Электрохимические преобразователи энергии в системах децентрализованного энергоснабжения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены электрохимические преобразователи энергии, которые в зависимости от типа используются как для генерации электрической энергии, так и для ее накопления в виде химической энергии активных веществ. Рассмотрен пример альтернативной схемы гарантированного электро-теплоснабжения энергоизолированного объекта с высоким потенциалом ветровой энергии и водородным накоплением энергии без использования привозного или местного топлива. Схема содержит ветроэнергетический комплекс из парка ветрогенераторов, размещенных в точках с высоким потенциалом ветра, которые обеспечивают гарантированное электроснабжение даже в периоды слабого ветра. Для теплоснабжения потребителя весь избыток электроэнергии идет на термоэлектрический нагрев воды в баках накопителях, а также на получение водорода методом электролиза воды. Водород запасается или идет в энергоустановку на топливных элементах (используется в период безветрия или как резервный источник питания), также при дефиците теплоты в водородный конденсационный котел. Для реального автономного объекта (поселок Новиково, остров Сахалин) рассчитаны годовой баланс энергии в водороде, количество ветрогенераторов, параметры используемого в схеме оборудования, также коэффициенты использования установленной мощности. Показаны основные предпосылки для реализации альтернативной схемы электро-теплоснабжения без использования привозного топлива за счет энергии ветра и электрохимического преобразования энергии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. И. Нефедкин

Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nefedkinsi@mpei.ru
Россия, Москва

Я. В. Исаев

Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Email: nefedkinsi@mpei.ru
Россия, Москва

В. Д. Михневич

Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Email: nefedkinsi@mpei.ru
Россия, Москва

В. Е. Елецких

Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Email: nefedkinsi@mpei.ru
Россия, Москва

М. А. Климова

Национальный исследовательский университет “МЭИ”

