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

Abstract

Проаналізовано спосіб і методи резервування нестабільності генерації відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в електроенергетичних системах (ЕЕС), спричиненої атмосферними умовами. Показано, що ними можуть бути маневрові електростанції та різного роду накопичувачі енергії. Наявні маневрові можливості та водневі технології разом з біогазовими установками розглядаються як резерв для розвитку і збільшення потужності ВДЕ в електроенергетичних системах. Основну увагу звернено на проблему участі фотоелектричних станцій у балансуванні потужності та електроенергії в електроенергетичній системі. Розглядається алгоритм використання водню як джерела енергії для зменшення похибки між фактичними та прогнозованими погодинними графіками генерації фотоелектричних станцій у балансуючій групі. Математичні моделі створюються на основі теорії подібності та критеріального методу. Такий підхід за найменшої наявної вихідної інформації дає змогу порівнювати різні методи резервування нерівномірності фотоелектричної генерації, оцінювати їхню пропорційність, а також визначати чутливість витрат до потужності методів резервування. Створено критеріальні моделі, які дають змогу будувати залежності витрат на резервування нерівномірності генерації енергії від ємності накопичувачів водневого типу та від ємності резерву системи разом з пропускною здатністю ліній електропередачі. Показано, що такі залежності дають змогу обґрунтованіше добирати певні способи резервування відповідно до характеристик і вимог електроенергетичних системPrzeanalizowano 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 elektroenergetycznychThe 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.