобіль, то і електроенергія, яка приводить його в рух, повинна вироблятися за допомогою" чистої "енергії: сонце, вода або вітер. Однак час і тривалість, коли ми будемо проводити таку електроенергію, не співпадатиме з тим часом, коли ми потребуємо її. Це може бути добова різниця, погодна, сезонна і т.д. Значить, нам треба зберігати електроенергію в батареях довгий час - знадобляться великі сховища.
Це нереально, тим більше, що нинішні батареї не можуть довго зберігати енергію. Саме тому ми не мислимо майбутнього без водню і автомобілів на паливних елементах », - це слова Геральд Кілманом, віце-президента з досліджень і розробок Toyota.
Схема розташування основних об'єктів на вітряної електростанції і водневої фабриці Hama Wing
Ми вже не раз писали про те, що японський автовиробник бачить своє майбутнє в розвитку технологій на паливних елементах, де основним паливом повинен стати водень. Але де і як його добувають у такий спосіб, щоб весь процес став екологічно чистим? Для відповіді на це питання ми вирушили до Японії на невелику дослідно-експериментальну фабрику Hama Wing в Йокогамі, що в 40 хвилинах їзди від Токіо. Її почали будувати в 2015 році, а вже в 2018 фабрика повинна вийти на проектну потужність. Йдеться про вітряної електростанції, розташованої на самому березі бухти Йокогама, яка поєднана з виробництвом водню шляхом електролізу води і його сховищем.
Весь процес виробництва, стиснення, зберігання, транспортування та використання водню в одній схемі.
Електрика необхідно для електролізної установки, яка розщеплює воду на кисень і водень, а також компресорів, які стискають водень для подальшого стаціонарного зберігання в резервуарі, розташованому на самій станції, або для транспортування в вантажівках-заправників до кінцевого споживача. В даному випадку споживачами є місцеві підприємства, які використовують 2,5-тонні вилочні навантажувачі на паливних елементах. Надлишки електрики, що виробляються вітрогенератором, або запасаються в сховище з акумуляторами, або віддаються в електромережу міста за допомогою розподільної щитової. Це якщо коротко, але найцікавіше криється в деталях.
Зараз навантажувачі на паливних елементах використовуються в чотирьох компаніях: на складах зберігання замороженої продукції в розподільних центрах двох логістичних компаній в місті Кавасакі, транспортуванні важких предметів на пивоварні відомої японської марки Kirin і в секції фруктів і овочів на центральному оптовому ринку в місті Йокогамі - тобто там , де небажано використовувати техніку з ДВС.
Система стабілізації виробництва водню і накопичення енергії є два контейнери, в яких знаходяться 180 штук б / у нікель-метал-гідридних батарей від Toyota Prius. Продуктивність даної системи - 150 кВт год. Кожна батарея проходить регулярну технічну інспекцію на придатність. Таким чином забезпечується не тільки гнучкість при виробництві водню, а й утилізація старих батарей від гібридів.
Сам процес вироблення водню відбувається в електролізної установки, виготовленої компанією Toshiba. Це невеликий контейнер (довжина - 6,2 м, ширина - 2,4 м, висота - 2,9 м), в якому знаходяться повітряний компресор, електролізер, охолоджувач і повітряний ресивер. Поруч з електролізної установкою розташований невеликий резервуар з азотом. Азот потрібний для роботи охолоджувача, так як в процесі електролізу виділяється тепло - водень знаходиться в нагрітому стані. Таким чином система охолоджує всю установку і отриманий газ, щоб виключити можливість його вибуху.
Сховище водню являє собою компресорну станцію і резервуар у вигляді вертикальної колони об'ємом 100 м³, де водень зберігається під тиском 0,4-0,82 МПа. Резервуар може запасати до 800 н.м³ водню, проте активний обсяг газу, який зазвичай відбирається і закачується, - 400 н.м³. Цього об'єму достатньо для 2 днів роботи 12 навантажувачів на паливних елементах, що забезпечує стабільність поставок навіть у разі можливих перебоїв з виробленням водню на станції.
Для транспортування водню до кінцевого споживача використовуються дизель-електричні гібридні вантажівки Hino Dutro Hybrid послідовно-паралельної схеми, виконаної на манер Toyota Prius. Одного вантажівки вистачає, щоб заправити 6 навантажувачів на паливних елементах. Вантажівки по суті є мобільними водородоснабжающімі АЗС: вони оснащені обладнанням, що дозволяє здійснювати закачування водню під тиском 35 МПа безпосередньо в навантажувач на місцях, де відсутня необхідна заправна інфраструктура.
На борту вантажівки встановлені «цистерни» з композитних матеріалів загальним обсягом 300 л, які вміщують 270 н.м³ водню. Для цього використовується багатоступінчаста компресорна станція продуктивністю 50 н.м³ на годину, розташована поруч з основним сховищем. Водень, що підводиться до компресора під тиском 0,4 МПа, пройшовши процес чотириступінчастого стиснення, закачується вже під тиском 45 МПа безпосередньо у вантажівку.
