РОЗРОБЛЕННЯ АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМУ ВИКОРИСТАННЯ ВОДНЕВОГО ПАЛИВА В СУДНОВИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ
DOI:
https://doi.org/10.18664/1994-7852.211.2025.327172Ключові слова:
водневе паливо, воднева енергетика, морська логістика, ресурсна ефективність, судновий двигунАнотація
Використання водневого палива набуває все більшого значення як напрям розвитку екологічно безпечних технологій у сфері морських перевезень. Завдяки своїй високій енергоефективності та здатності суттєво знижувати рівень викидів шкідливих речовин водень стає перспективним джерелом енергії для суднових енергетичних систем. У цій роботі подано вдосконалений метод оптимізації застосування водню в суднових двигунах, що охоплює аналіз термодинамічних процесів, параметрів подавання пального та умов експлуатації.
Алгоритм базований на інтегрованому підході для всіх етапів роботи з воднем, включаючи його виробництво, зберігання, використання та утилізацію. Це дає змогу зменшити енергетичні втрати і підвищити ефективність роботи суднових енергетичних установок. Математична модель, розроблена в рамках дослідження, враховує основні чинники, що впливають на функціонування водневих двигунів, серед яких ефективність використання пального, оптимальні умови зберігання та вплив на навколишнє середовище.
Модель також аналізує технічні аспекти інтеграції водневих систем у сучасний морський флот, включаючи необхідні технологічні зміни, економічну ефективність і екологічні переваги. Крім того, досліджено перспективи впровадження водневих паливних елементів у судноплавстві та їхній потенціал для модернізації сучасних суден.
Результати проведеного дослідження можуть стати основою для створення стратегій переходу на альтернативні джерела енергії в морському транспорті та впровадження ефективніших технологій управління енергією. Зменшення залежності від традиційних видів пального та зниження рівня парникових викидів сприятиме формуванню більш екологічно чистого та енергоефективного флоту, що відповідатиме сучасним міжнародним екологічним стандартам і вимогам.
Посилання
Melnyk O. et al. (2024). Innovative technologies for the maritime industry: Hydrogen fuel as a promising direction. In S. Boichenko, A. Zaporozhets, A. Yakovlieva, & I. Shkilniuk (Eds.). Modern technologies in energy and transport (Studies in Systems, Decision and Control). Vol. 510. Р. 95-103. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44351-0_3.
Solakivi T., Paimander A. & Ojala L. (2022). Cost competitiveness of alternative maritime fuels in the new regulatory framework. Transportation Research Part D: Transport and Environment. 113. 103500. https://doi.org/10.1016/j.trd.2022.103500.
Kouzelis K., Frouws K. & van Hassel E. (2022). Maritime fuels of the future: What is the impact of alternative fuels on the optimal economic speed of large container vessels. Journal of Shipping and Trade. 7. https://doi.org/10.1186/s41072-022-00124-7.
Huang J., Fan H., Xu X. & Liu Z. (2022). Life cycle greenhouse gas emission assessment for using alternative marine fuels: A very large crude carrier (VLCC) case study. Journal of Marine Science and Engineering. 10. 1969. https://doi.org/10.3390/jmse10121969.
Heine D., GGde S. & Dominioni G. (2014). Unilaterally removing indirect subsidies for maritime fuel. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.2512747.
Md Moshiul A., Mohammad R., Hira F. & Maarop N. (2022). Alternative marine fuel research advances and future trends: A bibliometric knowledge mapping approach. Sustainability. 14. https://doi.org/10.3390/su1409494.
Pekşen D. & Alkan G. (2018). Application of alternative maritime power (AMP) supply to cruise port. Journal of ETA Maritime Science. 6. 307–318. https://doi.org/10.5505/jems.2018.15870.
Benet Á., Villalba-Herreros A., d’Amore-Domenech R. & Leo T. J. (2022). Knowledge gaps in fuel cell-based maritime hybrid power plants and alternative fuels. Journal of Power Sources. 548. 232066. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.232066.
Barberi S., Campisi T. & Neduzha L. (2022). The role of cold ironing in maritime transport emissions. In AIP Conference Proceedings. Vol. 2611. Р. 060013. https://doi.org/10.1063/5.0119881.
