Водородные топливные элементы, среди прочего, уже используются в мобильных системах освещения, вилочных погрузчиках, системах аварийного резервного копирования и легких грузовых автомобилях. Теперь исследователи из Sandia National Laboratories обнаружили, что водородные топливные элементы могут быть как технически осуществимыми, так и коммерчески привлекательными в качестве чистого, бесшумного и эффективного источника энергии для судов у причала, заменяющих бортовые дизельные генераторы.Исследование Sandia было завершено для Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США.Вспомогательная энергия для пришвартованных судов, обычно обеспечиваемая бортовыми дизельными двигателями, является значительным источником выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха, на которые приходится от одной трети до половины выбросов в порту, приходящихся на океанские суда.
Согласно исследованию 2004 года, проведенному Советом по защите природных ресурсов, среднесуточные выбросы в загруженном порту могут превышать общие выбросы от почти 500 000 транспортных средств.Оценка барж топливных элементов в западных портах СШАВ исследовании оценивалась простая стратегия топливных элементов, заключающаяся в установке топливного элемента с водородной протонообменной мембраной (PEM) на плавучей барже. Для снабжения контейнеровоза средней мощностью и временем работы (1,4 мегаватта за 48 часов) требуется четыре 40-футовых контейнера, два для топливных элементов и два для хранения водородного топлива, которые могут легко поместиться на типичной барже с плоской крышей.
Согласно исследованию Sandia, для судов, требующих меньшей мощности, таких как буксиры, будет достаточно одного контейнера, вмещающего как топливный элемент, так и водород.
Чтобы оценить осуществимость стратегии баржи топливных элементов и проанализировать возможные варианты развертывания, Джо Пратт из Sandia посетил порты вверх и вниз на Западном побережье и на Гавайях. Он собрал данные из двух объектов морской администрации Министерства транспорта США и портов Лонг-Бич, Калифорния, Лос-Анджелес, Калифорния, Окленд, Калифорния, Портленд, штат Орегон, Такома, Вашингтон, Гонолулу, Гавайи и Сиэтл, Вашингтон. .«Хотя Sandia ранее исследовала возможности использования водорода и топливных элементов в других приложениях, это первое исследование морской среды», — сказал Пратт.
Дешевле, чище, чем "холодное глажение" на сетке.Распространенной альтернативой вспомогательным дизельным двигателям является практика, называемая «холодное глажение», при которой судно у причала подключается к источнику электроэнергии на берегу. (Двигатель, сделанный из стали или железа, буквально становится холодным, отсюда и название.) Электроэнергия, вырабатываемая водородным топливным элементом, может стать новой формой холодного глажения.
ВМС США уже много лет используют сетку для холодного глажения для экономии топлива. Порты в Калифорнии теперь обращаются к этой практике, чтобы соответствовать экологическим нормам штата. В то время как только несколько причалов имеют сетку для холодного глажения, порты по всей Калифорнии устанавливают инфраструктуру в соответствии с постановлениями Совета по воздушным ресурсам штата, которые вступят в силу в 2014 году.
Но холодное глажение с использованием сети — сложный и дорогостоящий процесс, и в большинстве портов отсутствует инфраструктура, необходимая для удовлетворения потребностей в электроэнергии нескольких судов, стоящих у причала. По словам Пратта, эти расходы могут достигать 5-10 миллионов долларов и более за причал. Порт Окленда устанавливает 11 причалов на шести терминалах с ориентировочной стоимостью около 70 миллионов долларов.
Кроме того, переход на сетевое питание не устраняет выбросы. Вместо этого при таком подходе выбросы переносятся на источник электроэнергии. В зависимости от источника электроэнергии общее сокращение выбросов может быть относительно небольшим.
Множество потенциальных вариантов развертывания, экономические выгодыБаржа с водородными топливными элементами исключает необходимость в электрической инфраструктуре. Баржа также может перемещаться от причала к причалу по мере необходимости и к якорным точкам для моторных судов, ожидающих причала.
«В Калифорнии порты уже устанавливают необходимую инфраструктуру для холодной глажки из-за правил, введенных несколько лет назад», — сказал Пратт. «Таким образом, вспомогательная энергия на водородных топливных элементах может иметь большее влияние в других местах. Хотя это было неожиданным открытием, мы обнаружили другие места и применения для энергии водородных топливных элементов».
В портах в Орегоне и Вашингтоне инфраструктура для холодного глажения на сетке ограничена или отсутствует. По словам Пратта, использование водородных топливных элементов для питания контейнеровозов у причала вызвало интерес из-за его потенциальных экономических и экологических преимуществ, и он продолжает работать с этими портами над количественной оценкой преимуществ и вариантов развертывания.Гавайи Гавайев в Гонолулу на острове Оаху нуждались в другом.
Большая часть груза выгружается, а затем перегружается на баржи для распределения на другие острова. Поскольку на баржах нет электричества, на них установлены дизельные генераторы, обеспечивающие энергией транспортные контейнеры, требующие охлаждения, известные как «рефрижераторы».
«Вы можете заменить дизельный генератор на водородный топливный элемент, не меняя операций. Это просто источник энергии в коробке, в данном случае транспортный контейнер», — сказал Пратт. Порты Гавайев не подчиняются тем же правилам выбросов, что и порты Калифорнии, но потенциальная экономия на стоимости топлива привлекательна для компании, осуществляющей перевозки между островами, а также для всех, кто страдает от высоких расходов на топливо.Базовый анализ стоимости топлива, проведенный в исследовании, показал, что при сегодняшних ценах водород, стоящий около 4 долларов за килограмм, с топливным элементом, является конкурентоспособным по стоимости с морским топливом, использующим двигатель внутреннего сгорания.
Последующий анализ показал, что, когда генераторы часто вырабатывают мощность ниже максимальной, как, например, на Гавайях, преимущество топливных элементов в эффективности по сравнению с двигателем внутреннего сгорания увеличивается. Даже водород по цене 5 долларов за килограмм потенциально может сэкономить десятки тысяч долларов в год для каждого генератора.«Стоимость топлива — это только часть общей экономической картины», — сказал Пратт.
Сейчас он разрабатывает подробный план гавайской межостровной транспортной баржи. «Успешное развертывание контейнерных топливных элементов на плавучей платформе в типичной морской среде будет полезно не только для этой конкретной услуги, но и потому, что оно подтверждает концепцию для более крупного приложения размером с контейнеровоз», — сказал Пратт. «Это сложно на многих уровнях, но технически возможно с потенциальным коммерческим воздействием во всем мире».