probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-2-114-127probener-3027Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESОценка эффективности энергокомплексов с производством водорода, кислорода, тепла и электроэнергииEvaluation of the efficiency of energy complexes with the production of hydrogen, oxygen, heat and electricityhttps://orcid.org/0000-0002-8655-448XНиколаевЮ. Е.NikolaevYu. E.

Николаев Юрий Евгеньевич – д.т.н., профессор кафедры «Тепловая и атомная энергетика» имени А.И. Андрющенко, Институт энергетики

г. Саратов

Yurii E. Nikolaev – Doctor of Engineering Science, professor of the department "Thermal and Nuclear Power Engineering" named after A.I. Andryushchenko, Energy Institute

Saratov

niko00949@mail.ruАйдаровМ. А.AidarovM. A.

Айдаров Максим Александрович – ассистент кафедры «Тепловая и атомная энергетика» имени А.И. Андрющенко, Институт энергетики

г. Саратов

Maksim A. Aidarov – Postgraduate student, assistant of the department "Thermal and Nuclear Power Engineering" named after A.I. Andryushchenko, Energy Institute

Saratov

maksim.aydarov@mail.ruСаратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.РоссияGagarin Y.A. Saratov State Technical UniversityRussian Federation202403062024262114127Copyright © Николаев Ю.Е., Айдаров М.А., 20242024Николаев Ю.Е., Айдаров М.А.Nikolaev Y.E., Aidarov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3027

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования. Мировая тенденция декарбонизации национальных экономик ведущих стран мира предполагает увеличение производства энергоносителей за счет возобновляемых источников энергии и водорода. Наиболее экологичным способом производства водорода является электролиз воды, использующий энергию ветра и солнца. Комбинированное производство тепловой, электрической энергии, водорода и кислорода, осуществляемое энергокомплексами, обеспечивает сокращение вредных выбросов и повышение их экономической эффективности.ЦЕЛЬ. Разработать методические положения по определению показателей эффективности гибридных энергокомплексов с производством водорода. Произвести оценку влияния величины установленной мощности фотоэлектрических преобразователей и стоимости отпускаемого водорода на технико-экономические показатели энергокомплекса.МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод расчетного эксперимента, учитывающий географо-климатические данные места расположения энергокомплекса, а также характер потребления тепловой, электрической энергии и водорода. Расчет был реализован на языке Visual Basic.РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрено влияние величины установленной мощности фотоэлектрических преобразователей, географо-климатических и стоимостных характеристик на показатели эффективности энергокомплекса.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Определена структура и предложена принципиальная схема многоцелевого энергокомплекса. Разработана методика расчета количественных и экономических показателей установки. В ходе исследования отмечено, что существует оптимальная величина установленной мощности фотоэлектрической установки, дальнейшее увеличение которой нецелесообразно с экономической точки зрения. Также было определено, что комбинирование водородных заправок на базе солнечных установок с традиционными источниками энергоснабжения позволяет снизить стоимость производимого водорода, что в будущем может стать решением проблемы создания водородной инфраструктуры.

RELEVANCE of the research. The global trend of decarbonization of the national economies of the leading countries of the world implies an increase in energy production due to renewable energy sources and hydrogen. The most environmentally friendly way to produce hydrogen is the electrolysis of water using wind and solar energy. Combined production of thermal, electric energy, hydrogen and oxygen carried out by energy complexes ensures reduction of harmful emissions and increase of their economic efficiency.METHODS. In solving this problem, the method of computational experiment was used, taking into account the geographical and climatic data of the location of the energy complex, as well as the nature of consumption of thermal, electric energy and hydrogen. The calculation was implemented in Visual Basic.RESULTS. The article describes the relevance of the topic, examines the influence of the installed capacity of photovoltaic converters, geographical, climatic and cost characteristics on the efficiency of the energy complex.CONCLUSION. The structure is determined and a schematic diagram of a multi-purpose energy complex is proposed. A methodology for calculating quantitative and economic indicators of the installation has been developed. In the course of the study, it was noted that there is an optimal value of the installed capacity of a photovoltaic installation, further increase of which is inexpedient from an economic point of view. It was also determined that the combination of hydrogen gas stations based on solar installations with traditional sources of energy supply can reduce the cost of hydrogen produced, which in the future may be a solution to the problem of creating a hydrogen infrastructure.

