ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2025-12-4-9ekip-3072Research ArticleИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯENGINEERING SOLUTIONSФункциональное моделирование жизненного цикла энергоустановки на твердооксидных топливных элементахLife Cycle Functional Modeling of a Solid Oxide Fuel Cell UnitШиринкинаЕ. С.ShirinkinaE. S.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruМозжегороваЮ. В.MozzhegorovaYu. V.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

ctls@kalvis.ruИльиныхГ. В.IlyinykhG. V.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

ctls@kalvis.ruКоротаевВ. Н.KorotayevV. N.

д-р техн. наук, профессор

Dr. Sci. (Eng.), Professor

ctls@kalvis.ruПермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)РоссияPerm National Research Polytechnic University (PNRPU)Russian Federation202511122025291249Copyright © ООО "Калвис", 20252025ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/3072

Рассмотрена опытная энергетическая установка на ТОТЭ мощностью 2,5 кВт российского производства. Установлено, что углеродный след производства энергоустановки составляет 3628,2 кг СО2-экв., а углеродный след производимой электроэнергии (без учета выбросов от топлива) – 20,4 г СО2-экв./(кВт•ч) при минимальных сроках эксплуатации оборудования. Отмечено, что оптимизация режимов работы и увеличение сроков эксплуатации оборудования обеспечивает показатель углеродного следа электроэнергии (без учета выбросов от топлива) – 14,1 г СО2-экв./(кВт•ч). Сделан вывод о том, что выход на серийное производство, оптимизация режимов работы энергоустановки позволит достичь себестоимости электроэнергии на уровне 8 руб./(кВт•ч).

An experimental solid oxide fuel cell (SOFC) unit with a capacity of 2.5 kW produced in Russia was studied. It was determined that the carbon footprint of the SOFC unit manufacturing process amounts to 3628.2 kg CO2-eq., while the carbon footprint of the generated electricity (excluding fuel-related emissions) is 20.4 g CO2-eq./(kWh) with minimal equipment service life. It is noted that optimization of operating modes and extension of equipment lifetime ensure a carbon footprint of electricity (excluding fuel-related emissions) of 14.1 g CO2-eq./(kWh). It is concluded that the transition to serial production and optimization of SOFC unit operating conditions will make it possible to achieve an electricity production cost of 8 RUB/(kWh).

