Лидар комбинационного рассеяния света для обнаружения утечек из резервуаров и двигателей горного транспорта, работающего на водороде

В горнодобывающей промышленности используется оборудование, которое потребляет большое количество энергии. В шахтных работах дизельная техника находит широкое применение благодаря своей гибкости, грузоподъемности и адаптивности к различным условиям ее эксплуатации. Однако при использовании дизельного горно-шахтного оборудования наблюдается высокое потребление дизельного топлива и высокий уровень выбросов парниковых газов, главным образом монооксида углерода. Использование водорода в качестве топлива дает возможность не только обезуглеродить транспорт и энергетику горнодобывающей отрасли, но и значительно снизить местное загрязнение воздуха. Использование водорода как топлива в качестве привода двигателей электростанций и объектов транспорта горнодобывающей отрасли требует разработки оборудования для контроля утечки водорода из элементов хранения и подачи топлива к двигателям. Рассмотрено решение задачи контроля утечек водорода из топливных баков горнодобывающего транспорта и энергетического оборудования, обеспечивающего работу горнодобывающих предприятий, лидаром комбинационного рассеяния света (КРС). Представлены графические зависимости времени измерения концентрации водорода в функции расстояния до места утечки водорода. Расчетом лидарного уравнения установлено, что минимальное время измерения концентрации водорода в воздушной среде лидаром КРС будет на длине волны 532 нм.

Привалов В. Е., Туркин В. А., Шеманин В. Г. Лидар комбинационного рассеяния света для обнаружения утечек из резервуаров и двигателей горного транспорта, работающего на водороде // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 7-1. – С. 116–125. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_71_0_116.

Привалов Вадим Евгеньевич — д-р физ.-мат. наук, профессор, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, e-mail: vaevpriv@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-2904-7382,
Туркин Владимир Антонович — д-р техн. наук, профессор, Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, e-mail: turvla@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2945-6143,
Шеманин Валерий Геннадьевич — д-р физ.-мат. наук, профессор, Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета, e-mail: vshemanin@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0707-489X.

Туркин В.А., e-mail: turvla@mail.ru.

1. Figueiredo R. L., da Silva J. M., Ortiz C. E. A. Green hydrogen: Decarbonization in mining — Review // Cleaner Energy Systems. 2023, vol. 5, article 100075. DOI: 10.1016/j.cles.2023.100075.

2. Modina M. A., Khekert Е. V., Epikhin A. I. Bioindication and biomonitoring assessment of the state of atmospheric air and soil in the study area // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 867, no. 1, article 012072. DOI: 10.1088/1755-1315/867/1/012072

3. Modina M. A., Kheckert E. V., Epikhin A. I. Ways to reduce harmful emissions from the operation of power plants in special environmental control areas // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 867, no. 1, article 012104. DOI: 10.1088/1755-1315/867/1/012104.

4. Баловцев С. В., Скопинцева О. В., Куликова Е. Ю. Иерархическая структура аэрологических рисков в угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 276—285. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-2-276-285.

5. Куликова А. А. Новый подход к оценке выбросов от горных предприятий с учетом углеродного следа // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 4. — С. 825— 832. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-4-825-832.

6. Shahabuddin M., Brooks G., Rhamdhani M. A. Decarbonisation and hydrogen integration of steel industries: recent development, challenges and technoeconomic analysis // Journal of Cleaner Production. 2023, vol. 395, no. 1, article 136391. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.136391.

7. Ahmad Z., Kaario O., Karimkashi S., Qiang C., Vuorinen V., Larmi M. Effects of ethane addition on diesel-methane dual-fuel combustion in a heavy-duty engine // Fuel. 2021, vol. 289, article 119834. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119834.

8. Ehrhart B. D., Brooks D. M., Muna A. B., LaFleur C. B. Risk assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels // Fire Technology. 2020, vol. 56, pp. 891—912. DOI: 10.1007/s10694019-00910-z.

9. Gridina E., Kovshov S., Borovikov D. Hazard mapping as a fundamental element of osh management systems currently used in the mining sector // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, vol. 1, pp. 107—115. DOI: 10.33271/nvngu/2022-1/107.

10. Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Bukhtoyarov V. V., Wu X., Tyncheko Y. A., Kukartsev V. A. Overview of methods for enhanced oil recovery from conventional and unconventional reservoirs // Energies. 2023, vol. 16, no. 13, article 4907. DOI: 10.3390/ en16134907.

11. Привалов В. Е., Туркин В. А., Шеманин В. Г. О лазерно-информационных технологиях в водородной энергетике // Лазеры. Измерения. Информация. — 2021. — № 1-2. — С. 4—11.

12. Хазин М. Л., Апакашев Р. А. Карьерные самосвалы на водородном топливе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 47—59. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_1_0_47.

13. Гридина Е. Б., Боровиков Д. О. Выявление причин травматизма на основе карт оценки профессиональных рисков на угольном разрезе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-1. — С. 114—128. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_114.

14. Meyer S. A. Controlled process for the production of thermal energy from gases and apparatus useful therefore. US Patent No. 4826581, 1989.

15. Привалов В. Е. Устройство для разложения воды / Лазерные информационные технологии. Труды XXVI Международной конференции. — Новороссийск: РИО ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2018. — С. 40—41.

16. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. — М.: Мир, 1987. — 550 с.

17. Gibson A. J., Sanford M. C. W. Daytime measurement of the atmospheric sodium layer // Nature. 1972, vol. 239-2, pp. 509—511.

18. Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen and iodine molecules lidar monitoring in atmosphere // Proceedings of SPIE. 2000, vol. 4064, pp. 2—11.

19. Voronina E. I., Privalov V. E., Shemanin V. G. The iodine molecules in the near-earth atmospheric layer fluorescence lidar sensing from space orbit // Optical Memory and Neural Networks. 2009, vol. 18-3, pp. 212—217.

20. Rovnik N. A., Lushpeev V. A., Tananykhin D. S., Shpurov I. V. Rational gas inflow restriction technologies during the development of oil rims // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources. 2019, vol. 2020, pp. 888—900. DOI: 10.1201/9781003014638-54.

21. Гридина Е. Б., Боровиков Д. О. Повышение безопасности труда рабочего персонала карьера, расположенного в сложных горно-геологических условиях Крайнего Севера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 9-1. — С. 149—163. DOI: 10.25018/0 236_1493_2023_91_0_149.

22. IEA. The future of hydrogen. International Energy Agency. Paris, 2019.