водородная заправкагазопоршневая мини-тэцэлектролизводородhydrogen fueling stationgas engine mini-chpelectrolysishydrogenReferencesПопель, О.С. Энергоустановки на основе топливных элементах: современное состояние состояние и перспективы/ О.С. Попель, А.Б. Тарасенко, С.П. Филиппов//Теплоэнергетика, 2018, №12. С.3-23.Popel’, O. S. Fuel Cell Based Power-Generating Installations: State of the Art and Future Prospects/ O. S. Popel’, A. B. Tarasenko, and S. P. Filippov// Thermal Engineering, 2018, №12. p.3-23 (in Russ.).Фомин, В. М. Водородная энергетика и современный транспорт / В. М. Фомин, Д. В. Шевченко // Транспорт на альтернативном топливе. – 2012. – № 2(26). – С. 56-60.Fomin, V.M. Hydrogen energetics and modern transport / V.M. Fomin, D.V. Shevchenko // Alternative fuel vehicles. – 2012, 26(2): 56-60 (in Russ.).Тиунов, В. В. Анализ проблем использования водородного топлива на транспорте и в энергетике / В. В. Тиунов, П. В. Лыкасов // . – 2019. – Т. 1. – С. 231-236.Tiunov, V.V. Analysis of the hydrogen fuel problems harnessing for transport and energetics objects / Tiunov V.V., Lykasov P.V. // Innovative Technologies: Theory, Tools, Practice. – 2019; 1:231-236 (in Russ.).NAMI HYDROGEN. Автомобиль с низким углеродным следом на водородных топливных элементах. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://hydrogen.nami.ru/ – (Дата обращения: 10.04.2023).NAMI Hydrogen. Low carbon footprint hydrogen fuel cell car. Available on: https://hydrogen.nami.ru/ (10.04.2023)Первый водородный электробус от «КАМАЗА» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://kamaz.ru/press/releases/pervyy_vodorobus_ot_kamaza/. – (Дата обращения: 10.04.2023).The first hydrogen electric bus from KAMAZ. Available on: https://kamaz.ru/press/releases/pervyy_vodorobus_ot_kamaza/ (10.04.2023)Валеева, Г. Р. Водородные технологии, применимые в дорожном транспорте / Г. Р. Валеева // Молодежная наука: труды XXVI Всероссийской студенческой научно-практической конференции КрИЖТ ИрГУПС, Красноярск, 22 апреля 2022 года. Том 1. – Красноярск: Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения, 2022. – С. 43-47.Valeeva, GR. Vodorodnye tekhnologii, primenimye v dorozhnom transporte // Molodezhnaya nauka: trudy XXVI Vserossiiskoi studencheskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii KrIZhT IrGUPS, 2022: 43-47. (in Russ.).Филиппов, С. П. Топливные элементы и водородная энергетика / С.П. Филиппов, А. Э. Голодницкий, А. М. Кашин// ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА, 2020, №11(153). С. 28-39.Filippov, S. P. Fuel cells and hydrogen energy / S.P. Filippov, A. E. Golodnitsky, A. M. Kashin// Energy Policy. 2020; 153(11) (in Russ.).Аминов, Р.З. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями/ Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов//Саратовский научный центр РАН.- М.: Наука, 2016. - 254 с.Aminov, R.Z. Combining hydrogen energy cycles with nuclear power plants / R.Z. Aminov, A.N. Bairamov// Saratov Scientific Center RAS.- M.: Science, 2016: 254 (in Russ.).André, J.; Auray, S.; De Wolf, D.; Memmah, M.-M.; Simonnet, A. Time development of new hydrogen transmission pipeline networks for France. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 10323–10337, doi:10.1016/j.ijhydene.2014.04.190.André, J.; Auray, S.; De Wolf, D.; Memmah, M.-M.; Simonnet, A. Time development of new hydrogen transmission pipeline networks for France. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 10323–10337, doi:10.1016/j.ijhydene.2014.04.190.Weber, A.C.; Papageorgiou, L.G. Design of hydrogen transmission pipeline networks with hydraulics. Chem. Eng. Res. Des. 2018, 131, 266–278, doi:10.1016/j.cherd.2018.01.022.Weber, A.C.; Papageorgiou, L.G. Design of hydrogen transmission pipeline networks with hydraulics. Chem. Eng. Res. Des. 2018, 131, 266–278, doi:10.1016/j.cherd.2018.01.022.Lahnaoui, A.; Wulf, C.; Heinrichs, H.; Dalmazzone, D. Optimizing hydrogen transportation system for mobility by minimizing the cost of transportation via compressed gas truck in North RhineWestphalia. Appl. Energy 2018, 223, 317–328, doi:10.1016/j.apenergy.2018.03.099.Lahnaoui, A.; Wulf, C.; Heinrichs, H.; Dalmazzone, D. Optimizing hydrogen transportation system for mobility by minimizing the cost of transportation via compressed gas truck in North RhineWestphalia. Appl. Energy 2018, 223, 317–328, doi:10.1016/j.apenergy.2018.03.099.