энергоустановкатвердооксидный топливный элементэлектроэнергияуглеродный следсебестоимость электроэнергииenergy unitsolid oxide fuel cellelectricitcarbon footprintelectricity costИсследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России, проект FSNM-2023-0004 "Водородная энергетика. Материалы и технология хранения, транспортировки и применения водорода и водородсодержащих смесей".The research was carried out with financial support from the Russian Ministry of Education and Science, project FSNM-2023-0004 "Hydrogen energy. Materials and technology for storage, transportation and use of hydrogen and hydrogen-containing mixtures".ReferencesSafaei A., Freire F., Henggeler Antunes C.A. Life cycle multi-objective economic and environmental assessment of distributed generation in buildings. Energy Conversion and Management. 2015. Vol.97. P. 420—427. DOI:10.1016/j.enconman.2015.03.048.Safaei A., Freire F., Henggeler Antunes C.A. Life cycle multi-objective economic and environmental assessment of distributed generation in buildings. Energy Conversion and Management. 2015. Vol.97. P. 420—427. DOI:10.1016/j.enconman.2015.03.048.Lee Y.D., Ahn K.Y., Morosuk T., Tsatsaronis G. Environmental impact assessment of a solid-oxide fuel-cell-based combined-heat-and-power-generation system. Energy. 2015. Vol. 79. P. 455—466. DOI:10.1016/j.energy.2014.11.035.Lee Y.D., Ahn K.Y., Morosuk T., Tsatsaronis G. Environmental impact assessment of a solid-oxide fuel-cell-based combined-heat-and-power-generation system. Energy. 2015. Vol. 79. P. 455—466. DOI:10.1016/j.energy.2014.11.035.Вялых И.А., Кондрашов Н.Н., Коротаев В.Н., Арасланов Р.Д., Галлямов А.Н., Долгих А.В., Власов С.А., Любимов А.В. Проектирование опытной энергетической установки на ТОТЭ мощностью 2,5 кВт. Тез. докл. "Школы-конференции Центра компетенций НТИ "Водород как основа низкоуглеродной экономики", 26—27 сентября, г. Киров 2024. С. 51—52. [Электронный ресурс]. URL: https://catalysis.ru/resources/institute/Publishing/Report/2024/H2_Abstracts-2024.pdf (дата обращения 18.06.2025).Вялых И.А., Кондрашов Н.Н., Коротаев В.Н., Арасланов Р.Д., Галлямов А.Н., Долгих А.В., Власов С.А., Любимов А.В. Проектирование опытной энергетической установки на ТОТЭ мощностью 2,5 кВт. Тез. докл. "Школы-конференции Центра компетенций НТИ "Водород как основа низкоуглеродной экономики", 26—27 сентября, г. Киров 2024. С. 51—52. [Электронный ресурс]. URL: https://catalysis.ru/resources/institute/Publishing/Report/2024/H2_Abstracts-2024.pdf (дата обращения 18.06.2025).Мозжегорова Ю.В., Ильиных Г.В., Коротаев В.Н. Углеродный след энергетической установки на основе твердооксидного топливного элемента. Глобальная энергия. 2025. Т. 31. № 2. С. 42—56. DOI 10.18721/JEST.31204.Мозжегорова Ю.В., Ильиных Г.В., Коротаев В.Н. Углеродный след энергетической установки на основе твердооксидного топливного элемента. Глобальная энергия. 2025. Т. 31. № 2. С. 42—56. DOI 10.18721/JEST.31204.Naeini M., Cotton J. S, Adams J.S. Dynamic life cycle assessment of solid oxide fuel cell system considering long-term degradation effects Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 255 P. 115336. DOI:10.1016/j.enconman.2022.115336.Naeini M., Cotton J. S, Adams J.S. Dynamic life cycle assessment of solid oxide fuel cell system considering long-term degradation effects Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 255 P. 115336. DOI:10.1016/j.enconman.2022.115336.Схема и программа развития электроэнергетических систем России на 2024-2029 гг. [Электронный ресурс]. URL: https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/com pany/future_plan/pub lic_discussion/2024/final/sipr_ups_2024-29_fin.pdf (дата обращения 18.06.2025).Схема и программа развития электроэнергетических систем России на 2024-2029 гг. [Электронный ресурс]. URL: https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/com pany/future_plan/pub lic_discussion/2024/final/sipr_ups_2024-29_fin.pdf (дата обращения 18.06.2025).Филин Ю.И. Перспективы использования топливных элементов в качестве резервных источников питания. Вестник Брянской ГСХА. 2024. № 5(105). С. 61—64.Филин Ю.И. Перспективы использования топливных элементов в качестве резервных источников питания. Вестник Брянской ГСХА. 2024. № 5(105). С. 61—64.Corigliano O., Lorenzo G. De, Fragiacomo P. Techno-energy-economic sensitivity analysis of hybrid system Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine. AIMS Energy. No. 9(5). P. 934—990. DOI: 10.3934/energy.2021044.Corigliano O., Lorenzo G. De, Fragiacomo P. Techno-energy-economic sensitivity analysis of hybrid system Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine. AIMS Energy. No. 9(5). P. 934—990. DOI: 10.3934/energy.2021044.Braun R.J. Techno-Economic Optimal Design of Solid Oxide Fuel Cell Systems for Micro-Combined Heat and Power Applications in the U.S. Journal of Fuel Cell Science and Technology. 2010. Vol. 7. P. 031018. DOI: 10.1115/1.3211099.Braun R.J. Techno-Economic Optimal Design of Solid Oxide Fuel Cell Systems for Micro-Combined Heat and Power Applications in the U.S. Journal of Fuel Cell Science and Technology. 2010. Vol. 7. P. 031018. DOI: 10.1115/1.3211099.Агарков Д.А., Бредихин С.И. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) и энергоустановки на их основе. Энергоэксперт. 2021. № 3(79). С. 36—38Агарков Д.А., Бредихин С.И. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) и энергоустановки на их основе. Энергоэксперт. 2021. № 3(79). С. 36—38A Total Cost of Ownership Model for Solid Oxide Fuel Cells in Combined Heat and Power and Power- Only Applications. [Электронный ресурс]. URL: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/06/f32/fcto_lbnl_total_cost_owner-ship_sofc_systems.pdf (дата обращения 17.06.2025).A Total Cost of Ownership Model for Solid Oxide Fuel Cells in Combined Heat and Power and Power- Only Applications. [Электронный ресурс]. URL: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/06/f32/fcto_lbnl_total_cost_owner-ship_sofc_systems.pdf (дата обращения 17.06.2025).Gandiglio M., De Sario F., Lanzini A., Bobba S., Santarelli M., Blengini G.A. Life Cycle Assessment of a Biogas-Fed Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Integrated in a Wastewater Treatment Plant. Energies. 2019. No.12(9). P. 1611. DOI:10.3390/en12091611.Gandiglio M., De Sario F., Lanzini A., Bobba S., Santarelli M., Blengini G.A. Life Cycle Assessment of a Biogas-Fed Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Integrated in a Wastewater Treatment Plant. Energies. 2019. No.12(9). P. 1611. DOI:10.3390/en12091611.Colantoni A., Giuseppina M., Buccarella M., Cividino S., Vello M. Economic Analysis of Solid Oxide Fuel Cell Systems Utilizing Natural Gas as Fuel. ICCSA. 2011. Part IV. LNCS. 6785. P. 270—276.Colantoni A., Giuseppina M., Buccarella M., Cividino S., Vello M. Economic Analysis of Solid Oxide Fuel Cell Systems Utilizing Natural Gas as Fuel. ICCSA. 2011. Part IV. LNCS. 6785. P. 270—276.Yang Y., Shen Y., Sun T., Liu P., Lei T. Economic Analysis of Solid Oxide Fuel Cell Systems Utilizing Natural Gas as Fuel. Energies. 2024. No.17. P. 2694. DOI:10.3390/en17112694.Yang Y., Shen Y., Sun T., Liu P., Lei T. Economic Analysis of Solid Oxide Fuel Cell Systems Utilizing Natural Gas as Fuel. Energies. 2024. No.17. P. 2694. DOI:10.3390/en17112694.Xiao Y., You H., Chen D., Yuan Y., Hu B., Li G., Han J. Exergy, exergoeconomic, and exergoenvironmental analyses of a combined cooling, heating, power, and freshwater poly-generation system driven by methane-fueled solid oxide fuel cell. Energy. 2025. Vol. 314. P. 134295. DOI:10.1016/j.energy.2024.134295.Xiao Y., You H., Chen D., Yuan Y., Hu B., Li G., Han J. Exergy, exergoeconomic, and exergoenvironmental analyses of a combined cooling, heating, power, and freshwater poly-generation system driven by methane-fueled solid oxide fuel cell. Energy. 2025. Vol. 314. P. 134295. DOI:10.1016/j.energy.2024.134295.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.