Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 81007 10.20295/1815-588X-2024-01-229-237 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Alternative energy sources for transporting thermosensitive goods in autonomous refrigerated containers Оптимизация перевозок термочувствительных грузов в рефрижераторных контейнерах с применением альтернативных источников энергии Киселев Игорь Георгиевич Kiselev Igor' Georgievich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Комиссаров Сергей Борисович Komissarov Sergey Borisovich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Монастырский Дмитрий Ярославович Monastyrskiy Dmitriy Yaroslavovich Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 29 03 2024 29 03 2024 21 1 229 237 28 03 2024 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/81007/view

Цель: рассмотреть основные проблемы перевозки термочувствительных грузов в рефрижераторных контейнерах (рефконтейнеры), показать возможности оптимизации перевозок путем внедрения альтернативных источников энергии. Метод: выполнено сравнение технико-экономических показателей дизельных, водородных установок. Применен эксергетический метод оценки эффекта от замены дизельного топлива на СПГ. Результаты: в статье определены особенности перевозки грузов в контейнерах со встроенными холодильными установками — автономными рефконтейнерами. Приведена классификация существующих энергоустановок для электропитания рефконтейнеров. Описана конструкция автономной установки для энергоснабжения рефконтейнеров. Предложены экологически безопасные альтернативы для обеспечения автономного электропитания холодильных установок рефконтейнеров. Представлены преимущества автономного источника электропитания на основе высокотемпературных топливных элементов. Описана автономная энергоустановка со сжиженным природным газом (СПГ) в качестве топлива. Проанализирована целесообразность утилизации холода от регазификации СПГ с целью обеспечения стабильности функционирования рефконтейнера. Сделана оценка предполагаемого эффекта от применения альтернативных видов топлива для автономного электропитания. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы для модернизации энергетических установок малой мощности, применяемых на рефрижераторном и других видах транспорта.

Purpose: to consider the main problems of transportation of temperature-sensitive cargoes in refrigerated containers (refcontainers). To show the possibilities of transportation optimization through the introduction of alternative energy sources. Methods: comparison of technical and economic indicators of diesel, hydrogen and hydrogen plants is carried out. The exergetic method of estimating the effect of replacing diesel fuel with LNG was applied. Results: the article defines the peculiarities of cargo transportation in containers with built-in refrigeration units — autonomous refcontainers. Classification of existing energy units for power supply of refcontainers is given. The design of an autonomous installation for power supply of refcontainers is described. Environmentally safe alternatives for providing autonomous power supply of refrigerating units of refrigeration containers are proposed. The advantages of autonomous power supply based on high-temperature fuel cells are presented. An autonomous power unit with liquefied natural gas (LNG) as fuel is described. The feasibility of utilization of cold from LNG regasification is analyzed in order to ensure the stability of refcontainer operation. The estimation of the expected effect from the use of alternative fuels for autonomous power supply is made. Practical significance: the obtained results can be used for modernization of low-capacity power plants used in refrigerated and other types of transport.

 автономные энергоустановки высокотемпературные топливные элементы сжиженный природный газ холодильный транспорт автономные рефконтей autonomous power units high-temperature fuel cells liquefied natural gas refrigerated transport autonomous refcontainers