Корнеев, К. А. Политика Японии в области развития водородной энергетики / К. А. Корнеев // Японские исследования. – 2020. – № 4. – С. 64-77. – DOI 10.24411/2500-2872-2020-10028.Korneev, K. A. Japan’s policy in the field of hydrogen energetics development / K. A. Korneev // Japanese Studies in Russia. – 2020; (4): 64-77. – DOI 10.24411/2500-2872-2020-10028. (in Russ.).Галингер, А. А. Оценка эффектов распространения водородных технологий для топливноэнергетического комплекса и экономики России / А. А. Галингер // Труды II Гранберговской конференции: Сборник докладов Всероссийской конференции с международным участием, посвященной памяти академика А.Г. Гранберга «Пространственный анализ социально-экономических систем: история и современность», Новосибирск, 11–15 октября 2021 года / Сибирское отделение Российской академии наук Институт экономики и организации промышленного производства СО РАН. – Новосибирск: Сибирское отделение РАН, 2021. – С. 345-353. – DOI 10.53954/9785604607893_345.Galinger, A. A. Estimations of the effects of hydrogen technologies spread for russian energy sector and economy / A. A. Galinger // Proceedings of the II Granberg Conference : Proceedings of the AllRussian Conference with international participation, dedicated to the memory of Academician A.G. Granberg "Spatial analysis of socio-economic systems: history and present", Novosibirsk, October 11-15, 2021 / Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Institute of Economics and Organization of Industrial Production SB RAS. – Novosibirsk: Siberian Branch RAS, 2021: 345-353. – DOI 10.53954/9785604607893_345. (in Russ.).Pasquariello R. Gas turbine innovations, with or without hydrogen // «Turbomachinery International». Dec. 4, 2020.Pasquariello R. Gas turbine innovations, with or without hydrogen // «Turbomachinery International». Dec. 4, 2020.Howarth R.W. How green is blue hydrogen? / Howarth R.W., Jacobson M.Z. // Energy Sci Eng. 2021;9:1676– 1687. DOI 10.1002/ese3.956Howarth R.W. How green is blue hydrogen? / Howarth R.W., Jacobson M.Z. // Energy Sci Eng. 2021;9:1676-1687. DOI 10.1002/ese3.956World's largest hydrogen fuel cell power plant / Fuel Cells Bulletin, Volume 2021, Issue 11, 2021, ISSN 1464-2859, DOI 10.1016/S1464-2859(21)00602-7.World's largest hydrogen fuel cell power plant / Fuel Cells Bulletin, Volume 2021, Issue 11, 2021, ISSN 1464-2859, DOI 10.1016/S1464-2859(21)00602-7.NASA Prediction of Worldwide Energy Resource (POWER) Higher Resolution Daily Time Series Renewable Energy Community. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/. – (Дата обращения: 7.12.2022).NASA Prediction of Worldwide Energy Resource (POWER) Higher Resolution Daily Time Series Renewable Energy Community. Available on: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/. (7.12.2022).Головко, С. В. Анализ влияния климатических факторов на выбор типа солнечной панели / С. В. Головко, Д. А. Задоркин // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2020. – № 2(70). – С. 21-26.Golovko, S. V. Analysis of influence of climatic factors on selecting types of solar panels / S. V. Golovko, D. A. Zadorkin // Bulletin of Astrakhan State Technical University. – 2020; 70(2): 21-26. (in Russ.).Байрамов А.Н. Разработка научных основ повышения эффективности АЭС при комбинировании с водородным комплексом. / Байрамов А.Н. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: Саратов, 2021. – 397 с.Bairamov, A.N. Razrabotka nauchnykh osnov povysheniya effektivnosti AES pri kombinirovanii s vodorodnym kompleksom [dissertation]. Saratov; 2021. (in Russ.).

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