alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.16-18.12-26alternative-1724Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2. ВетроэнергетикаI. RENEWABLE ENERGY. 2. Wind energyАвтономное энергоснабжение с использованием ветроэнергетического комплекса и водородного аккумулирования энергииAutonomous energy supply based on the wind-energy complex and hydrogen energy storageНефедкинС. И.NefedkinS. I.

д-р техн. наук, профессор Национального исследовательского университета «МЭИ»,

директор Федерального центра коллективного пользования «Водородная энергетика и электрохимические технологии»,

д. 14, ул. Красноказарменная, Москва, 111250

D.Sc. in Engineering, Professor at the National Research University “MEI”;

Director of the Federal Center for Collective Use “Hydrogen Energy and Electrochemical Technologies”,

14 Krasnokazarmennaya St., Moscow, 111250

snefedkin@mail.ruБарсуковА. О.BarsukovA. O.

инженер производственной службы эксплуатации и наладки

Engineer at the production service of operation and adjustment

МозговаМ. И.MozgovaM. I.

магистр, аспирант,

д. 14, ул. Красноказарменная, Москва, 111250

Master, Postgraduate Student,

14 Krasnokazarmennaya St., Moscow, 111250

ШичковМ. С.ShichkovM. S.КлимоваМ. А.KlimovaM. A.

аспирант,

д. 14, ул. Красноказарменная, Москва, 111250

Postgraduate Student,

14 Krasnokazarmennaya St., Moscow, 111250

Национальный исследовательский университет «МЭИ»; Федеральный центр коллективного пользования «Водородная энергетика и электрохимические технологии»РоссияNational Research University "MEI"Russian FederationПАО «Передвижная энергетика»Россия"Mobile Energy"Russian FederationНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University "MEI"Russian FederationПАО «Мосэнерго»РоссияMosenergo PJSCRussian Federation201929072019016-181226Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1724

Предложена альтернативная схема гарантированного электротеплоснабжения энергоизолированного объекта с высоким потенциалом ветровой 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. Текущее теплоснабжение осуществляется с использованием горячей воды баков-накопителей, а теплоснабжение в период дефицита тепловой энергии – за счет сжигания запасенного водорода в конденсационных водородных котлах. Разработан алгоритм расчета и программа «Wind in energy», которые позволяют рассчитать годовой баланс энергии и подобрать необходимое количество оборудования для реализации схемы исходя из годового графика тепловой и электрической нагрузки, а также потенциала ветровой энергии в выбранном регионе. Проведено расчетное обоснование предложенной схемы применительно к реальному энергоизолированному объекту – поселку Усть-Камчатск (Камчатка). Подобрано оборудование для реализации альтернативной схемы энергоснабжения без использования привозного топлива и проведено ее сравнение с традиционной схемой энергоснабжения на базе дизельной электростанции и котельной, работающих на привозном топливе. При внедрении альтернативной схемы энергоснабжения оборудование отработавшей свой ресурс традиционной схемы может быть задействовано для резервного энергоснабжения. С помощью климатических баз данных рассмотрен ряд энергоизолированных объектов на севере и востоке России с высоким потенциалом ветровой энергии и проанализированы условия для успешной реализации предложенной схемы энергоснабжения. Установлено, что для этого необходимы не только высокие значения среднегодовой скорости ветра, но и минимальное количество дней слабого ветра, и, кроме того, чтобы профиль распределения скорости ветра в годовом разрезе совпадал с профилем потребления тепловой нагрузки.

The paper proposes an alternative scheme of guaranteed electricity and heat supply of an energy-insulated facility with a high potential of wind energy without the use of imported or local fuel. The scheme represents a wind power complex containing the park of wind generators located at the points with high wind potential. The wind generators provide guaranteed power supply even in periods of weak wind. For heat supply of the consumer, all surplus of the electric power goes on thermoelectric heating of water in tanks of accumulators, and also on receiving hydrogen by a method of electrolysis of water. The current heat supply is carried out with the use of hot water storage tanks, and the heat supply during the heat shortage is carried out by burning the stored hydrogen in condensing hydrogen boilers. We have developed the algorithm of calculation and the program "Wind in energy" which allows calculating annual balance of energy and picking up necessary quantity of the equipment for implementation of the scheme proceeding from the annual schedule of thermal and electric loading, and also potential of wind energy in the chosen region. The calculation-substantiation of the scheme proposed in relation to the real energy-insulated object Ust-Kamchatsk (Kamchatka) is carried out. The equipment for the implementation of an alternative energy supply scheme without the use of imported fuel is selected and compared with the traditional energy supply scheme based on a diesel power plant and a boiler house operating on imported fuel. With the introduction of an alternative power supply scheme, the equipment of the traditional scheme that has exhausted its resource can be used for backup power supply. Using climate databases, a number of energy-insulated facilities in the North and East of Russia with high wind energy potential are considered and the conditions for the successful implementation of the energy supply scheme are analyzed. This requires not only a high average annual wind speed, but also a minimum number of days of weak wind. In addition, it is necessary that the profile of the wind speed distribution in the annual section coincides with the profile of the heat load consumption.

