Hydrogen technologies as a method of compensation for inequality of power generation by renewable energy sources

• Autorzy: Kudria Stepan , Lezhniuk Petr , Riepkin Oleksandr , Rubanenko Olena

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.10.01

Warianty tytułu

PL

Technologie wodorowe jako metoda kompensacji nierówności wytwarzania energii przez odnawialne źródła energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The method and methods of reserving the instability of the generation of renewable energy sources (RES) in electric power systems (EPS) caused by weather conditions are analyzed. It is shown that these can be shunting power plants and various types of energy storage. Existing maneuvering capacities and hydrogen technologies with biogas plants are considered as a reserve for the development and increase of RES capacity in power systems. Attention is mainly paid to the problem of participation of photovoltaic power plants (PV plant) in balancing power and electricity in the power system. An algorithm for using hydrogen as an energy source to reduce the error between the actual and projected hourly schedules of PV plant generation in the balancing group is considered. Mathematical models are developed on the basis of similarity theory and criterion method. This approach, with the least available source information, provides an opportunity to compare different methods of redundancy of non-uniformity of PV plant generation, assess their proportionality, as well as determine the sensitivity of costs to the power of redundancy methods. Criteria models have been formed, which allow to build the dependences of the costs for redundancy of non-uniformity of power generation on the capacity of hydrogen-type storage devices and on the capacity of the system reserve together with the capacity of power transmission lines. It is shown that such dependencies make it possible to more reasonably choose certain methods of reservation in accordance with the characteristics and requirements of the EPS.

PL

Przeanalizowano sposób i metody rezerwowania niestabilności wytwarzania odnawialnych źródeł energii (OZE) w systemach elektroenergetycznych (SEE) wywołanych warunkami atmosferycznymi. Wykazano, że mogą to być elektrownie manewrowe i różnego rodzaju magazyny energii. Istniejące zdolności manewrowe i technologie wodorowe wraz z biogazowniami traktowane są jako rezerwa dla rozwoju i zwiększenia mocy OZE w systemach elektroenergetycznych. Zwrócono uwagę przede wszystkim na problem udziału elektrowni fotowoltaicznych (elektrowni fotowoltaicznych) w bilansowaniu mocy i energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym. Rozważany jest algorytm wykorzystania wodoru jako źródła energii w celu zmniejszenia błędu pomiędzy rzeczywistymi i przewidywanymi harmonogramami godzinowymi wytwarzania elektrowni fotowoltaicznych w grupie bilansowej. Modele matematyczne tworzone są w oparciu o teorię podobieństwa i metodę kryteriów. Takie podejście, przy najmniej dostępnych informacjach źródłowych, daje możliwość porównania różnych metod redundancji niejednorodności generacji fotowoltaicznej, oceny ich proporcjonalności, a także określenia wrażliwości kosztów na moc metod redundancyjnych. Powstały modele kryterialne, które pozwalają na zbudowanie zależności kosztów redundancji niejednorodności wytwarzania energii od pojemności zasobników typu wodorowego oraz od pojemności rezerwy systemu wraz z przepustowością linii elektroenergetycznych. Wykazano, że takie zależności pozwalają na bardziej rozsądny dobór pewnych sposobów rezerwacji zgodnie z charakterystyką i wymaganiami systemów elektroenergetycznych.

Słowa kluczowe

EN

renewable energy sources; photovoltaic power plant; power system; instability of generation; redundancy; hydrogen technologies; similarity theory; criterion method

PL

odnawialne źródła energii; elektrownia fotowoltaiczna; system elektroenergetyczny; niestabilność generacji; redundancja; technologia wodorowa; teoria podobieństwa; metoda kryterium

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 10
• Strony: 1--6
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Kudria Stepan

• Department of Wind Power, Head of Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Hnata Khotkevycha St., 20а, 02094

• https://orcid.org/0000-0002-4798-6853

autor

Lezhniuk Petr

• Department of Electrical Stations and Systems, Vinnytsia National Technical University, Khmelnytsky highway 95, 21021 Vinnytsya, Ukraine

• https://orcid.org/10000-0002-9366-3553

autor

Riepkin Oleksandr

• Department of Wind Power, Hnata Khotkevycha St., 20а, 02094

• https://orcid.org/60000-0002-3448-6729

autor

Rubanenko Olena

• Department of Electrical Stations and Systems, Vinnytsia National Technical University, Khmelnytsky highway 95, 21021 Vinnytsya, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2660-182X