Email: nefedkinsi@mpei.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. International Renewable Energy Agency. https://www.irena.org/ IRENA. Accessed June 26, 2024.
  2. https://techxplore.com/news/2024-01-spain-generated-power-renewables.html. Accessed June 26, 2024.
  3. Nova Wind. https://novawind.ru/production. Accessed June 2, 2024.
  4. Atomic expert. https://atomicexpert.com/novawind_rosatom. Accessed June 26, 2023.
  5. Водородная энергетика: учебник / Н.В. Кулешов, С.К. Попов, С.В. Захаров [и др.]; под ред. Н.В. Кулешова. М.: Изд-во МЭИ, 2021. 547 с. [Hydrogen energy: textbook / N.V. Kuleshov, S.K. Popov, S.V. Zakharov [and others]; edited by N.V. Kuleshov: MPEI Publishing House, 2021. – 547 p.] ISBN 978-5-7046-2438-7
  6. Нефедкин, С.И. Автономные энергетические установки и системы: М.: Изд-во МЭИ, 2018. 220 с. ISBN 978-5-7046-1847-8 [Nefedkin, S.I., Autonomous power plants and systems: M.: MPEI Publishing House, 2018. 220 p.]
  7. Коровин, Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки/ Н.В. Коровин. М.: Изд-во МЭИ, 2005. 280 с. [Korovin, N.V. Fuel cells and electrochemical power plants: M.: MPEI Publishing House, 2005. 280 p.]
  8. Fuel Cell Systems Explained, Third Edition. Andrew L. Dicks and David A.J. Rand. John Wiley & Sons Ltd. Published, 2018, 496 р. ISBN: 978-1-118-70696-1
  9. Topler, J. and Lehmann J.(eds.), Hydrogen and Fuel Cell, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2016, 391 р. https://doi.org/10.1007/978-3-662-44972-1
  10. Химические источники тока: Справочник. Под ред. Н.В. Коровина, А.М. Скундина. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 740 с. [Chemical sources of current: Handbook / Edited by N.V. Korovin, A.M. Skundin. M.: MPEI Publishing House, 2003. 740 p.] ISBN 5-7046-0899-х
  11. Volfkovich, Yu.M., Supercapacitors: problems and prospects of development, Russ. Chem. Rev., 2022, vol. 91(8), RCR5044. htps://doi.org/10.1070/RCR5044
  12. Afif, A., et al., Advanced materials and technologies for hybrid supercapacitors for energy storage, a review, J. Energy Storage, 2019, vol. 25, 100852. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100852
  13. Cicconi, Р. and Kumar, Р., Design approaches for Li-ion battery packs: A review, J. Energy Storage, 2023, vol.73, Part D, 109197. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109197
  14. Kulkarni, Р., Jung, H., Ghosh, D., Jalalah, M., Alsaiari, M., Harraz, F.A., and Balakrishna, R. G., A comprehensive review of pre-lithiation/sodiation additives for Li-ion and Na-ion batteries, J. Energy Chem., 2023, vol. 76, р. 479. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.10.001
  15. Попель, О.С. Современные виды электрохимических накопителей электрической энергии и их применение в автономной и централизованной энергетике. Теплоэнергетика. 2020. № 11. С. 2. [Popel, O.S., Modern types of electrochemical electrical energy storage devices and their application in autonomous and centralized energy, Thermal power engineering, 2020, no. 11, p. 2.]
  16. Craddock, E., Cuéllar-Franca, R., Pérez-Page, M., The incorporation of 2D materials into membranes to improve the environmental sustainability of vanadium redox flow batteries (VRFBs): A critical review, Curr. Opin. Chem. Eng., 2023, vol. 40, 100906. https://doi.org/10.1016/j.coche.2023.100906
  17. Lourenssen, K., Williams, J., Ahmadpour, F., Clemmer, R., and Tasnim, S., Vanadium redox flow batteries: a comprehensive review, J. Energy Storage, 2019, vol. 25, Article 100844. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100844
  18. Konno, N., Mizuno, S., Nakaji, H., and Ishikawa, Y., Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack, SAE Int., J. Alt. Power, 2015, vol. 4 (1), р. 123. https://doi.org/10.4271/2015-01-1175
  19. 19. Market Research Future Source. https://www.marketresearchfuture.com. Accessed June 12, 2023.
  20. Grigoriev, S.A., Fateev, V.N., Bessarabov, D.G., and Millet, P., Current status, research trends, and challenges in water electrolysis science and technology, Int. J. Hydrogen Energy, 2020, vol. 45, р. 26036. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.03.109
  21. Nel hydrogen. https://nelhydrogen.com. Accessed March 2, 2024.
  22. Григорьев, С.А. Обратимые электрохимические системы с твердым полимерным электролитом. Электрохим. энергетика. 2009. Т. 9. № 3. С. 128. [Grigoriev, S.A., Reversible electrochemical systems with solid polymer electrolyte, Electrochemical energy, 2009, vol. 9, no. 3, p. 128.]
  23. Bernal-Agustin, J.L. and Dufo-Lopez, R., Hourly energy management for grid-connected windehydrogen systems, Int. J. Hydrogen Energy, 2008, vol. 33, p. 6401. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.08.026