Wang Q., Zhang H., Huang J. & Zhang P. (2023). The use of alternative fuels for maritime decarbonization: Special marine environmental risks and solutions from an international law perspective. Frontiers in Marine Science. 9.https://doi.org/10.3389/fmars.2022.1082453.
Melnyk O. & Onyshchenko S. (2022). Ensuring safety of navigation in the aspect of reducing environmental impact. In ISEM 2021, LNNS. Vol. 463. Р. 1–9. https://doi.org/10.1007/978-3-031-03877-8_9.
Melnyk O., Onishchenko O., Onyshchenko S., Golikov V., Sapiha V., Shcherbina O. & Andrievska V. (2022). Study of environmental efficiency of ship operation in terms of freight transportation effectiveness provision. TransNav, International Journal of Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. 16(4). 723–729. https://doi.org/10.12716/1001.16.04.14.
Onishchenko O., Golikov V., Melnyk O., Onyshchenko S. & Obertiur K. (2022). Technical and operational measures to reduce greenhouse gas emissions and improve the environmental and energy efficiency of ships. Scientific Journal of Silesian University of Technology. 116. 223–235. https://doi.org/10.20858/sjsutst.2022.116.14.
Melnyk O., Onyshchenko S. & Koryakin K. (2021). Nature and origin of major security concerns and potential threats to the shipping industry. Scientific Journal of Silesian University of Technology. 113. 145–153. https://doi.org/10.20858/sjsutst.2021.113.11.
Yakovlieva A. & Boichenko S. (2020). Energy efficient renewable feedstock for alternative motor fuels production: Solutions for Ukraine. Studies in Systems and Decision Control. 298. 247–259. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48583-2_16.
Minchev D., Varbanets R., Aleksandrovskaya N. & Pisintsaly L. (2021). Marine diesel engines operating cycle simulation for diagnostics issues. Acta Polytechnica. 3(61). 428–440. https://doi.org/10.14311/AP.2021.61.0435.
Alternative Fuels and Technologies for Greener Shipping: DNV GL. (2018). Summary of an assessment of selected alternative fuels and technologies. https://www.dnv.com.
Maritime Safety Agency: Update on potential of biofuels in shipping. (2022). EMSA, Lisbon. https://www.emsa.europa.eu/publications/reports/item/4834-update-on-potential-ofbiofuels-for-shipping.html.
Li Y., Wei W., Li Y. & Huang T. (2021). Research on the optimization of ship propulsion system based on hydrogen fuel. Journal of Marine Science and Engineering. 9(3). 278.
Kulkarni P., Shah P. & Kulkarni P. (2020). Fuel cell technology for maritime applications. International Journal of Maritime Engineering. 162(1). 55–64.
Chen J., Zhang H. & Liu B. (2019). Energy efficiency optimization of a hydrogen-powered container ship. Journal of Marine Science and Engineering. 7(10). 318.
Ghafir M. F. A., Harahap I. S. H. & Taufik T. (2018). Technical and economic feasibility analysis of hydrogen fuel cell power plant for Indonesian ferry. International Journal of Renewable Energy Research. 8(3). 1361–1371.
Chen H., Zhang X., Wu Y. & Huang Y. (2017). A review of research on hydrogen energy storage technology. International Journal of Hydrogen Energy. 42(20). 14345–14363.
Hoang D. L., Kim T. & Lee K. (2020). Hydrogen fuel cell systems for ships: A review. Journal of Cleaner Production. 246. 119025. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119025.
Konold W. E. (2020). Maritime energy transition: Hydrogen fuel cells as a future alternative for shipping. Transportation Policy. 89. 50–58. https://doi.org/10.1016/j.tranpol.2020.04.007.
Li Y., Li P. (2020). Feasibility analysis of hydrogen energy application in shipping industry. Energy Procedia. 187. 50–55. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2020.07.015.
Schmieder P. & Krieg O. (2020). Perspectives of hydrogen use for ship propulsion. Journal of Marine Science and Engineering. 8(12). 994. https://doi.org/10.3390/jmse8120994.
Su H., Peng H., Lin Y. & Wang Z. (2020). Investigation of hydrogen fuel cell ships considering different operation modes. International Journal of Hydrogen Energy. 45(50). 27676–27684. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.192.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
