АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ВОДОРОДА В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ

Марченко Олег Владимирович , Соломин Сергей Владимирович

2018 / Том 22 №3 (134) 2018 [ Энергетика ]

ЦЕЛЬ. Исследовать энергосистему, имеющую ветроэлектрические установки, фотоэлектрические преобразователи, электролизер для производства водорода, топливные элементы, для определения эффективности аккумулирования электрической энергии и водорода. МЕТОДЫ. На основе математического моделирования выбрана оптимальная структура энергосистемы и исследованы в динамике режимы работы источников и накопителей энергии. В отличие от известных в литературе подходов использованная математическая модель не требует предварительного задания режимов работы элементов системы или алгоритма переключения энергии между энергоисточниками, нагрузкой и аккумуляторами. Это позволяет исследовать сложные энергосистемы с одновременным производством и аккумулированием энергоносителей разных типов, в данном случае электроэнергии и водорода. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В качестве исходных данных выбраны климатические и метеорологические условия, приблизительно соответствующие условиям южной части Приморского края и средней части озера Байкал. Технико-экономические показатели соответствуют представленному на российском рынке отечественному и зарубежному оборудованию. Расчеты проведены как без ограничений, так и с ограничениями на ввод отдельных технологий для оценки их эффективности. ВЫВОДЫ. Математическое моделирование показало эффективность совместного использования ветровой и солнечной энергии в рассматриваемых районах, а также одновременного аккумулирования и электроэнергии, и водорода. Аккумулирование электрической энергии наиболее эффективно в течение краткосрочных интервалов времени (выдача электрической мощности в течение нескольких часов). При увеличении длительности непрерывных энергетических затиший до нескольких суток более экономичным становится аккумулирование водорода. Экономический эффект, обеспечиваемый аккумулированием водорода, может достигать 50% суммарного эффекта при технико-экономических показателях оборудования, прогнозируемых на 10-15 лет. Полученные результаты позволяют обосновать выбор оборудования для энергоснабжения потребителей в автономных энергосистемах малой мощности.

Ключевые слова:

ветроэлектрические установки, фотоэлектрические преобразователи, водород, электролизeр, топливные элементы, аккумулирование энергии, экономическая эффективность, wind turbines (WT), photovoltaic transducers (PT), hydrogen, electrolyzer, fuel cells, energy accumulation, economic efficiency

Библиографический список:

1. Lombardi P., Sokolnikova T., Suslov K., Voropai N.I., Styczynski Z.A. Isolated power system in Russia: a chance for renewable energies // Renewable Energy. 2016. Vol. 90. Р. 532–541. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.01.016
2. Сокольникова Т.В., Суслов К.В., Ломбарди П. Определение оптимальных параметров накопителя для интеграции возобновляемых источников энергии в изолированных энергосистемах с активными потребителями // Вестник ИрГТУ. 2015. № 10 (105). С. 206–212.
3. Суслов К.В. Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии // Вестник ИрГТУ. 2017. Т. 21. № 5. С. 131–142. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-5-131-142
4. Марченко О.В., Соломин С.В. Системные исследования эффективности возобновляемых источников энергии // Теплоэнергетика. 2010. № 11. C. 12–17.
5. Marchenko O.V., Solomin S.V. Efficiency of small autonomous wind/diesel/hydrogen systems in Russia // International Journal of Renewable Energy Research. 2013. Vol. 3. No. 2. P. 241–245.
6. Marchenko O.V., Solomin S.V. Modeling of hydrogen and electrical storages in wind/PV energy system on the Lake Baikal coast // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. No. 15. P. 9361–9370. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.076
7. Dufo-Lopez R. Multi-objective optimization minimizing coat and life cycle emissions of stand-alone PV-wind-diesel systems with batteries storage // Applied Energy. 2011. Vol. 88. No.1. P. 4033–4041. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.04.019
8. Huang Q. Multi-turbine wind-solar hybrid system // Renewable Energy. 2015. Vol. 76. No. 11. P. 401–407. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.04.019
9. Marchenko O.V., Solomin S.V. The future energy: hydrogen versus electricity // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. No. 10. P. 3801-3805. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.01.132
10. Marchenko O.V. Mathematical modeling and economic efficiency assessment of autonomous energy systems with production and storage of secondary energy carriers // International Journal of Low-carbon Technologies. 2010. Vol. 5. No. 4. P. 250–255. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctq031
11. Марченко О.В., Соломин С.В. Эффективность совместного использования возобновляемых источников энергии // Вестник ИрГТУ. 2017. Т. 21. № 8. С. 111–121. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-8-111-121
12. Ngan M.S. Assessment of economic viability for PV/wind/diesel hybrid energy system in southern Peninsular Malaysia // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. No. 1. P. 634–647. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.08.028
13. Sigarchian S.G., Malmquist A., Fransson T. Modeling and control strategy of a hybrid PV/Wind/Engine/Battery system to provide electricity and drinkable water for remote applications // Energy Procedia. 2014. Vol. 57. P. 1401–1410. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.087
14. Carapelucci R., Giordano L. Modeling and optimization of an energy generation island based on renewable technologies and hydrogen storage systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. No. 3. P. 2081–2093. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.10.073
15. Akyuz E., Oktay Z., Dincer I. Performance investigation of hydrogen production from a hybrid wind-PV system // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. No. 21. P. 16623–16630. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.02.149
16. Marchenko O.V. Mathematical modelling of electricity market with renewable energy sources // Renewable Energy. 2007. Vol. 32. No. 6. P. 976–990. https://doi.org/10.1016/j.renene.2006.04.004
17. Марченко О.В., Соломин С.В. Вероятностный анализ эффективности ветроэнергетических установок // Известия РАН. Энергетика. 1997. № 3. C. 52–60.
18. Marchenko O.V., Solomin S.V. Efficiency of wind energy utilization for electricity and heat supply in northern regions of Russia // Renewable Energy. 2004. Vol. 29. No. 11. P. 1793-1809. https://doi.org/ 10.1016/j.renene.2004.02.006
19. Marchenko O.V., Solomin S.V. Economic efficiency of renewable energy sources in Russia // International Journal of Renewable Energy Research. 2014. Vol. 4. No. 3. P. 548–554.
20. Projected costs of generating electricity. 2015 edition. Paris: International Energy Agency/Nuclear Energy Agency, 2015. 215 p.

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть) - скачано 32 раза
• статья (скачать | просмотреть) - скачано 85 раз