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

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.

ветроэлектрические установки, фотоэлектрические преобразователи, водород, электролизeр, топливные элементы, аккумулирование энергии, экономическая эффективность

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.