Генератор (ФАС-18-1/ВР) Номинальная мощность, кВт 18 Расход газа (плотность 0,42 кг/м3 ), л/ч 11,1 Масса генератора, кг 530 Generator (FAS-18-1/VR) Nominal'naya moschnost', kVt 18 Rashod gaza (plotnost' 0,42 kg/m3 ), l/ch 11,1 Massa generatora, kg 530 Криобак (LNG530L, СТФК «КамАЗ») Объем, л 530 Cнаряженная масса, кг ~ 300 Рабочее давление, МПа 1,6 Kriobak (LNG530L, STFK «KamAZ») Ob'em, l 530 Cnaryazhennaya massa, kg ~ 300 Rabochee davlenie, MPa 1,6 Газовый мультиблок Рабочее давление на входе, мПа до 40 Давление на выходе, мПа до 3,5 Рабочая температура, °C 285 Таблица 4. Технико-экономическое сравнение ДТ и СПГ Характеристика ДТ «Евро-5» СПГ Удельная теплота сгорания, кДж/кг 42 700 48 500 Доля содержания углерода 0,875 0,75 Расход, л/ч 3,5 11,1 Стоимость топлива, руб./л 55,0 14,7 Расчет затрат на 1 час работы, руб./ч 192,5 163,2 Холодопроизводительность, кДж/л – от 94,0 до 373,5 Выбросы СО2 708 г/кВт 696 г/кВт235 Gazovyy mul'tiblok Rabochee davlenie na vhode, mPa do 40 Davlenie na vyhode, mPa do 3,5 Rabochaya temperatura, °C 285 Tablica 4. Tehniko-ekonomicheskoe sravnenie DT i SPG Harakteristika DT «Evro-5» SPG Udel'naya teplota sgoraniya, kDzh/kg 42 700 48 500 Dolya soderzhaniya ugleroda 0,875 0,75 Rashod, l/ch 3,5 11,1 Stoimost' topliva, rub./l 55,0 14,7 Raschet zatrat na 1 chas raboty, rub./ch 192,5 163,2 Holodoproizvoditel'nost', kDzh/l – ot 94,0 do 373,5 Vybrosy SO2 708 g/kVt 696 g/kVt235 Жузев А., Тертышников М. В. Топливные элементы: состояние и перспективы // Энергетика Тюменского региона. 2002. № 3. С. 170. Zhuzev A., Tertyshnikov M. V. Toplivnye elementy: sostoyanie i perspektivy // Energetika Tyumenskogo regiona. 2002. № 3. S. 170. Pandya B., El-Kharouf A., Venkataraman V., et al. Comparative study of solid oxide fuel cell coupled absorption refrigeration system for green and sustainable refrigerated transportation // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 179. P. 115597. Pandya B., El-Kharouf A., Venkataraman V., et al. Comparative study of solid oxide fuel cell coupled absorption refrigeration system for green and sustainable refrigerated transportation // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 179. P. 115597. Динамика промышленного производства в 2022 году [Электронный ресурс]. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/313/document/196621 (дата обращения: 27.09.2023). Dinamika promyshlennogo proizvodstva v 2022 godu [Elektronnyy resurs]. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/313/document/196621 (data obrascheniya: 27.09.2023). Владимир Путин: «Рассчитываем к 2035 году выйти на уровень производства СПГ в 120–140 миллионов тонн в год» [Электронный ресурс]. URL: https://minenergo.gov.ru/node/15959 (дата обращения: 27.09.2023). Vladimir Putin: «Rasschityvaem k 2035 godu vyyti na uroven' proizvodstva SPG v 120–140 millionov tonn v god» [Elektronnyy resurs]. URL: https://minenergo.gov.ru/node/15959 (data obrascheniya: 27.09.2023). Колин С. А. К вопросу оценки экономических издержек от загрязнения воздуха городским транспортом (на примере Санкт-Петербурга) / С. А. Колин, С. Е. Кондратенко, Н. А. Бортников // Газовая промышленность. 2021. № 6. С. 98–104. Kolin S. A. K voprosu ocenki ekonomicheskih izderzhek ot zagryazneniya vozduha gorodskim transportom (na primere Sankt-Peterburga) / S. A. Kolin, S. E. Kondratenko, N. A. Bortnikov // Gazovaya promyshlennost'. 2021. № 6. S. 98–104. Киселев И. Г., Комиссаров С. Б., Монастырский Д. Я. О целесообразности использования сжиженного природного газа на рефрижераторных контейнерах с навесными дизель-генераторами // Бюллетень результатов научных исследований. 2021. № 4. С. 104–113. Kiselev I. G., Komissarov S. B., Monastyrskiy D. Ya. O celesoobraznosti ispol'zovaniya szhizhennogo prirodnogo gaza na refrizheratornyh konteynerah s navesnymi dizel'-generatorami // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. 2021. № 4. S. 104–113. Gerasimov V. E., Kuz’menko I. F., Peredel’skii V. A., et al. Introduction of technologies and equipment for production, storage, transportation, and use of LNG // Chemical and petroleum engineering. 2004. Т. 40. № 1–2. P. 31–35. Gerasimov V. E., Kuz’menko I. F., Perdel’skii V. A., et al. Introduction of technologies and equipment for production, storage, transportation, and use of LNG // Chemical and petroleum engineering. 2004. T. 40. № 1–2. P. 31–35. Dorosz P., Wojcieszak P., Malecha Z. Exergetic analysis, optimization and comparison of LNG cold exergy recovery systems for transportation / P. Dorosz, P. Wojcieszak, Z. Malecha // Entropy. 2018. Т. 20. № 1. С. 59. Dorosz P., Wojcieszak P., Malecha Z. Exergetic analysis, optimization and comparison of LNG cold exergy recovery systems for transportation / P. Dorosz, P. Wojcieszak, Z. Malecha // Entropy. 2018. T. 20. № 1. S. 59. Tan H., Li Y., Tuo H., et al. Experimental study on liquid/solid phase change for cold energy storage of Liquefied Natural Gas (LNG) refrigerated vehicle // Energy. 2010. Т. 35. № 5. P. 1927–1935. Tan H., Li Y., Tuo H., et al. Experimental study on liquid/solid phase change for cold energy storage of Liquefied Natural Gas (LNG) refrigerated vehicle // Energy. 2010. T. 35. № 5. P. 1927–1935. Wang F., Li M., Zhang Y., et al. Study on roof-mounted radiant cooling system for LNG-fueled refrigerated vehicles // International Journal of LowCarbon Technologies. 2021. Т. 16. № 2. P. 268–274 Wang F., Li M., Zhang Y., et al. Study on roof-mounted radiant cooling system for LNG-fueled refrigerated vehicles // International Journal of LowCarbon Technologies. 2021. T. 16. № 2. P. 268–274