  24. Garcia, P., Torreglosa, J.P., Fernandez, L.M., and Jurado, F., Optimal energy management system for stand-alone wind turbine/photovoltaic/hydrogen/battery hybrid system with supervisory control based on fuzzy logic, Int. J. Hydrogen Energy, 2013, vol. 38, р. 14146. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.08.106
  25. Solarpanel today. https://solarpanel.today/top-5-programs-for-modeling-solar-power-plants. Accessed March 1, 2024.
  26. https://web.archive.org/web/20121002195722/http://alternativenergy.ru/raschet-vetrogeneratora.html.Accessed March 12, 2024.
  27. Etap. https://etap.com/ru/product/wind-turbine-generator-software. Accessed March 2, 2024.
  28. Etap. https://etap.com/ru/solutions/gridco. Accessed March 2, 2024.
  29. Энергетический бюллетень. М: Аналитический центр при Правительстве РФ, 2017. № 49. С. 27. [Energy Bulletin. M: Analytical Center under the Government of the Russian Federation, 2017, no. 49, 27 р.]. http://ac.gov.ru/files/publication/a/13570.pdf
  30. Лазарев, А.Н., Захаренко, В.А., Меньшенин, А.Л., Гром, Ю.И., Сергеев, Г.С. Автономная ветродизельная электрическая установка мощность 10кВт. Вопросы электромеханики. 2015. Т. 148. С. 43. [Lazarev, A.N., Zakharenko, V.A., Menshenin, A.L., Grom, Yu.I., and Sergeev, G.S., Autonomous wind-diesel electric installation with a power of 10 kW, Questions of electromechanics, 2015, vol. 148, p. 43.]
  31. Попель, О.С. Возобновляемые источники энергии: роль и место в современной и перспективной энергетике. Рос. хим. журн. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008, Т. LII, № 6. С. 95. [Popel, O. S., Renewable energy sources: role and place in modern and promising energy, Russian Chemical Journal (J. Russian Chemical Society named after D.I. Mendeleev), 2008, vol. LII, no. 6, р. 95.]
  32. NASA. https://power.larc.nasa.gov. Accessed June 22, 2018.
  33. Нефедкин, С.И., Барсуков, А.О., Мозгова, М.И., Шичков, М.С., Климова, М.А. Автономное энергоснабжение с использованием ветроэнергетического комплекса и водородного аккумулирования энергии. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019. Т. 16–18. С. 12. [Nefedkin, S.I., Barsukov, A.O., Mozgova, M.I., Shichkov, M.S., and Klimova, M.A., Autonomous energy supply using a wind energy complex and hydrogen energy storage, Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2019, vol. 16–18, p. 12.] https://doi.org/10.15518/isjaee
  34. Беляков, П.Ю. Ветроэнергетика: теоретические основы и технические решения: Учеб. пособие. Изд-во: Международный институт компьютерных технологий. Воронеж. 2007. 121 с. [Belyakov, P. Yu., Wind energy: theoretical foundations and technical solutions. Tutorial. Publisher: International Institute of Computer Technologies. Voronezh, 2007, 121 p.] ISBN: 5-98858-012-2
  35. «Welcome to Cool Prop – cool Prop 6.4.3 documentation”. http://www.coolprop.org/index.html. Accessed June 22, 2023.
  36. https://www.komaihaltec.co.jp/ Accessed June 22, 2018.
  37. Heat leader. https://lidertepla.ru. Accessed July 29, 2023.
  38. Giacomini. https://static.giacomini.com/giacomini.com/catalog/technical_documentation/CCF01.pdf. Accessed July 20, 2023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) Вольт-амперные характеристики электролизера ПОМ ЭВ 30 бар, 65С (1) и топливного элемента ТЭ ПОМ (Mirai) (2), (б) Вид зависимости КПД энергетических установок от нагрузки: 3 – аккумуляторная батарея; 4 – электролизная установка; 5 – энергоустановка на топливных элементах; 6 – дизельная электростанция; 7 – газотурбинная электростанция.

Скачать (313KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Объекты децентрализованного электроснабжения в Дальневосточном федеральном округе РФ.

Скачать (812KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема автономного электро-теплоснабжения на основе ветрогенератора, электрохимических преобразователей энергии и водородного накопления энергии. Режимы: 1 – слабый ветер; 2 – средний ветер; 3 – сильный ветер.

Скачать (550KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Местонахождение автономного объекта п. Новиково и распределение скоростей ветра с поправкой на плотность воздуха (среднее за несколько лет).

Скачать (505KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ветрогенератор KWT-300 (KOMAI HALTEC Inc.) для суровых климатических условий (а) и кривая мощности KWT-300 (б).

Скачать (503KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Годовые графики альтернативной схемы энергоснабжения с. Новиково (о. Сахалин). 1 – генерация электрической энергии ветропарком; 2 – электрическая нагрузка; 3 – тепловая нагрузка; 4 – производство водорода; 5 – потребление водорода ТЭ и КК; 6 – потребление водорода ТЭ; 7 – накопленный водород.

Скачать (969KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024