Cтаття 4 №2 2021

УДК 629.06, 544.6
DOI: 10.33868/0365-8392-2021-2-266-22-28
© О. В. Агарков, заступник завідувача відділу сертифікації колісних транспортних засобів, e-mail: agarkov@insat.org.ua, ORCID: 0000-0002-2565-1737;
© К. Я. Шевчук, завідувач відділу сертифікації колісних транспортних засобів, e-mail: kshevchk@insat.org.ua, ORCID: 0000-0002-9730-3977;
© Ю. І. Iванина, провідний інженер, e-mail: yivanina@insat.org.ua, ORCID: 0000-0002-2417-0819;
(ДП «ДержавтотрансНДІпроект»)

ЗАСТОСУВАННЯ РОЗШИРЮВАЧА ПРОБІГУ НА ТВЕРДООКСИДНИХ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТАХ (ТОПЕ) ДЛЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ АВТОБУСІВ: ДОСВІД КОМПАНІЙ CERES POWER (ВЕЛИКА БРИТАНІЯ) ТА WEICHAI POWER (КИТАЙ)

Анотація. В попередніх статтях з цієї теми [1-3] ми розглядали перспективність використання енергетичних систем на базі твердооксидних паливних елементів (ТОПЕ) як допоміжних силових установок і розширювачів пробігу для вантажного [1,2] та легкового [3] автомобільного транспорту: аналізували американський [1], європейський [2] та японський [3] досвід. Було показано, що такі системи дозволяють із рекордним коефіцієнтом корисної дії (значно вищим, ніж у конкурентних рішень) отримувати з хімічної енергії окислення вуглеводневого палива електричну енергію для живлення бортових систем автомобілів під час стоянки основного двигуна, а також значно розширювати пробіг електричних автомобілів завдяки постійному підзаряджанню акумуляторів безпосередньо під час руху автомобіля та їхнього розряджання основним електричним двигуном. У цій статті розглядається перший світовий досвід із використання енергетичних установок на ТОПЕ як розширювача пробігу для електричних автобусів. Відповідна робота проведена консорціумом компаній Ceres Power (Велика Британія) та Weichai Power (Китай). У результаті виконання проєкту розроблений та виготовлений прототип системи потужністю 30 кВт, її тестування на автобусних лініях планується найближчим часом. Ця система є найбільш потужною серед розглянутих у циклі матеріалів: 30 кВт проти 1,5 і 9 кВт [1], 3 кВт [2] та 5 кВт [3] для систем, розібраних у попередніх роботах. Як паливо в розглянутій системі використовується стиснений природний газ (СПГ), який є дуже зручним завдяки широкій розподільчій мережі, екологічності порівняно з більш складними та важкими вуглеводневими сумішами. Використання в автомобільному транспорті простіших у виготовленні низькотемпературних паливних елементів (із протон-обмінною мембраною) призводить до необхідності створювати нерозвинуту наразі мережу заправок воднем.
Ключовi слова: автомобільний транспорт, автобус, твердооксидні паливні елементи, ТОПЕ, енергетична установка, розширювач пробігу, електричний автобус.

