Эта статья спонсируется Eaton.
Поскольку транспорт по-прежнему является сектором с наибольшим выбросом парниковых газов, внимание к электрификации становится все более напряженным.
Рост продаж электромобилей был значительным, рост на 168 процентов в первой половине 2021 года по сравнению с 2020 годом — с особенно высокими продажами в Китае и Европе из-за правительственных распоряжений и стандартов выбросов. Кроме того, более десятка стран объявили о целях по созданию автомобилей с нулевым уровнем выбросов или поэтапному отказу от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в следующие два десятилетия.
На этой неделе на COP26, декарбонизация транспортного сектора была в центре внимания. Но в то время как мир находится на пути к совершенствованию технологий электромобилей, остается еще один ключевой элемент усилий по обезуглероживанию: большегрузные автомобили.
Дальнемагистральные грузовики и строительные машины, известные тем, что работают долгие часы и преодолевают многие сотни миль за раз, представляют собой более 20% транспортных выбросов. И путь к обезуглероживанию для этих транспортных средств намного тернист из-за большого количества электроэнергии, необходимой для выполнения их работы. Там, где для питания вашего личного электромобиля достаточно питания автомобильного аккумулятора на зарядной станции, большегрузным автомобилям потребуются огромные батареи и несколько часов зарядки, чтобы накопить более чем в 50 раз больше энергии.
Даже с последним технология сверхбыстрой зарядки, электромобиль большой грузоподъемности проедет всего две-три мили за минуту зарядки. Чтобы представить это в перспективе, заправка дизельным топливом составляет до 100 миль в минуту. Короче говоря, электрификация сама по себе не является ответом на обезуглероживание. Однако есть надежда на водород.
Перспективы и проблемы водородных топливных элементов
один жизнеспособное решение обезуглероживание большегрузных дальнемагистральных транспортных средств сегодня осуществляется с помощью зеленого водорода. Транспортная отрасль добилась успеха в использовании водородных решений для легковых автомобилей, однако простое масштабирование технологии для большегрузных автомобилей не так просто.
Масштабирование топливных элементов для тяжелых применений устанавливает новые и очень разные требования с точки зрения срока службы, эффективности и стоимости. Однако Eaton предлагает интересные решения в каждой области:
1. Правильный воздушный поток
Топливный элемент — это устройство для преобразования энергии, которое производит электричество путем объединения водорода и кислорода в воду. Однако точный поток кислорода в топливный элемент имеет решающее значение, поскольку он контролирует производство электроэнергии и может быть большой проблемой.
И здесь на помощь приходит Eaton. Компания Eaton уже более 20 лет находится в авангарде технологий управления воздухом, предлагая воздушные насосы с электрическим приводом. Благодаря своему опыту Eaton партнерство с Министерством энергетики США продолжать развиваться в этом направлении.
Воздушный насос является крупнейшим потребителем электроэнергии внутри топливного элемента, при этом около 15-20 процентов вырабатываемой электроэнергии используется для питания насоса. Вот почему Eaton работает над тем, чтобы вдвое сократить количество электроэнергии, потребляемой воздушным контроллером.
Достижение такого уровня эффективности без ущерба для производительности при одновременном повышении долговечности и сохранении приемлемой стоимости является ключевой частью стратегии Министерства энергетики.Водородный EarthshotПрограмма по адаптации топливных элементов для большегрузных грузовиков большой грузоподъемности.
2. Точный контроль водорода
Помимо управления воздушным потоком, Eaton также изучает сторону подачи водорода в топливный элемент. Традиционные системы подачи водорода предлагают компромисс между стоимостью и долговечностью и производительностью и эффективностью. Внедряя инновации в водородный контур, подход Eaton позволяет эффективно и точно контролировать поток, поступающий в топливный элемент, и рециркулировать излишки.
Будучи точными, мы избегаем потерь водорода и, таким образом, еще больше повышаем общую эффективность. Эти решения применимы не только к большегрузным дорожным транспортным средствам, но и могут привести к прогрессу в обезуглероживании авиационных двигателей.
3. Управление электроэнергией
Большинство водородных транспортных средств малой грузоподъемности используют небольшой топливный элемент для зарядки большой батареи, которая, в свою очередь, приводит в действие электродвигатель. Эта концепция хорошо работает, потому что автомобили имеют относительно низкое среднее энергопотребление и нуждаются в высокой мощности только в течение короткого промежутка времени. Электрическая система также проста, потому что топливный элемент не взаимодействует напрямую с двигателем.
Но масштабирование этой концепции для большегрузных автомобилей приведет к чрезвычайно большим батареям — примерно в пять раз больше, чем автомобильные аккумуляторы электромобилей. Для грузовиков идеальным решением является топливный элемент, который эффективно работает на всех уровнях мощности и использует гораздо меньшую батарею только для запуска и накопления энергии торможения.
Однако это представляет собой новую проблему: электрическая система должна стать намного более сложной, поскольку она должна сочетать энергию из трех источников: топливного элемента; батарея; и электродвигатель. Это, опять же, хорошо известное пространство для Eaton, которая имеет большой опыт микросетей в управлении электроэнергией в аналогичных условиях. И Eaton повторно применяет это ноу-хау в водородных транспортных средствах, чтобы в конечном итоге сократить потребность в батареях.
Управляя выработкой электроэнергии на топливных элементах, меньшей батареей и электрической трансмиссией, Easton стремится уменьшить размер батареи в большегрузном автомобиле в три-пять раз. Это не только снижает первоначальные затраты на транспортное средство, но и его вес, что, в свою очередь, увеличивает грузоподъемность грузовика на топливных элементах.
Декарбонизация со всех сторон
Ясно, что зеленый водород будет играть решающую роль в будущем нулевых выбросов. Он не выделяет углекислого газа и может производиться из возобновляемых источников. И хотя проблемы еще предстоит преодолеть, Eaton помогает проложить путь. Эти задачи относятся к области интересов компании: слиянию электрической и механической энергии.
Работа Eaton в этой области также соответствует миссии компании — улучшению качества жизни и защите окружающей среды — и ее амбициозным, научно обоснованным Цели устойчивого развития на 2030 год. Eaton взяла на себя обязательство к 3 году сократить выбросы углерода категории 15 от ИТ-технологий и по всей цепочке создания стоимости на 2030 процентов. И в те же сроки потратить 3 миллиарда долларов на исследования и разработки для устойчивых решений.
Опыт Eaton в области управления транспортными средствами и силовыми агрегатами в сочетании с его опытом управления потоками газа и электроэнергии поможет разработать эффективные, надежные, безопасные и экономичные решения с нулевым уровнем выбросов в будущем.
Источник: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-hydrogen-answer.