автономное энергоснабжениевозобновляемые источники энергииветрогенераторводородное аккумулирование энергииэлектролизерводородный котелautonomous power supplyrenewable energy sourceswind generatorhydrogen energy storageelectrolyzerhydrogen boilerReferencesГолубчиков, С. Энергетика Севера: проблемы и пути их решения / С. Голубчиков // Энергия. – 2002. – № 11. – С. 35–39.Golubchikov S. Energetics of the North: Problems and Solutions (Energetika Severa: problemy i puti ikh resheniya). Energy, 2002;11:35–39 (in Russ.).Официальный сайт компании «Vestas» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vestas.com/. – (Дата обращения: 25.06.2019.).Official site of the company “Vestas” [Eresource]. Available on: https://www.vestas.com/ (06/25/2019).Возобновляемые источники энергии: Курс лекций. Под редакцией А.А. Соловьева, С.В. Киселевой. – М.: Издательство Университетская книга, 2018. – 296 с.; ISBN 978-5-91304-389-4Renewable energy sources: Course of lectures (Vozobnovlyaemye istochniki energii: Kurs lektsii). Edited by A. Solovyov and S.V. Kiseleva. – Moscow: University Book Publishing House Moscow, 2018, 296 p. ISBN 978-5-91304-389-4 (in Russ.).Фортов, В.Е. Возобновляемые источники энергии для энергоснабжения потребителей в России / В.Е. Фортов, О.С. Попель // Энергетический вестник. – 2010. – № 1 (8). – С. 9–29.Fortov V.E., Popel O.S. Renewable energy sources for energy supply to consumers in Russia (Vozobnovlyaemye istochniki energii dlya energosnabzheniya potrebitelei v Rossii). Energy Bulletin, 2010;1(8):9– 29 (in Russ.).Виссарионов, В.И. Теоретические основы энергетики возобновляемых источников / В.И. Виссарионов, В.И. Дерюгин, С.В. Крувенкова. – М.: Издательский дом МЭИ. – 2008. – 276 с.Vissarionov V.I., Deryugin V.I., Kruvenkova S.V. Theoretical foundations of renewable energy (Teoreticheskie osnovy energetiki vozobnovlyaemykh istochnikov). Moscow: Publishing House MEI, 2008, 276 p (in Russ.).Нефедкин, С.И. Автономные энергетические установки и системы: учебное пособие / С.И. Нефедкин. – М.: Издательство МЭИ, 2018. – 220 с. ISBN 978-5-7046-1847-8Nefedkin S.I. Autonomous Power Plants and Systems (Avtonomnye energeticheskie ustanovki i sistemy:uchebnoe posobie). Moscow: Publishing House MEI, 2018, 220 p. ISBN 978-5-7046-1847-8 (in Russ.).Обоснования инвестиций в строительство шести ветродизельных комплексов мощностью 11 000 кВт в Камчатском Крае Дальневосточного Федерального Округа РФ, отчет компании Activity, Москва 2014. – Режим доступа: http://activityllc.com/projects. – (Дата обращения: 25.05.2019.).Substantiation of investments in the construction of six wind-diesel complexes with a capacity of 11,000 kW in the Kamchatka Territory of the Far Eastern Federal District of the Russian Federation, report by Activity (Obosnovanie investitsii v stroitel'stvo shesti vetrodizel'nykh kompleksov moshchnost'yu 11 000 kVt v Kamchatskom Krae Dal'nevostochnogo Federal'nogo Okruga RF, otchet kompanii Activity). Moscow 2014. Available on: http://activity-llc.com/projects (05/25/2019) (in Russ.).Холдинг АО «РАО Энергетические системы Востока» (АО «РАО ЭС Востока»). – Режим доступа: http://www.rao-esv.ru. – (Дата обращения: 25.05.2017.).Holding JSC “RAO Energy Systems of the East” (JSC “RAO ES of the East”) (Kholding AO “RAO Energeticheskie sistemy Vostoka” (AO “RAO ES Vostoka”). Available on: http://www.rao-esv.ru (05/25/2017) (in Russ.).Попель, О.С. Современные виды электрохимических накопителей и их применение в автономной и централизованной энергетике / О.С. Попель, А.Б. Тарасенко // Теплоэнергетика. Энергоэксперт. – 2011.– № 3. – С. 26–35.Popel O.S., Tarasenko A.B. Modern types of electrochemical accumulators and their use in autonomous and centralized power engineering (Sovremennye vidy elektrokhimicheskikh nakopitelei i ikh primenenie v avtonomnoi i tsentralizovannoi energetike). Thermal Engineering. Energy expert, 2011;3:26–35. (in Russ.).Коровин, Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки / Н.В. Коровин. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 208 с. ил.Korovin N.V. Fuel Cells and Electrochemical Power Plants (Toplivnye elementy i elektrokhimicheskie energoustanovki). Moscow: MEI Publishing House, 2005, 208 p. (in Russ.).Кулешов, Н.В. Электрохимические технологии в водородной энергетике / Н.В. Кулешов, С.А. Григорьев, В.Н. Фатеев. – М.: Издательский дом МЭИ. – 2007. – 115 с.Kuleshov N.V., Grigoriev S.A., Fateev V.N. Electrochemical technologies in hydrogen energy (Elektrokhimicheskie tekhnologii v vodorodnoi energetike). Moscow: Publishing House MEI, 2007, 115 p. (in Russ.).