References
1. Agarkov, O.V., Shevchuk, K.Ya. (2015). Perspectives of application of solid oxide fuel cells in automotive transport, [Perspektivy vykorystannya tverdooksydnykh palyvnikh elementiv v avtomobil’nomu transporti]. Avtoshljahovik Ukraini, 4(246), 23-25 [in Ukrainian].
2. Agarkov, O.V., Shevchuk, K.Ya., Ivanyna, Yu.I. (2017). European program of the development of auxiliary power plants for automotive transport based on solid oxide fuel cells, [Evropeys’ka programa rozrobky dopimizhnykh sylovikh ustanovok dlya avtomobil’nogo transport na bazi tverdooksydnykh palyvnikh elementiv]. Avtoshljahovik Ukraini, 3(251), 2-7 [in Ukrainian].
3. Agarkov, O.V., Shevchuk, K.Ya., Ivanyna, Yu.I. (2019). Experience of “AVL” and “NISSAN” companies in application of SOFC as range extenders for electrical vehicles [Dosvid kompaniy “AVL” ta “Nissan” yak rozshiryyvachiv probigu elektrichnikh legkovykh avtomobiliv]. Avtoshljahovik Ukraini, 2, 5.
4. Gao, Z. Mogni, L.V., Miller, E.C., Railsback, J.G., Barnett, S.A. (2016) A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells. Energy & Environmental Science, 9(5), 1602-1644. https://doi.org/10.1039/c5ee03858h
5. Burmistrov, I.N., Agarkov, D.A., Korovkin, E.V., Yalovenko, D.V., Bredikhin, S.I. (2017) Fabrication of membrane-electrode assemblies for solid oxide fuel cells by joint sintering of electrodes at high temperature. Russian Journal of Electrochemistry, 53(8), 873-879. https://doi.org/10.1134/S1023193517080043
6. Fan, L., Zhu, B. Su, P.-C., He, C. (2018) Nanomaterials and technologies for low temperature solid oxide fuel cells: Recent advances, challenges and opportunities. Nano Energy, 45, 148-176. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.12.044
7. Erilin, I.S., Agarkov, D.A., Burmistrov, I.N., Pukha, V.E., Yalovenko, D.V., Lyskov, … Bredikhin, S.I. (2020) Aerosol deposition of thin-film solid electrolyte membranes for anode-supported solid oxide fuel cells. Materials Letters, 266, 127439. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127439
8. Hecht, E.S., Gupta, G.K., Zhu, H., Dean, A.M., Kee, R.J., Maier, L., Deutschmann, O. (2005) Methane reforming kinetics within a Ni–YSZ SOFC anode support. Applied Catalysis A: General, 295(1), 40-51. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2005.08.003
9. Samoilov, A.V., Agarkov, D.A., Bredikhin, S.I. (2019) A Multifuel Processor for SOFC Power Plants Created to Operate in the Arctic Region. ECS Transactions, 91, 1641-1649. https://doi.org/10.1149/09101.1641ecst
10. Lindermeir, A., Kah, S., Kavurucu, S., Mühlner, M. (2007) On-board diesel fuel processing for an SOFC–APU—Technical challenges for catalysis and reactor design. Applied Catalysis B: Environmental, 70(1-4), 488-497. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2006.02.025
11. Lin, P.-H., Hing, C.-W. (2008) Cold start dynamics and temperature sliding observer design of an automotive SOFC APU. Journal of Power Sources, 187(2), 517-526. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.11.043
12. Dimitrova, Z., Marechal, F. (2017) Environomic design for electric vehicles with an integrated solid oxide fuel cell (SOFC) unit as a range extender. Renewable Energy, 112, 124-142. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.05.031
13. Lawlor, V., Reissig, M., Makinson, J., Rechberger, J. (2017) SOFC System for Battery Electric Vehicle Range Extension: Results of the First Half of the Mestrex Project. ECS Transactions, 78(1), 192. https://doi.org/10.1149/07801.0191ecst
14. Bessekon, Y., Zielke, P., Wulff, A.C., Hagen, A. (2018) Simulation of a SOFC/Battery powered vehicle. International Journal of Hydrogen Energy, 44(3), 1905-1918. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.11.126
15. https://www.ceres.tech/
16. https://en.weichaipower.com/
17. Irshad, M., Siraj, K., Raza, R., Ali, A., Tiwari, P., Zhu, B., … Usman, A. (2016) A Brief Description of High Temperature Solid Oxide Fuel Cell’s Operation, Materials, Design, Fabrication Technologies and Performance. Applied Science, 6(3), 75. https://doi.org/10.3390/app6030075
18. Ballard, A., Domanski, T., Rees, L., Nobbs, C., Lawrence, N., Heffer, K., … Selby, M.A. (2019) Development of the 5kWe SteelCell® Technology Platform for Stationary Power and Transport Applications. ECS Transactions, 91(1), 117-122. https://doi.org/10.1149/09101.0117ecst
19. Leah, R.T., Bone, P.A., Selcuk, A., Rahman, M., Clare, A., Lankin, M., … Selby, M.A. (2019) Latest Results and Commercialization of the Ceres Power SteelCell® Technology Platform. ECS Transactions, 91(1), 51-61. https://doi.org/10.1149/09101.0051ecst
20. (2019) Ceres, Weichai plan SOFC range-extender for China bus market. Fuel Cell Bulletin, 2018(6), 10. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(18)30212-8
21. (2017) Ceres Power reports successful SteelCell trials for home CHP. Fuel Cell Bulletin, 2017(10), 4. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(17)30316-4
22. (2016) Ceres Power, Honda for new joint development. Fuel Cell Bulletin, 2016(1), 1. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(16)30002-5
23. (2016) Ceres to demo SOFC stack tech for Nissan in EV range-extender. Fuel Cell Bulletin, 2016(7), 4. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(16)30169-9
24. (2014) Ceres collaborating with Cummins Power Generation on SOFCs. Fuel Cell Bulletin, 2014(4), 10. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(14)70116-6
25. (2017) Ceres partners with global OEM to develop SOFC home power. Fuel Cell Bulletin, 2017(6), 5-6. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(17)30216-X
26. (2018) Ceres Power signs fifth major partner for joint development activities. Fuel Cell Bulletin, 2018(2), 12. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(18)30060-9
27. (2019) Ceres, Weichai Power develop first range extender bus prototype. Fuel Cell Bulletin, 2019(10), 4. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(19)30406-7
28. (2019) Ceres Power, Weichai finalise strategic collaboration, JV deal. Fuel Cell Bulletin, 2019(1), 11. https://doi.org/10.1016/S1464-2859(19)30026-4