Оценка эффективности энергокомплексов с производством водорода, кислорода, тепла и электроэнергии

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.

1. Попель, 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.

2. Фомин, В. М. Водородная энергетика и современный транспорт / В. М. Фомин, Д. В. Шевченко // Транспорт на альтернативном топливе. – 2012. – № 2(26). – С. 56-60.

3. 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.

4. NAMI HYDROGEN. Автомобиль с низким углеродным следом на водородных топливных элементах. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://hydrogen.nami.ru/ – (Дата обращения: 10.04.2023).

5. Первый водородный электробус от «КАМАЗА» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://kamaz.ru/press/releases/pervyy_vodorobus_ot_kamaza/. – (Дата обращения: 10.04.2023).

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Pasquariello R. Gas turbine innovations, with or without hydrogen // «Turbomachinery International». Dec. 4, 2020.

15. Howarth R.W. How green is blue hydrogen? / Howarth R.W., Jacobson M.Z. // Energy Sci Eng. 2021;9:1676– 1687. DOI 10.1002/ese3.956

16. 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.

17. 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).

18. 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.

19. 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.