Звоните в Санкт-Петербурге

Разработка систем управления производственными технологическими процессами.

Производство изделий из композитных материалов, металлов и сплавов.

Производство оборудования для LCM процессов, вакуумной инфузии, напыления силиконов.

Разработка цифровых технологий производства изделий из композиционных материалов,

совмещающих аддитивные технологии и LCM процессы.

Системы хранения водорода в сжатом виде обладают рядом преимуществ, например, они не требуют сложного оборудования и теплоизоляции для поддержания криогенных температур, что делает их существенно проще и компактнее криогенных хранилищ. Процесс высвобождения и заправки водородом проходит при комнатных температурах и легко регулируется, что позволяет согласовать работу бака и топливного элемента при переменных нагрузках, в отличии от металлогидридных хранилищ. Эти преимущества делают системы хранения водорода в сжатом виде перспективными для применения на транспорте, в частности на беспилотных авиационных системах (БАС), которые выбраны в качестве основного потребителя в данном проекте. В дальнейшем результаты НИОКР могут быть применены в других областях, в частности на наземном и морском транспорте, в энергетике и промышленности.

Разрабатываемый продукт будет удовлетворять потребности ряда клиентов из различных отраслей, для БАС с высокой дальностью и временем действия, не использующих тепловые двигатели (ТД). Под ТД подразумеваются поршневые двигатели, турбины, реактивные двигатели. Такая потребность возникает, когда на БАС устанавливают чувствительные приборы - камеры, сканеры, датчики, микрофоны и т.п. которые не могут нормально работать при наличии ТД из-за вибраций, шума, повышенной температуры и т.п.  БАС получаются достаточно громоздкими из-за установленного оборудования, при этом электрические аккумуляторы не могут обеспечить достаточную дальность и время полета, из-за низкой удельной энергетической емкости. Такие БАС, выполненные в виде коптеров или малых самолетов, используют, например, при геофизической и геологической разведке, для контроля состояния протяженных объектов, например, дорог, ЛЭП и трубопроводов, для экологического контроля и мониторинга среды, для поиска пропавших людей и т.п. Существующие электрические БАС используемые для этих целей позволяют находятся в воздухе примерно 30-60 минут, и обеспечивают дальность полета 5-10 км., пример, https://rusdrone.ru/catalog/avtonomnye-bpla/AvtonomnayaBazovayaStantsiya/. При контроле протяжённых объектов столь малое время полета не позволяет долететь от одной базовой станции до другой (которые могут быть оборудованы на насосных станциях или трансформаторах) на существующих ЛЭП или трубопроводах, что приводит к тому что подобные объекты все еще контролируются с помощью пилотируемых аппаратов. Малое время полета снижает радиус доступный для поиска, мониторинга или разведки и увеличивает стоимость работ, из-за более частых переносов базовых станций и больших затрат времени.  Во многих случаях плотность автодорог необходимого качества ниже, чем дальность полета коптера, что создает мертвые зоны. Важной проблемой электрических БАС являются погодные условия - при понижении температуры время полета снижается.

Для устранения описанных недостатков были разработаны БАС с водородными топливными элементами. Существующие водородные БАС, при одинаковом весе полезной нагрузки, способны находится в воздухе до 3 часов, т.е. минимум в 3 раза больше чем электрические БАС. В настоящее время водородные БАС начинают получать все более широкое распространение. (Пример - https://naked-science.ru/article/column/kompaniya-innovatsionnogo-tsentra-skolkovo-i-niu-mei-razrabotali-sverhlegkuyu-energosistemu).

Существующие БАС оснащены водородным баком под давлением 300 атм. Предлагаемый проект позволит изготавливать баки и необходимое вспомогательное оборудование с рабочим давлением до 1000 атм., а в перспективе до 1200 атм. Повышение давления водорода прямо пропорционально повышает объемную плотность энергии, т.е. при использовании предлагаемого в проекте оборудования в баке того же объема и размера может находится в 2-3 раза больше водорода, что позволит повысить дальность и время работы БАС.

Основное преимущество предлагаемой системы - повышенная объемная энергетическая емкость, не менее 6,3 МДж/литр в отличии от 1,9 МДж/литр при давлении 300 атм. Необходимо отметить, что часть объема баллона (?20%) будет запенена материалом, формирующим поры, однако преимущество превосходит недостаток, эффективная (с учетом объема занятого материалом) объемная энергетическая емкость составит ?5 МДж/литр. При этом удельная массовая энергетическая емкость водорода, с учетом веса баллона, практически не меняется и составляет порядка 20-22 МДж/кг, но увеличение объемной энергоемкости приводит к уменьшению размеров бака, и как следствие, уменьшению размеров и веса БАС, что повышает массовую энергоемкость БАС.

Для сравнения, можно отметить, что массовая энергетическая емкость перспективных аккумуляторов порядка 0,8 МДж/кг, серийно выпускаемых аккумуляторов - 0,6 МДж/кг.

Применение предлагаемого в проекте оборудования позволит увеличить время полета БАС до 6 - 10 часов и дальность до 100 км., что сравнимо с показателями БАС с ТД, и достаточно для работ даже в районах с крайне низким развитием дорожной сети.

Подробная оценка стоимости работ, на примере аэрофотосъемки, приведена в статье - https://russiandrone.ru/publications/sravnenie-effektivnosti-aerofototopograficheskoy-semki-s-ispolzovaniem-bespilotnykh-i-pilotiruemykh-/. Данные приведенные в статье можно использовать для качественной оценки стоимости любых работ в зависимости от площади и времени полета БАС, без привязки к виду выполняемых работ и источнику энергии, при этом важно отметить что значительное количество оборудования не может быть установлено на БАС с ТД из-за вибраций и шума.

Выбранную область применения - БАС, так же отличают относительно малые размеры, что позволит использовать баллоны объемом менее 1 литра которые можно распечатать на существующих, серийно выпускаемых, 3Д принтерах. При необходимости из малых баллонов может быть составлена рампа, аналогично тому, как создают батарею из аккумуляторов.

Важным преимуществом решений, разрабатываемых в ходе НИОКР является безопасность. Пористая структура позволяет на несколько порядков увеличить время выхода газа и разрушения баллона при нарушении герметичности оболочки, что предотвращает взрыв, превращая его в утечку. Это преимущество актуально не только для сверхвысоких давлений. Баллоны для метана с рабочим давлением в 200-300 атмосфер или сжиженных углеводородов с давлением 10-20 атмосфер, которые используются на транспорте, или любые другие баллоны, могут быть выполнены по предложенной схеме с целью повышения безопасности, что в перспективе существенно расширяет область применения результатов НИОКР.