Официальный сайт компании Nel [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.nelhydrogen.com. – (Дата обращения: 25.06.2019.).The official website of the company Nel. Electronic resource. Available on: www.nel-hydrogen.com (06/25/2019).Dicks, A.L. Fuel Cell Systems Explained / A.L. Dicks, D.A.J. Rand: 3 rd Edition. – Australia© 2018 John Wiley & Sons Ltd Edition.Dicks A.L., Rand D.A.J. Fuel Cell Systems Explained. Griffith University of Brisbane, Australia. © J. J. Wiley & Sons Ltd Edition.Дерюгина, Г.В. Основные характеристики ветра. Ресурсы ветра и методы их расчета: учебное пособие / Г.В. Дерюгина [и др.]. – М.: Издательство МЭИ, 2012. – 52 с.Deryugina G.V., Malinin N.K., Pugachev R.V., Shestopalova T.A. The main characteristics of the wind. Wind resources and methods for calculating them: study guide (Osnovnye kharakteristiki vetra. Resursy vetra i metody ikh rascheta: uchebnoe posobie). Moscow: Publishing House MEI, 2012, 52 p. (in Russ.).Схема теплоснабжения МО Корсаковский городской округ: Т. 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sakli-korsakov.ru/files/74719. – (Дата обращения: 25.05.2017).Scheme of heat supply MO Korsakovsky urban district: Vol. 1. (Skhema teplosnabzheniya MO Korsakovskii gorodskoi okrug) [E-resource]. Available on: http://sakli-korsakov.ru/files/74719 (05/25/2017) (in Russ.).Официальный сайт NASA. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://power.larc.nasa.gov. – (Дата обращения: 25.06.2019 ).The official website of NASA [E-resource]. Available on: https://power.larc.nasa.gov (06/25/019).Официальный сайт компании Meteonorm. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://meteonorm.com. – (Дата обращения: 25.04.2018).The official website of the company Meteonorm. [E-resource]. Available on: http://meteonorm.com. (04/25/2018).Дерюгина, Г.В. Анализ расхождения проектной и эксплуатационной выработки ВЭС в составе ветродизельного комплекса / Г.В. Дерюгина, Н.Д. Карпов, Д.А. Чернов // Сборник статей по материалам научно-практической конференции с международным участием. «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность. Издательство: ФГАОУВО «Севастопольский государственный университет». – 2017. – С. 366–368.Deryugina G.V., Karpov N.D., Chernov D.A. Analysis of the discrepancy between the design and operational generation of wind power stations in the wind-diesel complex / A collection of articles on the materials of the scientific-practical conference with international participation. “Ecological, industrial and energy security”. Publisher: FGAOUVO “Sevastopol State University” (Analiz raskhozhdeniya proektnoi i ekspluatatsionnoi vyrabotki VES v sostave vetrodizel'nogo kompleksa/- Sbornik statei po materialam nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. “Ekologicheskaya, promyshlennaya i energeticheskaya bezopasnost'“”. Izdatel'stvo: FGAOUVO “Sevastopol'skii gosudarstvennyi universitet”). 2017, pp. 366−368 (in Russ.).Малышенко, С.П. Эффективность генерации пара в водородкислородных парогенераторах мегаваттного класса мощности / С.П. Малышенко [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2012. – Т. 50. – № 6. – С. 820–829Malyshenko S.P., Prigogine V.I., Savich A.R., Schastlivtsev A.I., Ilyichev A.I., Nazarova O.V. Efficiency of steam generation in hydrogen oxygen steam generators of mega-watt power class (Effektivnost' generatsii para v vodorod kislorodnykh parogeneratorakh megavattnogo klassa moshchnosti.). High Temperature Thermophysics (Teplofizika vysokikh temperatur), 2012;50(6):820–829 (in Russ.).Трухний А.Д. Основы современной энергетики / А.Д. Трухний [и др.] // Современная теплоэнергетика: Т. 1. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 472 с.; ISBN 978-5-383-00502-6Trukhny A.D. et al. Fundamentals of modern energy. Modern heat and power engineering: Vol. 1 (Osnovy sovremennoi energetiki: Tom 1. Sovremennaya teploenergetika). Moscow: Publishing House MEI, 2011, 472 p.; ISBN 978-5-383-00502-6 (in Russ.).Официальный сайт компании «Модульные котельные системы» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://modks.com. – (Дата обращения: 25.05.2019.).Official site of the company Modular boiler systems (Modul'nye kotel'nye sistemy) [E-resource]. Available on: http://modks.com. (05/25/2019) (in Russ.).Котельное оборудование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esko-industry.ru. – (Дата обращения: 25.05.2019).Boiler equipment (Kotel'noe oborudovanie) [Eresource]. Available on: http://esko-industry.ru (05/25/2019) (in Russ.).

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