Bibliografia

• [1] Comparative study of different fuel cell technologies. Mekhilef S., Saidur R., Safari A. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16 (2012), 981–989.
• [2] Hydrogen strategy of Ukraine. Project. Institute Reneawable energy Ukraine. Kyev, (2021). 91 p.
• [3] P. Lezhniuk, O. Rubanenko and J. -P. Ngoma, "Improving the Energy Efficiency of RES in the Electricity Balance of Power Systems," 2021 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, pp. 1-6, doi: 10.1109/MEES52427.2021.9598556.
• [4] Stepan Kudria, Iryna Ivanchenko, Borys Tuchynskyi, Kateryna Petrenko, Oleksii Karmazin, Oleksandr Riepkin, Resource potential for wind-hydrogen power in Ukraine, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 46, Issue 1, 2021, Pages 157-168, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.211. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319920336818)
• [5] Chapter 1 – The Role of Hydrogen Energy: Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats. Ren J., Gao S., Liang H., Tan S., L. Dong, Hydrogen Economy, A. Scipioni, A. Manzardo, and J. Ren, Eds.: Academic Press, 2017, P. 1-33.
• [6] Chapter 23 – The Role of Fuel Cells and Hydrogen in Stationary Applications. Volkart K., Densing M., De Miglio R., Priem T., Pye S., Cox B. Europe's Energy Transition. M. Welsch et al., Eds.: Academic Press, 2017. P. 189–205.
• [7] A Multiscale Energy Systems Engineering Approach for Renewable Power Generation and Storage Optimization. Demirhan C. D., Tso W. W., Powell J. B., Heuberger C. F., Pistikopoulos E. N., Industrial & Engineering Chemistry Research. 2020. Vol. 59, No. 16, P. 7706–7721.
• [8] I. Blinov, I. Trach, Y. Parus, V. Khomenko, V. Kuchanskyy and V. Shkarupylo, "Evaluation of The Efficiency of The Use of Electricity Storage Systems in The Balancing Group and The Small Distribution System," (2021) IEEE 2nd KhPI Week on Advanced
• [9] Hydrogen-based uninterruptible power supply. Varkaraki E., Lymberopoulos N., Zoulias E., Guichardot D., Poli G. International Journal of Hydrogen Energy, (2007). Vol. 32, P. 1589–1596.
• [10] Chapter 14 - Electric Conditioning and Efficiency of Hydrogen Production Systems and Their Integration with Renewable Energies. Ursúa A., Sanchis P., Marroyo L. Renewable Hydrogen Technologies, Eds. Amsterdam: Elsevier, 2013, P. 333–360.
• [11] Kyrylenko OV, Blinov IV, Parus EV, Rybina OB, Tankevych SEProceedings of the Institute of Electrodynamics of the NationalAcademy of Sciences. Of Ukraine. 2013. Vip. 35. S. 23 ‒29. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/PIED (2013) 35 5 (access date: 16.03.2021).
• [12] Venikov V.A. Theory of similarity and modeling. - M.: Higher School, (1976). 479 p.
• [13] Astakhov Yu.N., Lezhnyuk P.D. Application of the criterion method in the electric power industry. Kyiv: UMK VO, (1989). 140 p.
• [14] Petr Lezhniuk, Vyacheslav Komar, Olena Rubanenko, Natalia Ostra. The sensitivity of the process of optimal decisions making in electrical networks with renewable energy sources // Przeglad Elektrotechniczny, (2020), №10, page 32–38. DOI: 10.15199/48.2020.10.05.
• [15] Mung Chiang. Geometric Programming for Communication Systems. Boston–Delft, (2005). 159 p.
• [16] Kirilenko O.V., Blinov I.O., Parus E.V. Evaluation of the work of power plants with additional services for primary and secondary frequency regulation in the UES of Ukraine // Tekhnichna elektrodinamika. (2013). №5. P. 55–60.
• [17] Hydrogen Insights A perspective on hydrogen investment, market development and cost competitiveness. Report. Published in January 2021 by the Hydrogen Council.
• [18] Fuel Cell Online Calculator. https://rechneronline.de/energy/fuel-cell.php
• [19] LM9000 aeroderivative gas turbine (73.5 MW, 50/60 Hz) https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/aeroderivative-technology/lm9000
• [20] Hydrogen and CO2 emissions calculator. https://www.ge.com

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).