У самому навантажувачі використовується та ж система на паливних елементах, що і в Toyota Mirai, трохи адаптована під конкретні умови використання. З одного боку, в паливну комірку надходить водень під тиском 35 МПа, а з іншого, повітря, що нагнітається спеціальним компресором. В процесі електрохімічної реакції електроенергія надходить в акумулятор, а вироблювана теплоенергія використовується в системі охолодження. Акумулятор, в свою чергу, подає струм на електромотори, призначені для пересування і переміщення вантажопідйомного пристрою.
«Вихлоп» в процесі вироблення електроенергії в паливному елементі навантажувача є звичайна вода, а не вуглекислий газ, бензопірен та оксиди азоту - шкідливі речовини, що входять до вихлопи двигунів внутрішнього згоряння.
На заправку «повного бака» одного навантажувача, який вміщує 1,2 кг водню, йде 3 хвилини. Цього запасу вистачає на 8 годин безперервної роботи при температурі навколишнього середовища 0-40 ° С. Також на борту коштує перетворювач і побутова розетка з напругою 100В - таким чином навантажувач в будь-який момент може стати на 15 годин джерелом безперебійного живлення, до якого можна підключати прилади та пристрої потужністю до 1 кВт.
Щоб задовольнити потреби клієнта в водневому паливі та здійснювати поставку «точно в строк», була впроваджена система оперативного управління, яка через хмарне сховище об'єднує в єдину мережу водневу станцію, вантажівки і навантажувачі на місцях. Вона відстежує місце розташування заправного вантажівки і тиск в резервуарах, статус виробництва водню на самій станції і кількість палива, що залишилося в кожному навантажувачі. Таким чином, за допомогою цієї технології планується перейти на цілодобовий режим виробництва і доставки водню.
У проекту Hama Wing є кілька важливих цілей: перша - продемонструвати весь технологічний ланцюжок виробництва і реалізації низкоуглеродистого водню від його отримання і зберігання до постачання кінцевого споживача; друга - створити просту і зрозумілу інтегровану систему, яка дасть можливість оцінити як практичну доступність водню в якості виду палива, так і потенціал подальшого комерційного використання цієї системи; третя - використовувати виробництво водню як ефективну міру для розвитку регіону і боротьби з глобальним потеплінням.
Розрахунки японських фахівців показують, що вже зараз весь технологічний ланцюжок «виробництво водню-доставка-кінцеве використання» дозволяє більш ніж на 80% скоротити викиди вуглекислого газу в порівнянні зі звичними схемами, де використовуються навантажувачі з ДВС або електромоторами. Поки найбільшим «забруднюють» фактором є процес доставки. В майбутньому гібридні вантажівки планується замінити автомобілями на паливних елементах - в цьому випадку викиди шкідливих речовин будуть зведені до нуля.
Про «соціальної» значущості даного проекту говорить той факт, що в центрі майже 4-мільйонної Йокогами в парку Рінко, де люблять відпочивати місцеві жителі, встановлено електронне табло, яке цілодобово показує інформацію про поточний стан вітряка і кількості виробленої електроенергії. Більш того, щороку близько 14000 чоловік відвідує «водневу фабрику», щоб на власні очі побачити, як відбувається вироблення палива майбутнього.
Як ви могли зрозуміти, фабрика Hama Wing, так само як і вищезгаданий автомобіль Toyota Mirai, - це лише початок, частина глобальної ідеї японців з перекладу всього і вся на електрику і водень як енергоносій, що отримуються з поновлюваних джерел енергії. Наприклад, Toyota вже реалізує програму будівництва «будинків з нульовими викидами», що використовують технологію на паливних елементах.
Проект Hama Wing - це, дійсно, співпраця між промисловістю, урядом і науковими колами на державному рівні. Префектура Канагава, Japan Environment Systems і Toyota Motor Corporation працюють спільно з муніципалітетами, місцевими підприємствами та просувають весь проект за підтримки Міністерства навколишнього середовища, отримуючи рекомендації від науковців Іокогамского і Цукубского університетів.
У розумінні японців водень повинен стати важливою частиною «розумної енергетики» майбутнього при будівництві інтелектуальних енергетичних мереж. І тут діє той же принцип, який «тойотовские» інженери сповідують у випадку з електромобілями: вони придатні, якщо мова йде про компактних транспортних засобах, які зберігають невеликий запас енергії і переміщаються на невеликі відстані. А ось для великих машин і серйозних відстаней краще використовувати водень.
Потенціал водню як джерела енергії досить великий. По-перше, його можна виробляти з різних джерел первинної енергії. По-друге, його можна зберегти і транспортувати в великих кількостях. По-третє, він може компенсувати коливання у виробництві поновлюваної енергії. По-четверте, витрати на зберігання водню в великих обсягах невеликі.
[ джерела ] джерела
https://auto.mail.ru/article/67449-kak_yaponcy_ubyut_dvigatel_vnutrennego_sgoraniya/
Але де і як його добувають у такий спосіб, щоб весь процес став екологічно чистим?